双燃料动力化学品船LNG系统的应用研究

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随着国际海事组织(IMO)制定的MARPOL公约的新规范生效,全球范围内SOx的减排执行标准越加严苛。传统的化石燃料油已不能满足新的废气排放要求。液化天然气(LNG),因其清洁、环保、高效等特点已经成为世界各国船东新造船绿色燃料的首选。我国在LNG供气系统的配套供应上还存在诸多欠缺之处,在建及新接订单中,多数的船东公司选用国外技术的LNG供气系统,使得国内LNG供气系统行业对国外技术存在一定的依赖性。为了弥补以上技术空缺,本文深挖LNG供气系统技术要点及难点,为供气系统的自主化奠定了一定基础,同时给予国内LNG供气行业一定的参考依据。本文以双燃料化学品船为设计输入,选用WIN-GD双燃料主机。燃气模式下,轻柴油作为点火油,天然气作为燃料,满足IMO海事组织TIER Ⅲ的NOx排放要求;且满足2020年1月1日生效的MARPOL附则VI关于SOx限制排放要求。通过本船燃气模式的续航力及船舶航速,计算出燃气模式的续航时间不少于18天。根据燃气模式下主机的日耗气量,计算出LNG储存罐体的总容积为600m3,设计分成2个LNG储罐。选用C型真空罐体设计,根据导热量计算比较,选用表观导热率低且性价比高的珠光砂材质作为罐体的绝热材料,并对罐体的直径进行设计计算,内罐罐体大小为直径5m,总长度16.21m,外罐直径为5.6m。运用PRO Ⅱ工程设计软件,对液化天然气(LNG)不同充装温度下充装极限进行深入计算研究,最大取值不超过95%。根据罐体的特性,日蒸发率以及安全阀起跳等综合输入条件的分析计算,判断设计LNG储罐的保压时间(holding time)为34天,能够满足使用要求。同时计算出LNG储罐安全阀容量及口径。当安全阀为DN100时,能保证罐体设计的安全性。LNG储罐设计结束后,利用MSC.PATRAN软件对LNG罐体进行有限元建模,针对内罐体发生泄漏的情况下进行温度场分析,判断LNG储罐鞍座处及船体结构处的温度分布,判断其是否会因为低温发生冷脆的现象。从主机对燃气系统要求的参数着手,分析计算出不同低热值的LNG所对应的压力耗量曲线表。供气系统包括加注系统,蒸汽回收系统,LNG输送系统,LNG气化加温系统及天然气供气系统。通过对潜液泵,气化器以及加热器等设备的设计计算及优化,选用合理的设备及进出口管线的管径和壁厚。最后,对LNG供气系统的安全保障设计进行了研究,包含水消防,水喷淋,干粉灭火以及应急切断等,为LNG加注系统,供气系统等的操作安全性提供了保障。
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