一种超级油轮利用天然气水合物的压载方法

摘要

本发明公开了一种超级油轮利用天然气水合物的压载系统及方法，该系统主要包括：水合物储存舱、水泵、压力控制三通阀、压力传感器、压缩机、缓冲罐等。本发明系统提出在船舶空载航行时，为了提高船舶在航行过程中的稳性，可以利用天然气水合物充当部分压载水的作用，天然气水合物分解产生的气体可以供船舶主机燃用，产生的淡水储存在压载舱内，在船舶到达卸载港后不用经过压载水处理，可以直接供给原油产地淡水稀缺的地区，解决了原油产地淡水稀缺的问题，实现了淡水资源的零成本运输，也减少了压载水的处理量，节约了处理压载水的成本，因此本发明系统具有很好的应用价值。

权利要求

1.一种超级油轮利用天然气水合物的压载方法，其特征在于：所述压载方法采用压载系统起到为超级油轮压载的目的，其中所述压载系统包括水合物储存舱（1）、水泵（2）、压力控制三通阀（3）、压力传感器（4）、压缩机（5）、缓冲罐（6）、水泵出口接头（7）、缸套水加热盘管（8）、缸套水进口管道（9）、缸套水出口管道（10）；

所述水合物储存舱（1）设于VLCC船左舷或者右舷的船中压载舱位置，用于充当压载水的作用，在水合物储存舱（1）内设有水泵（2），所述水泵（2）通过管道与水泵出口接头（7）相连接，并且水合物储存舱（1）、压缩机（5）、缓冲罐（6）依次通过管道相连；

所述压缩机（5）出口与缓冲罐（6）相连接，压缩机（5）进口通过管道与水合物储存舱（1）相连接，所述管道内装设压力传感器（4），所述压力传感器（4）通过毛细管线与压力控制三通阀（3）相连接；

所述压力控制三通阀（3）安装在缸套水进口管道（9）与缸套水加热盘管（8）之间，所述压力控制三通阀（3）的一个出口与缸套水出口管道（10）和缸套水加热盘管（8）之间的管道相连接，所述缓冲罐（6）与船舶主柴油机相连接；

当VLCC船从卸载港至装载港的航行过程中，缸套加热水进入缸套水加热盘管（8），把热量传递给水合物储存舱（1）里的水合物使其受热分解，分解产生的甲烷气体从水合物储存舱（1）内排出，经过压缩机（5）进行加压，加压至船舶主柴油机的供气压力，为1.5MPa，经过加压后的气体先到达缓冲罐（6）内，然后送至船舶主柴油机燃用；当天然气水合物汽化产生的气体不足以提供船舶从卸载港至装载港航行过程中船舶主柴油机所需要消耗的燃料量，通过燃油驳运泵把燃油从燃料舱里驳运出来，然后送至船舶主柴油机燃用；

当VLCC船到达装载港时，水合物储存舱（1）中的天然气水合物储存的天然气已经被完全释放并燃用，剩余的淡水被储存在水合物储存舱（1）内，此时水泵出口接头（7）与陆地接收接头连接，水合物储存舱（1）中的水直接通过水泵（2）被输送到陆地储水单元供淡水稀缺的陆地使用；

当VLCC船离开装载港时，将加注有LNG燃料的C型储罐安装在船舶甲板上，此时已经没有天然气水合物的存在，LNG燃料作为船舶主柴油机的燃料，LNG燃料经过LNG燃料驳运泵从货舱里驳运出来，经过增压泵进行增压，加压至船舶主柴油机的供气压力，为1.5MPa，然后经过冷能利用单元，释放LNG燃料的部分冷能，被船舶上的空调或者冷库需要冷能的设备利用，再经过缸套水加热单元进行加热汽化，汽化后的气体进入缓冲罐（6），然后送至船舶主柴油机燃用；

如果LNG燃料不足以提供船舶从装载港至卸载港航行过程中船舶主柴油机所需要消耗的燃料量，通过燃油驳运泵把燃油从燃料舱里驳运出来，然后送至船舶主柴油机燃用。

2.根据权利要求1中所述的一种超级油轮利用天然气水合物的压载方法，其特征在于：

在卸载港加注天然气水合物时，只需要加注计算出的船舶从卸载港到装载港航行过程中船舶主机所需要消耗的天然气水合物总量的95%即可，当天然气水合物汽化产生的气体不足以提供船舶从卸载港到达装载港船舶主机所需要的燃料量时，可通过燃油驳运泵将燃油从燃料舱里驳运出来，然后送至船舶主柴油机燃用。

