低温液化气船再液化装置的应用及未来LNG船推进装置选择研究

【摘要】：众所周知，液化气是世界各国发展经济不可缺少的重要能源，随着人们生活水平的提高和环保意识的增强，液化气在能源消费中的比重呈现出越来越高的趋势。直接关系到我国能源结构的战略性调整和经济的发展。作为一种重要的工业和家庭用燃料和无污染的自然能源，液化气在当代社会扮演越来越重要的角色，约占世界总能源供给的1／4～1／5左右，在发达国家，液化气在能源结构中的比重更大，例如，在美国约为60％，在发展中国家，对液化气的需求也在以一个很快的速度增长。 液化气包括液化石油气(LPG)和液化天然气(LNG)，是一种优质燃料，热值高，燃烧产物对环境污染少，被成为“洁净燃料”。目前已成为我国需求增长最快的能源产品，年均增长速度达到20％，尽管近年来我国液化气产量的年均增长幅度达到13％以上，仍未能满足市场需要，不得不大量进口，使我国成为亚太地区最大的液化气买主之一。由于液化石油气是气态时的约1／250，而液化天然气大约为气态时的1／625，所以，液化气必须在液化状态下方能利用船舶经济地运输。液化气船是储存和运输液化气的主要手段，船运也是连接出口液化厂和进口接收站之间的关键部分。 发展大型、高技术、高附加值船舶已是世界船舶市场竞争的焦点和热点，为此，我国交通部已把“高技术性能船舶设计制造工程”项目列为十二大高技术工程项目之一，其中重点之一便是发展液化气船。LPG船的建造，江南造船厂已有了良好的开端，随着广东LNG项目的拉开序幕，沪东中华造船厂在法国GTT公司的帮助下也已开始建造起LNG船，这将结束我国没有LNG船的历史，国内LNG生产、运输、储存的空白从此将被填补。 根据货物运输时的温度和压力，液化气船主要分为两类，一种是环境温度下运输的液化气船，即全压式液化气船，另一种是低温液化气船。除了全压式液化气船，低温液化气船一般配备再液化装置来控制航行和装货时液货舱内的蒸气压力。所以，再液化装置是液化气船开发利用的关键技术之一，对低温LPG船来说，配置再液化装置尤其是至关重要的，对LNG船来说，配置再液化装置也引起了船东的兴趣。本课题分析了液化气液化的主要方法，液化气船的种类和设计原则；分析了再液化装置的功用和类型；对利用再液化装置如何来控制液货舱内温度、压力进行了原理性阐述，并对压载阶段利用再液化装置控制液货舱内温度、压力进行了定量示例分析，找出再液化装置的一定运转容量下，液货舱内温度、随时间的变化关系规律并给予了实船验证。本课题还对LNG船配置再液化装置的可行性进行了研究， 上海海运学院硕士论文 并从技术观点、能量观点、和经济性观点分别进行了阐述。并得出结论认为LNG 船配置再液化装置是完全可行的。由于蒸发气的再液化，选择动力装置时就无需考 虑动力装置利用蒸发气的问题。这就给LNG船选择动力推进装置提供了更大的空 间，本课题最后对未来LNG船推进装置的选择进行了分析研究，提出了几种替代 方案，分析了各自的优点和缺点，并给出具体的建议。 本课题的研究对填补国内该领域的研究空白作了一定的尝试，对提高液化气船 的营运经济性，提高船舶运输过程中的安全性具有重要的指导意义。同时对我国液 化气船的设计、船舶装备的开发以及新一代的LNG船舶的推出具有重要的参考意 义。并将促进我国造船业以及液化气运输业的发展。 【关键词】：液化气船 再液化装置 推进装置 液舱
【学位授予单位】：上海海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：U674
【目录】：

• 一 前言10-15
• 1.1 课题的提出10-11
• 1.2 国内外研究综述11-13
• 1.3 本课题要解决的主要问题及研究方法13-14
• 1.4 开展本课题研究的意义14-15
• 二 液化气液化的主要方法和液化气船15-19
• 2.1 液化气的定义15
• 2.2 气体液化的主要方法15-16
• 2.3 低温液化气船再液化装置再液化原理16-17
• 2.4 液化气船的种类与设计原则17-19
• 三 再液化装置19-27
• 3.1 再液化装置的功用19-20
• 3.2 再液化装置的基本类型20-26
• 3.2.1 直接循环式再液化装置20-22
• 3.2.2 间接循环式再液化装置22-24
• 3.2.3 复叠循环式再液化装置24-26
• 3.3 再液化装置的基本要求26-27
• 四 利用再液化装置控制液货舱内温度压力方法概述27-33
• 4.1 装货前液货舱内温度、压力的控制27-28
• 4.2 装货过程中液货舱内温度、压力的控制28-29
• 4.3 航行过程中液货舱内液货温度、压力的控制29-33
• 五 再液化装置控制液货舱内温度压力定量分析示例33-50
• 5.1 压载航行过程中再液化装置控制液货舱温度、压力模型的建立33-35
• 5.1.1 液货舱模型的建立33-34
• 5.1.2 再液化装置的模型建立34-35
• 5.2 液货舱传热分析35-43
• 5.2.1 BOR定义及再液化装置液货循环量的计算35-36
• 5.2.2 本文所采用的关于液货舱和环境的一些主要参数和数据36-37
• 5.2.3 计算条件的假定37
• 5.2.4 液货舱气相空间的热平衡方程37-38
• 5.2.5 平衡微分方程中几个量的计算38-43
• 5.3 压载航行中一定再液化装置运转容量下液货舱内温度随时间变化的规律43-46
• 5.4 结果分析46-47
• 5.5 液货舱内的压力控制47-48
• 5.6 实船验证48-50
• 六 LNG船配备再液化装置的可行性研究50-63
• 6.1 目前世界上开展船用LNG再液化装置研究的情况简介50-53
• 6.2 LNG船上配备再液化装置的3种基本方式53-56
• 6.2.1 全部再液化装置53-54
• 6.2.2 自持式再液化装置54
• 6.2.3 部分再液化装置54-56
• 6.3 LNG船配置再液化装置的可行性研究56-62
• 6.3.1 技术角度的可行性分析56-58
• 6.3.2 能量角度的可行性分析58
• 6.3.3 经济性角度的可行性分析58-62
• 6.4 结论62-63
• 七 未来LNG船推进系统的选择63-76
• 7.1 LNG船推进系统替代的必要性概述63-66
• 7.1.1 问题的提出63-64
• 7.1.2 LNG船的特点64
• 7.1.3 形式的变化64-66
• 7.1.4 未来LNG船对推进系统的选择要求66
• 7.2 目前LNG船上采用的蒸汽轮机推进系统66-67
• 7.3 可能的几种替代方案67-75
• 7.3.1 燃气轮机方案67-68
• 7.3.2 柴油机方案68-70
• 7.3.3 电力推进方案70-73
• 7.3.4 双燃料发动机推进方案73-75
• 7.4 结论75-76
• 八 总结与展望76-78
• 8.1 本课题研究总结76-77
• 8.2 未来展望77-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-82

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