CN115303460A - 一种氨动力超级油轮货舱卸货及替代惰气供给系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种氨动力超级油轮货舱卸货及替代惰气供给系统，本系统包括氨燃料供给系统、氨气燃用系统、卸货及气体供给系统三个子系统，当超级油轮在卸货港口通过卸货泵从货舱向岸基油库输送原油时，本发明采用卸货及气体供给系统，该系统能够将船舶上氨燃料汽化后的氨气替代惰性气体通入货舱中，同时采用原动机为电动机并接岸电的这种方法，提高了原动机的能量利用效率，进而提高了整个卸货装置的效率，解决了原动机采用蒸汽透平这种方式的热效率低的问题；另外本系统在卸货港口输送原油过程中不产生废气，进而不会污染港口环境，符合绿色港口、绿色船舶的发展理念，因此，本系统具有极好的实际应用价值和经济效益。

Description

一种氨动力超级油轮货舱卸货及替代惰气供给系统

技术领域

本发明涉及船舶技术领域，具体涉及一种氨动力超级油轮货舱卸货及替代惰气供给系统。

背景技术

超级油轮简称VLCC，是专门用于载运原油的船舶，由于原油运量巨大，油轮载重量可达30万吨左右，因此超级油轮成为运输原油的主要船舶。超级油轮为了增加船舶稳性，设有多道纵向舱壁；另外为了增加抗沉性，还设有多道横向舱壁，因此，超级油轮的货舱数目较多，最多可达20多个。

当运输原油的超级油轮到达卸货港后，需对货舱中储存的液货进行卸货，现有的卸货过程是通过卸货泵将货舱内液货输送到码头的油库中，其中基于卸货泵的流量非常大，1h内可卸货10000多吨，因此卸货泵的功率比较大，通常采用蒸汽透平驱动使其运行，而蒸汽透平需要的蒸汽来源于船舶燃油辅锅炉产生的蒸汽，同时，船舶辅锅炉燃烧燃油产生的废气经过海水洗涤后变成惰性气体通入各个货舱中，避免货舱内有一定的真空度，造成卸货泵吸入困难；如果在卸货过程中货舱上方直接通入外界空气，则会与货舱中液货油气混合，造成爆炸。因此，这是油轮在卸货过程中为什么要通入惰性气体的原因。

目前上述卸货过程存在如下问题：第一，众所周知，上述卸货过程中蒸汽透平的热机效率低，大约29％，因此在卸货过程中辅锅炉燃油消耗比较多；第二，船舶燃油辅锅炉燃烧燃油产生的废气较多，而超级油轮货舱的容量有限，因此仅有部分废气充入货舱中，另外剩余大量的废气排放到大气中，这对排放要求较高的港口环境造成了一定的污染；第三，辅锅炉燃烧燃油产生的废气经过海水洗涤通入货舱这一过程中，由于海水洗涤废气都是采用在港口附近海水洗涤，不可避免的会对港口环境造成一定的污染，这与当前绿色港口、绿色船舶的理念相驳。由此可见，船舶辅锅炉燃烧燃油为卸货泵提供动力以及为货舱提供惰性气体的这种作业方式均存在明显的短板和不足。

针对上述问题，本发明提出一种氨动力超级油轮货舱卸货及替代惰气供给系统，该系统能够将自身的氨燃料汽化后的氨气替代惰性气体，以及采用原动机为电动机并接入岸电，相较于传统原动机采用蒸汽透平的这种方式，本系统提高了原动机能量利用率，同时还不会产生废气，进而不会污染港口环境，符合绿色港口、绿色船舶的发展理念。