说明书

一种超级油轮利用天然气水合物的压载方法

技术领域

[0001] 本发明属于船舶技术领域，具体涉及一种超级油轮利用天然气水合物的压载方法。

背景技术

[0002] 随着技术的发展，全球石油贸易量的急剧增长，为了满足原油运输的需求，大型油轮成为运输原油的主流船型，目前油船载重量已经达到300000吨左右，通常把这类油船称为VLCC船，由于VLCC船载重量大，主机功率大，燃油消耗量多，燃烧重油会产生大量污染物，为了减少污染物的排放，可以采用以天然气为燃料的低速二冲程双燃料柴油机作为船舶主机。

[0003] LNG和天然气水合物是天然气的两种比较好的储存方式，LNG是一种‑163℃的低温液体，其主要成分是甲烷，天然气水合物是天然气与水在一定条件下形成的类冰状结晶物质，其主要成分是水和甲烷。天然气需要在低温的条件下经过压缩才可以变成LNG，功耗较大，且LNG的储存对储罐的保温性能和耐低温能力有较高的要求，成本较高，而天然气水合物的制取条件相对比较容易实现，功耗较低，在温度为‑18℃，压力较低的条件下即可储存，3
对储存设备的要求不高，成本相对较低，这是天然气水合物相较与LNG的优点。然而，1m的
3 3 3 3 3
LNG可以储存约600m的天然气，1m的天然气水合物可以储存150m 至180m的天然气，1m的
3
LNG约重426kg，1m 的天然气水合物约重900kg，这样，储存相同体积的天然气，天然气水合物的质量远远大于LNG的质量，因此，天然气水合物与LNG相比存在重量较大的缺点。

[0004] 此外，VLCC船的主要航线是从国内的卸载港至中东波斯湾附近等原油产地的装载港运输原油，航线相对单一，波斯湾附近的国家原油多，但淡水稀缺。在前往装载港的航行中，VLCC船是空载状态，从装载港至卸载港时，船舶为满载状态。在空载状态时，为了提高船舶的稳性，在开航前船舶压载舱内要加入大量的压载水以增强抗风浪能力，压载水的重量达到100000多吨，当船舶到达装载港后，需要把压载水全部排出，为了防止压载水对异地海域的海洋生物造成入侵破坏，在压载水注入和排出之前这段时间内需要对其进行处理，由于压载水的量巨大，因此在处理压载水时，对压载水处理设备的能力要求很高，电力消耗也比较大。

[0005] 基于以上问题，如果可以在船舶空载时，以天然气水合物充当部分压载水储存在船舶压载舱内，船舶在航行过程中，天然气水合物进行汽化，释放出甲烷气体供船舶主柴油机燃用，产生的淡水储存在舱内，不需要经过处理，在到达目的地时可以供淡水紧缺的陆地所需，同时可以减少部分压载水的处理量，节能环保，因此该方法具有很好的应用价值。

发明内容

[0006] 本发明的目的就是针对上述的问题，提出一种超级油轮利用天然气水合物的压载方法。

[0007] 本发明的第一个目的是提出一种超级油轮利用天然气水合物的压载系统，该系统主要包括：水合物储存舱、水泵、压力控制三通阀、压力传感器、压缩机、缓冲罐、水泵出口接头、缸套水加热盘管、缸套水进口管道、缸套水出口管道。

[0008] 所述水合物储存舱内设有水泵，所述水泵通过管道与水泵出口接头相连接，所述压缩机出口与缓冲罐相连接，压缩机进口通过管道与水合物储存舱上方相连接，管道内装设压力传感器，所述压力传感器通过毛细管线与压力控制三通阀相连接，所述压力控制三通阀安装在缸套水进口管道与缸套水加热盘管之间，所述压力控制三通阀的一个出口与缸套水出口管道和缸套水加热盘管之间的管道相连接，构成旁通管路，所述缸套水加热盘管安装在水合物储存舱内，所述缓冲罐与船舶主柴油机相连接。水合物储存舱设于船舶左舷或者右舷的船中压载舱位置，其中水合物储存舱内设有保温层，可以减少水合物储存舱与外界环境的热交换，从而减少蒸发气的产生。

[0009] 压力传感器可以通过感受到的水合物储存舱内BOG的压力来控制压力控制三通阀的开度，当压力传感器感受到的压力大于水合物储存舱内BOG的压力设定值时，压力控制三通阀与旁通管路相连接的出口的开度变大，压力控制三通阀与缸套水加热盘管相连接的出口的开度变小；当压力传感器感受到的压力小于水合物储存舱内BOG的压力设定值时，压力控制三通阀与旁通管路相连接的出口的开度变小，压力控制三通阀与缸套水加热盘管相连接的出口的开度变大。

[0010] 本发明的第二个目的就是基于上述一种超级油轮利用天然气水合物的压载系统，提供一种超级油轮利用天然气水合物的压载的方法。

[0011] 当VLCC船从卸载港至装载港的航行过程中，缸套加热水通过缸套水进口管道进入缸套水加热盘管内，通过缸套水出口管道排出，把热量传递给水合物储存舱里的水合物使其受热分解，分解产生的甲烷气体从水合物储存舱内排出，经过压缩机加压，先到达缓冲罐内，然后送至船舶主柴油机燃用。综合考虑船舶的航距和船舶主机的功率的大小，可以计算出船舶从卸载港到装载港航行过程中船舶主机所需要消耗的天然气的总量，根据消耗的天然气的总量可以计算出需要的天然气水合物的总量，在卸载港加注天然气水合物时，只需要加注计算出的天然气水合物总量的95％即可，这样可以保证船舶在航行过程中天然气水合物分解产生的气体能够完全被船舶主柴油机燃用。如果天然气水合物汽化产生的气体不足以提供船舶从卸载港至装载港航行过程中船舶主柴油机所需要消耗的燃料量，可以通过燃油驳运泵把燃油从燃料舱里驳运出来，然后送至船舶主柴油机燃用。

[0012] 当VLCC船到达装载港时，水合物储存舱内的天然气水合物储存的天然气已经被完全释放并燃用，剩余的淡水被储存在水合物储存舱内，此时水泵出口接头与陆地接收接头连接，水合物储存舱内的淡水可以通过水泵被输送到陆地储水单元。

[0013] 当船舶离开装载港时，将加注有LNG燃料的C型储罐安装在船舶甲板上，此时已经没有天然气水合物的存在，船舶满载从装载港至卸载港航行过程中，LNG燃料经过LNG燃料驳运泵从货舱里驳运出来，经过增压泵进行增压，然后经过冷能利用单元，释放LNG燃料的部分冷能，再经过缸套水加热单元进行汽化，汽化后的气体进入缓冲罐，然后送至船舶主柴油机燃用。如果LNG燃料不足以提供船舶从装载港至卸载港航行过程中船舶主柴油机所需要消耗的燃料量，可以通过燃油驳运泵把燃油从燃料舱里驳运出来，然后送至船舶主柴油机燃用。

[0014] 本发明的优点：

[0015] 1.在船舶空载航行时，以制取成本比较低的天然气水合物的形式储存天然气，不仅可以充当部分压载水，也可以使其分解产生的气体为船舶主柴油机提供燃料，降低了压载水的装载量。

[0016] 2.当船舶到达装载港后，天然气水合物在分解时产生的淡水不需要经过任何处理就可以供陆地上淡水稀缺的地区所用，解决了原油产地淡水稀缺的问题，实现了淡水资源的零成本运输。

[0017] 3.以天然气水合物充当部分压载水，可以减少船舶压载水的装载量，从而减少了压载水的处理量，节省了处理压载水的成本，经济环保，具有很好的应用价值。

附图说明

[0018] 图1是本发明的系统图；

[0019] 图2是水合物储存舱安装示意图；

[0020] 附图中：1.水合物储存舱；2.水泵；3.压力控制三通阀；4.压力传感器；5.压缩机；6.缓冲罐；7.水泵出口接头；8.缸套水加热盘管；9.缸套水进口管道；10.缸套水出口管道。

具体实施方式

[0021] 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。

[0022] 一种超级油轮利用天然气水合物的压载方法，如图1，该系统主要包括：水合物储存舱1、水泵2、压力控制三通阀3、压力传感器4、压缩机5、缓冲罐6、水泵出口接头7、缸套水加热盘管8、缸套水进口管道9、缸套水出口管道10。

[0023] 所述水合物储存舱1内设有水泵2，所述水泵2通过管道与水泵出口接头7相连接，所述压缩机5出口与缓冲罐6相连接，压缩机5进口通过管道与水合物储存舱1相连接，所述管道内装设压力传感器4，所述压力传感器4通过毛细管线与压力控制三通阀3相连接，所述压力控制三通阀3安装在缸套水进口管道9与缸套水加热盘管8之间，所述压力控制三通阀3的一个出口与缸套水出口管道10和缸套水加热盘管8之间的管道相连接，构成旁通管路，所述缸套水加热盘管8安装在水合物储存舱1内，所述缓冲罐6与船舶主柴油机相连接。