发明内容

本发明的目的就是针对上述的技术问题，提出一种氨动力超级油轮货舱卸货及气体供给系统，当超级油轮在卸货港口通过卸货泵从货舱向岸基油库输送原油时，该系统能够将船舶上氨燃料汽化后的氨气通入货舱中，同时采用原动机为电动机，并将电动机接入岸电对卸货泵进行驱动，相较于传统原动机采用蒸汽透平驱动循环泵的这种方式，本系统提高了原动机的能量利用率，进而提高了整个卸货装置的卸货效率；另外本系统在超级油轮卸货之后的航行过程中还能将货舱中储存的氨气供给船舶主柴油机燃用。本系统在卸货港口输送原油过程中不产生废气，进而不会污染港口环境，符合绿色港口、绿色船舶的发展理念，因此，本系统具有极好的实际应用价值和经济效益。

本系统包括氨燃料供给系统、氨气燃用系统、卸货及气体供给系统三个子系统组成。其中所述氨燃料供给系统包括：氨燃料舱、驳运泵、一级增压泵、二级增压泵、缸套水加热器和船舶主柴油机。所述氨气燃用系统包括：货舱、氨气出口阀、抽气泵、压缩机、二级增压泵、缸套水加热器、船舶主柴油机、风机、废气洗涤单元和惰气供给阀。所述卸货及气体供给系统包括：氨燃料舱、驳运泵、汽化换热器、氨气进口阀、货舱、液货出口阀、卸货泵、岸基油库、电动机、岸基供电站。

在氨燃料供给系统中，所述氨燃料舱通过管路与驳运泵连接；所述驳运泵通过管路与一级增压泵连接；所述一级增压泵通过管路与缸套水加热器连接；所述缸套水加热器通过管路与船舶主柴油机连接。

在氨气燃用系统中，所述货舱在顶部通过管路与氨气出口阀连接；所述氨气出口阀通过管路与抽气泵连接；所述抽气泵通过管路与压缩机连接；所述压缩机通过管路与二级增压泵连接；所述二级增压泵通过管路与缸套水加热器连接；所述缸套水加热器通过管路与船舶主柴油机连接；所述船舶主柴油机废气排放口上通过管路连接风机；所述风机通过管路连接废气洗涤单元；所述废气洗涤单元通过管路连接惰气供给阀；所述惰气供给阀通过管路连接在货舱顶部。

在卸货及气体供给系统中，所述氨燃料舱中储存液氨燃料，并通过管路与驳运泵连接；所述驳运泵通过管路与汽化换热器连接；所述汽化换热器通过管路与氨气进口阀连接；所述氨气进口阀通过管路与货舱顶部连接；在货舱在底部通过管路与液货出口阀连接；所述液货出口阀通过管路与卸货泵连接，其中卸货泵通过电动机驱动，所述电动机的电力来源由岸基供电站提供，所述卸货泵通过管路与岸基油库连接。

进一步讲，本系统定义超级油轮上共设有n个货舱，分别是C1、C2、……、Cn货舱，上述连接是基于一个货舱的连接过程，实际上C1、C2、……、Cn各货舱的连接过程相同。

当超级油轮从装货港装载原油去往卸货港的航行过程中：船舶采用氨燃料供给系统，所述驳运泵将氨燃料舱中的液氨燃料驳运出来，流经管路到达一级增压泵，经过一级增压泵进行增压处理，后流经二级增压泵进行再增压处理，再通过管路流经缸套水加热器利用缸套水进行最终升温，满足船舶主柴油机的供给温度，供船舶主柴油机燃用。

当超级油轮到达卸货港：船舶采用卸货及气体供给系统，在船舶停靠卸货港口即将卸货时，先将C1货舱对应的氨气进口阀和液货出口阀打开，此时卸货泵在电动机的驱动下开始将C1货舱中的原油输送到岸基油库中，其中电动机的电力来源于岸基供电站；在卸货泵输送原油的同时，为避免C1货舱内外压力不一致，因此，由驳运泵将氨燃料舱中的液氨燃料驳运出来，流经管路到达汽化换热器，经过汽化换热器进行升温处理使液氨变成氨气，氨气再通过管路充入C1货舱中平衡压力。

当C1货舱完成卸货后，将其对应的氨气进口阀和液货出口阀关闭，再将C2货舱对应的氨气进口阀和液货出口阀打开，此时卸货泵在电动机的驱动下开始将C2货舱中的原油输送到岸基油库中，为避免C2货舱内外压力不一致，因此，由驳运泵将氨燃料舱中的液氨燃料驳运出来，流经管路到达汽化换热器，经过汽化换热器进行升温处理使液氨变成氨气，氨气再通过管路充入C2货舱中平衡压力，以此类推，C3、C4、……、Cn货舱的卸货以及供气过程均与C1、C2货舱相同。其中，在卸货以及供气过程中，C1、C2、……、Cn货舱对应的氨气出口阀和惰气供给阀均是关闭状态。

当各货舱充满氨气的超级油轮从卸货港到装货港的航行过程中：由于C1、C2、……、Cn各货舱在卸货港充入了大量氨气，因此船舶同时采用氨气燃用系统和氨燃料供给系统分别输送氨气和液氨的混合燃料给主柴油机燃用。在此过程中，先将C1货舱对应的氨气出口阀打开，C1货舱中的氨气在抽气泵的作用下从管路中输送出来到达压缩机，进行初步的增压。在上述C1货舱中氨气输送给主柴油机燃用的同时，船舶也采用氨燃料供给系统输送液氨燃料给主柴油机燃用。此时氨燃料舱中的液氨利用驳运泵进行驳运，然后经过一级增压泵的增压后与压缩机压缩后的氨气混合，压缩后的氨气借助从氨燃料舱中驳运出的液氨燃料的冷能实现液化，二者一起进入二级增压泵进行增压，然后利用缸套水加热器进行加热，满足船舶主柴油机的供给温度，供船舶主柴油机燃用。

在上述C1货舱通过抽气泵抽氨气的过程中，当C1货舱内的氨气真空度为95％时，将C1货舱对应的氨气出口阀关闭，并将C1对应的惰气供给阀打开，同时打开C2货舱对应的氨气出口阀，通过风机将船舶主柴油机排放的部分废气吹到废气洗涤单元中，经废气洗涤单元对废气进行去灰尘、去水蒸汽等处理后变成惰性气体通入C1货舱，使得货舱内压力为常压，货舱内外压力一致，避免外界空气进入货舱后发生爆炸，当C1货舱充入所需的惰性气体后，关闭C1货舱对应的惰气供给阀。上述是C1货舱的氨气输送过程，以及主柴油机产生惰性气体通入C1货舱的过程。

同理，C2、C3、C4、……、Cn货舱的氨气输送过程，以及主柴油机产生惰性气体通入C2、C3、C4、……、Cn货舱的过程，与C1货舱相同。

本发明的有益效果：

1.本发明在超级油轮卸货过程中提供一种卸货系统和替代原有的惰气供给系统，该系统在卸货过程中既不会在港口向大气中排废气，也不需要利用海水对废气进行洗涤，因此，本系统不会污染港口环境，符合绿色港口、绿色船舶的发展理念。

2.本系统采用原动机为电动机并接岸电的这种方法，提高了原动机的能量利用效率，进而提高了整个卸货装置的效率，解决了原动机采用蒸汽透平这种方式的热效率低的问题，因此，本系统具有极好的实际应用价值和经济效益。

3.本系统在卸货港巧妙地将氨气替代惰性气体通入货舱中，并且在船舶航行过程中又可以将这部分氨气供给到船舶主柴油机燃用，本系统结构简单，容易实现。

附图说明

图1本发明在船舶卸货过程中所选用系统的示意图；

图2本发明中船舶由卸货港到装货港航行过程中所用系统示意图；

图3船舶到达卸货港以及在各航线航行时所选用的系统示意图；

附图中：1.氨燃料舱；2.驳运泵；3.汽化换热器；4.氨气进口阀；5.货舱；6.液货出口阀；7.卸货泵；8.岸基油库；9.电动机；10.岸基供电站；11.氨气出口阀；12.抽气泵；13.压缩机；14.二级增压泵；15.缸套水加热器；16.船舶主柴油机；17.惰气供给阀；18.风机；19.废气洗涤单元；20.一级增压泵。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。