[0024] 水合物储存舱1设于船舶左舷或者右舷的船中压载舱位置，安装示意图如图2所示，水合物储存舱1具有保温层，可以减少水合物储存舱1与外界环境的热交换，从而减少水合物储存舱1内的蒸发气。

[0025] 压力传感器4可以感受到水合物储存舱内BOG气体的压力，通过感受到的压力可以控制压力控制三通阀3的开度，从而控制进入缸套水加热盘管8的缸套水的量。当压力传感器4感受到的压力大于水合物储存舱1内BOG的设定压力时，压力控制三通阀3与旁通管路相连接的出口的开度变大，压力控制三通阀3与缸套水加热盘管8相连接的出口的开度变小；当压力传感器4感受到的压力小于水合物储存舱1内BOG的设定压力时，压力控制三通阀3与旁通管路相连接的出口的开度变小，压力控制三通阀3与缸套水加热盘管8相连接的出口的开度变大，通过这种方式可以控制天然气水合物的分解速率，使天然气水合物分解产生的气体量刚好满足船舶主柴油机所需的燃料量，防止天然气水合物的分解速率过快，产生的气体过多，使水合物储存舱1内的气体压力过大，对水合物储存舱1造成破坏。

[0026] 当VLCC船从卸载港至装载港的航行过程中，缸套加热水进入缸套水加热盘管8，把热量传递给水合物储存舱1里的水合物使其受热分解，分解产生的甲烷气体从水合物储存舱1内排出，经过压缩机5进行加压，加压至船舶主柴油机的供气压力，约为1.5MPa，经过加压后的气体先到达缓冲罐6内，然后送至船舶主柴油机燃用。综合考虑船舶的航距和船舶主机的功率的大小，可以计算出船舶从卸载港至装载港航行过程中船舶主机所需要消耗的天然气的总量，根据消耗的天然气的总量可以计算出需要的天然气水合物的总量，在卸载港加注天然气水合物时，只需要加注计算出的天然气水合物总量的95％即可，这样可以保证船舶在航行过程中天然气水合物分解产生的气体能够完全被船舶主柴油机燃用。天然气水合物汽化产生的气体不足以提供船舶从卸载港至装载港航行过程中船舶主柴油机所需要消耗的燃料量，可以通过燃油驳运泵把燃油从燃料舱里驳运出来，然后送至船舶主柴油机燃用。

[0027] 当VLCC到达装载港时，水合物储存舱1中的天然气水合物储存的天然气已经被完全释放并燃用，剩余的淡水被储存在水合物储存舱1内，此时水泵出口接头7与陆地接收接头连接，水合物储存舱1中的水可以直接通过水泵2被输送到陆地储水单元供陆地使用，经计算，VLCC船从国内卸载港至中东装载港航行中消耗的燃料换算成天然气水合物达10000吨至15000吨，这些天然气水合物汽化产生的淡水也达到10000多吨，这些淡水可以免费输送给中东地区，也可以使压载水的处理量减少10000多吨。

[0028] 当船舶离开装载港时，将加注有LNG燃料的C型储罐安装在船舶甲板上，此时已经没有天然气水合物的存在，LNG燃料作为船舶主柴油机的燃料，LNG燃料经过LNG燃料驳运泵从货舱里驳运出来，经过增压泵进行增压，加压至船舶主柴油机的供气压力，约为1.5MPa，然后经过冷能利用单元，释放LNG燃料的部分冷能，被船舶上的空调或者冷库等需要冷能的设备利用，再经过缸套水加热单元进行加热汽化，汽化后的气体进入缓冲罐，然后送至船舶主柴油机燃用。如果LNG燃料不足以提供船舶从装载港至卸载港航行过程中船舶主柴油机所需要消耗的燃料量，可以通过燃油驳运泵把燃油从燃料舱里驳运出来，然后送至船舶主柴油机燃用。

[0029] 本发明主要提出一种VLCC船从卸载港至装载港过程中天然气水合物作为压载水和燃料的方法，从装载港至卸载港过程中船舶主机使用燃油还是LNG，不作为本发明的重点，可以根据船舶航行的实际情况进行合理的选择。

[0030] 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。