一种氨动力超级油轮货舱卸货及替代惰气供给系统，如图1和图2所示，本系统由氨燃料供给系统、氨气燃用系统、卸货及气体供给系统三个子系统组成。其中所述卸货及气体供给系统包括：氨燃料舱1、驳运泵2、汽化换热器3、氨气进口阀4、货舱5、液货出口阀6、卸货泵7、岸基油库8、电动机9、岸基供电站10。所述氨气燃用系统包括：货舱5、氨气出口阀11、抽气泵12、压缩机13、二级增压泵14、缸套水加热器15、船舶主柴油机16、风机18、废气洗涤单元19和惰气供给阀17。氨燃料供给系统包括：氨燃料舱1、驳运泵2、一级增压泵20、二级增压泵14、缸套水加热器15、和船舶主柴油机16。

如图3所示，在本系统中：当超级油轮在卸货港卸货过程中采用卸货及气体供给系统；当超级油轮从装货港装载原油去往卸货港的航行过程中采用氨燃料供给系统；当的超级油轮从卸货港去往装货港的航行过程中同时采用氨气燃用系统和氨燃料供给系统。设超级油轮共有n个货舱，分别是C1、C2、……、Cn货舱。

在卸货及气体供给系统中，所述氨燃料舱1中用于储存液氨燃料，并通过管路与驳运泵2连接；所述驳运泵2通过管路与汽化换热器3连接；所述汽化换热器3通过管路与氨气进口阀4连接；所述氨气进口阀4通过管路与货舱5顶部连接；在货舱5在底部通过管路与液货出口阀6连接；所述液货出口阀6通过管路与卸货泵7连接，其中卸货泵7通过电动机9驱动，所述电动机9的电力来源由岸基供电站10提供，所述卸货泵7通过管路与岸基油库8连接。

在氨燃料供给系统中，所述氨燃料舱1中储存液氨燃料，并通过管路与驳运泵2连接；所述驳运泵2通过管路与一级增压泵20连接；所述一级增压泵20通过管路与二级增压泵14连接；所述二级增压泵14通过管路与缸套水加热器15连接；所述缸套水加热器15通过管路与船舶主柴油机16连接。

在氨气燃用系统中，所述货舱5在顶部通过管路与氨气出口阀11连接；所述氨气出口阀11通过管路与抽气泵12连接；所述抽气泵12通过管路与压缩机13连接；所述压缩机13通过管路与二级增压泵14连接；所述二级增压泵14通过管路与缸套水加热器15连接；所述缸套水加热器15通过管路与船舶主柴油机16连接；所述船舶主柴油机16废气排放口上通过管路连接风机18；所述风机18通过管路连接废气洗涤单元19；所述废气洗涤单元19通过管路连接惰气供给阀17；所述惰气供给阀17通过管路连接在货舱5顶部。

当超级油轮从装货港装载原油去往卸货港的航行过程中：船舶采用氨燃料供给系统，所述驳运泵2将氨燃料舱1中的液氨燃料驳运出来，流经管路到达一级增压泵20，经过一级增压泵20进行增压处理，后流经二级增压泵14进行再增压处理，再通过管路流经缸套水加热器15利用缸套水进行最终升温，满足船舶主柴油机16的供给温度，供船舶主柴油机16燃用。

当超级油轮到达卸货港：船舶采用卸货及气体供给系统，在船舶停靠卸货港口即将卸货时，先将C1货舱对应的氨气进口阀4和液货出口阀6打开，此时卸货泵7在电动机9的驱动下开始将C1货舱中的原油输送到岸基油库8中，其中电动机9的电力来源于岸基供电站；在卸货泵7输送原油的同时，为避免C1货舱内外压力不一致，因此，由驳运泵2将氨燃料舱1中的液氨燃料驳运出来，流经管路到达汽化换热器3，经过汽化换热器3进行升温处理使液氨变成氨气，氨气再通过管路充入C1货舱中平衡压力。

当C1货舱完成卸货后，将其对应的氨气进口阀4和液货出口阀6关闭，再将C2货舱对应的氨气进口阀4和液货出口阀6打开，此时卸货泵7在电动机9的驱动下开始将C2货舱中的原油输送到岸基油库8中，为避免C2货舱内外压力不一致，因此，由驳运泵2将氨燃料舱1中的液氨燃料驳运出来，流经管路到达汽化换热器3，经过汽化换热器3进行升温处理使液氨变成氨气，氨气再通过管路充入C2货舱中平衡压力，以此类推，C3、C4、……、Cn货舱的卸货以及供气过程均与C1、C2货舱相同。其中，在卸货以及供气过程中，C1、C2、……、Cn货舱对应的氨气出口阀11和惰气供给阀17均是关闭状态。

当各货舱充满氨气的超级油轮从卸货港到装货港的航行过程中：由于C1、C2、……、Cn各货舱在卸货港充入了大量氨气，因此船舶同时采用氨气燃用系统和氨燃料供给系统分别输送氨气和液氨(-33℃)的混合燃料给主柴油机燃用。在此过程中，先将C1货舱对应的氨气出口阀11打开，C1货舱中的氨气在抽气泵12的作用下从管路中输送出来到达压缩机13，进行初步的增压。在上述C1货舱中氨气输送给主柴油机燃用的同时，船舶也采用氨燃料供给系统输送液氨燃料给主柴油机燃用。此时氨燃料舱1中的液氨利用驳运泵2进行驳运，然后经过一级增压泵的增压后与压缩机13压缩后的氨气混合，压缩后的氨气借助氨燃料舱1中的液氨燃料的冷能实现液化，二者一起进入二级增压泵进行增压，然后利用缸套水加热器进行加热，满足船舶主柴油机16的供给温度，供船舶主柴油机16燃用。

在上述C1货舱通过抽气泵12抽氨气的过程中，当C1货舱内的氨气真空度为95％时，将C1货舱对应的氨气出口阀11关闭，并将C1对应的惰气供给阀17打开，同时打开C2货舱对应的氨气出口阀11，所述船舶主柴油机16将排放的部分废气通入废气收集单元，再通过风机18将废气收集单元中的废气吹到废气洗涤单元19中，经废气洗涤单元19对废气进行去灰尘、去水蒸汽等处理后变成惰性气体通入C1货舱，使得C1货舱内压力为常压，C1货舱内外压力一致，避免外界空气进入C1货舱后发生爆炸。当C1货舱充入所需的惰性气体后，关闭C1货舱对应的惰气供给阀17。

同理，C2、C3、C4、……、Cn各货舱的氨气输送过程，以及主柴油机产生惰性气体通入C2、C3、C4、……、Cn各货舱的过程，均与C1货舱相同。

在上述各货舱氨气燃用过程中，只有当C1货舱中氨气用完之后，才对C2货舱中氨气进行燃用，以此类推，将C3、C4、……、Cn各货舱依次用完。

其中，经过压缩机13增压后的氨气是利用氨燃料舱1中液氨的冷能实现液化的，因此压缩机13不需要对氨气增压至较大的压力即可实现液化，降低了压缩机13的功耗。

上述超级油轮从卸货港到装货港的航行过程中，由于利用压缩机13将货舱5中的氨气进行液化所需的功耗非常高，本发明为了使方案更加优化，将各货舱中的氨气与氨燃料舱1中的液氨二者的混合燃料输送到船舶主柴油机16燃用，其中氨气与液氨的混合比例为1:2，液氨的温度为-33℃，二者混合过程中，利用氨燃料舱1中的液氨冷能将货舱5中的氨气液化，可以大大降低压缩机13的功耗。由于氨的热值比较小，超级油轮通常日消耗氨燃料为150吨左右，本系统各货舱在常温常压状态下，货舱储存的氨气总体积为300000m³，约合质量为227吨，若按氨气与液氨混合比例1:2进行燃用，约航行108h后(5天之内)各货舱中的氨气被完全燃用，由于超级油轮从装货港到卸货港空载航行的通常时间较长，多数在半个月以上，所以各货舱中的氨气在空载航行期间被全部燃用，当氨气全部燃用之后，超级油轮剩余航段的氨燃料由氨燃料舱1进行提供。

以上所述仅是本发明的优先实施方式，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种氨动力超级油轮货舱卸货及替代惰气供给系统，其特征在于：本系统包括氨燃料供给系统、氨气燃用系统、卸货及气体供给系统三个子系统，当超级油轮在卸货港卸货过程中采用卸货及气体供给系统；当超级油轮从装货港装载原油去往卸货港的航行过程中采用氨燃料供给系统；当的超级油轮从卸货港去往装货港的航行过程中同时采用氨气燃用系统和氨燃料供给系统，

所述卸货及气体供给系统包括：氨燃料舱(1)、驳运泵(2)、汽化换热器(3)、氨气进口阀(4)、货舱(5)、液货出口阀(6)、卸货泵(7)、岸基油库(8)、电动机(9)、岸基供电站(10)，其中所述货舱(5)共有n个，分别是C1、C2、……、Cn货舱，

在用卸货及气体供给系统中，所述氨燃料舱(1)中用于储存液氨燃料，并通过管路与驳运泵(2)连接；所述驳运泵(2)通过管路与汽化换热器(3)连接；所述汽化换热器(3)通过管路与氨气进口阀(4)连接；所述氨气进口阀(4)通过管路与货舱(5)顶部连接；在货舱(5)在底部通过管路与液货出口阀(6)连接；所述液货出口阀(6)通过管路与卸货泵(7)连接，其中卸货泵(7)通过电动机(9)驱动，所述电动机(9)的电力来源由岸基供电站(10)提供，所述卸货泵(7)通过管路与岸基油库(8)连接。

2.根据权利要求1中所述的一种氨动力超级油轮货舱卸货及替代惰气供给系统，其特征在于：所述氨气燃用系统包括货舱(5)、氨气进口阀(4)、抽气泵(12)、压缩机(13)、二级增压泵(14)、缸套水加热器(15)、船舶主柴油机(16)、风机(18)、废气洗涤单元(19)和惰气供给阀(17)，

在氨气燃用系统中，所述货舱(5)在顶部通过管路与氨气出口阀(11)连接；所述氨气出口阀(11)通过管路与抽气泵(12)连接；所述抽气泵(12)通过管路与压缩机(13)连接；所述压缩机(13)通过管路与二级增压泵(14)连接；所述二级增压泵(14)通过管路与缸套水加热器(15)连接；所述缸套水加热器(15)通过管路与船舶主柴油机(16)连接；所述船舶主柴油机(16)废气排放口上通过管路连接风机(18)；所述风机(18)通过管路连接废气洗涤单元(19)；所述废气洗涤单元(19)通过管路连接惰气供给阀(17)；所述惰气供给阀(17)通过管路连接在货舱(5)顶部。

3.根据权利要求1中所述的一种氨动力超级油轮货舱卸货及替代惰气供给系统，其特征在于：所述氨燃料供给系统包括：氨燃料舱(1)、驳运泵(2)、一级增压泵(20)、二级增压泵(14)、缸套水加热器(15)和船舶主柴油机(16)，

在氨燃料供给系统中，所述氨燃料舱(1)中储存液氨燃料，并通过管路与驳运泵(2)连接；所述驳运泵(2)通过管路与一级增压泵(20)连接；所述一级增压泵(20)通过管路与二级增压泵(14)连接；所述二级增压泵(14)通过管路与缸套水加热器(15)连接；所述缸套水加热器(15)通过管路与船舶主柴油机(16)连接。

4.根据权利要求1中所述的一种氨动力超级油轮货舱卸货及替代惰气供给系统，其特征在于：所述船舶主柴油机(16)将排放的部分废气通入废气收集单元，再通过风机(18)将废气收集单元中的废气吹到废气洗涤单元(19)中。

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