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1、任务三 其他系统简介【任务描述】在液化气船舶上还有许多特殊的系统,例惰性气体及干燥空气管系、绝缘空间扫舱管系、氮气管系、可燃气体探测管系、消防水喷淋管系、液货舱液位遥测系统、液货区干粉灭火系统、隔离空舱加热系统、液货舱安全阀系统、液货管路的安全阀及吹洗管系、应急关闭系统、锅炉水分析系统、过热蒸汽系统、减热蒸汽和饱和蒸汽系统、中间撤汽和排汽系统、高压水雾系统等。【知识充电站】一、隔离空舱加热系统1.系统的用途隔离空舱加热系统的目的是使隔离空舱内维持一定的环境温度，一般要求不低于 5，以保证船体结构在设计温度下有足够的强度，确保船舶的运行安全。该系统的设计条件是，空气温度-18、海水温度为 0时，
2、并在考虑到假设的液货舱次绝缘层的温度下，能将环境温度维持在 5以上。2.系统的布置要求 隔离空舱内和液体穹顶上液货管周围的空舱内设有两套乙二醇水加热系统，其中有一套为常用，另一套为备用，应急时才使用。所以每一套系统或装置的总的容量都要满足系统的运行要求。系统内设有两台乙二醇水循环泵，一台常用，一台备用。泵的压头为 30m 水柱，排量为 25m/h，可根据船舶的实际情况进行设置。系统中设有三台加热器，一台电加热器和二台蒸汽加热器。电加热器为常用，二台蒸汽器为备用。当电加热器损坏时，一台蒸汽加热器为常用，另一台为备用。要求加热器的出口温度最大可达 90。另外系统中还设有一台乙二醇水的气动输送泵，将
3、乙二醇水的液体从混合柜输送到膨胀柜；一只乙二醇水混合柜、一只乙二醇水膨胀柜、一只乙二醇储存柜。乙二醇从舷外注入至储存柜，根据需要依靠重力放至混合柜。混合柜上接有淡水注入管，按乙二醇含量为 45%的比率进行混合。乙二醇水混合液的凝固点必须低于-30。整个乙二醇水加热系统为闭式循环系统，运行中损失的乙二醇水由膨胀柜来的管路进行补充，膨胀柜同时供乙二醇水升温后膨胀用，相当于普通淡水膨胀水箱的作用。进入每个隔离空舱或液体穹顶上液货管周围的空舱前的常用和备用管路上均设在三通调节阀，可根据舱内的温度调节进入舱内管路的乙二醇水流量。所在阀件和附件及设施均为就地操作，每一路分支管路均能单独运行，并通过分配集管
4、分配流量和平衡加热温度。总的乙二醇水循环量为 5m左右。二、氮气系统1.氮气系统的用途该系统用于液货舱主绝缘层和次绝缘的加压、液货系统四台压缩机的轴封、液货管和透气桅的吹洗、到锅炉的挥发气供给管路的吹洗和液货装卸集管的连接前后的吹洗。薄膜型液化气船货舱四周敷设有两层绝缘层，与结构相接触的绝缘层称为次绝缘层，里面一层称为主绝缘层。绝缘层之间及主绝缘层与液货之间都有一层厚 0.7mm1.0mm 的金属薄膜，它的材料为因瓦钢，即不胀钢。液货与船体结构之间的密性由它来保证，液货的重量也由它来传送给船体结构。因而必须在绝缘空间充入氮气，以保证液货的重量均匀地传给船体结构，薄膜也不会受到损害，确保船舶的运
5、行安全。实际上氮气起到了气垫的作用，所以对绝缘层的压力控制非常重要。为防止主绝缘层屏障内氮气泄漏到 LNG 舱内，应保证填充在主绝缘层屏障内的氮气压力应略为低于舱内压力。同样为防止大气进入绝缘层，次绝缘层的压力略高于于大气压力。因此舱内挥发气压力及每一层绝缘屏障内氮气气体压力均需压力监视并设置报警范围。绝缘层内的压力是通过安装在绝缘层内的压力传感器测得的，如压力偏低，可通过氮气系统注入氮气，如压力过高可启动空压机室内的真空泵通过氮气管路向外排出氮气。另外，布置在氮气管路上和每层绝缘层的安全阀对绝缘层内的压力也起到非常重要的调节作用。绝缘层间的氮气除了加压外，通过对绝缘层间氮气中所含液化气量的测
6、定，可以确定液货舱薄膜的完好情况，以采取相应措施。2.氮气系统的组成氮气系统设有一组氮气发生装置，包含两套完全相同、可以独立运行的制氮系统，互为备用。此氮气发生装置作为一个整体由制造商提供。制氮用的空气来自日用空气和仪表空气系统中的三台空压机。制出的氮气储存于氮气储存柜内，本船的储存柜容积为 24m，压力为 8bar。甲板上主要由二路总管组成，它们是至主绝缘层加压氮气总管、至次绝缘层加压氮气总管，另有一路吹洗用氮气总管布置在走道内。至每一舱绝缘层的分路均布置在隔离空舱内，主绝缘层注入管由液货舱的顶部进入。次绝缘层注入管由底部进入。三、可燃气体探测系统1.系统的用途本系统用于探测大气和氮气中的液
7、化气含量。2.系统的组成本系统由探测器和报警系统组成。探测的范围包括货舱区域、机舱和上层建筑区域。整个系统与 IAS（Integrated Automation System）系统联接。船舶上应安装有两个不同气体探测系统：一个是基于红外线气体分析仪的系统，专用于分析通过取样管从绝缘空间抽出的气体，它们的管路都接至安装在货物电气设备室的可燃气体探测控制屏。另一个是基于单点红外线探测仪的系统，用来监控上层建筑区域、液货系统机房（或称为货物辅机舱）、货物控制室、货物电气设备室、走道内、机舱、水手长储藏室以及货物区域内可能积聚蒸发气的其他围蔽处所等空间大气中的可燃气体的含量。机舱和锅炉区域的探测器还应
8、提供在探测到大气中含有可燃气体时，关闭挥发气燃烧系统的功能。氮气中可燃气体的测量氮气中可燃气体的测量是连续进行的。它是红外线探测系统，每一个取样点由下列几部分组成：安装在取样点附近的滤器、可安装便携式分析仪的三通接口、至红外线分析仪的管路上的截止阀（球阀）安装在货物电气设备室的外面、安装在分析仪控制屏内的火星熄灭器等。控制屏上设有两套分析仪，分析仪的组成和功能包括：比例分析仪，一套分析仪用于主绝缘层内气体的分析，应能测量按容积从 0100%的气体浓度。当该蒸发气浓度达到在空气中的可燃下限 30%时，应予报警。一套用于次绝缘层内气体的分析，应能测量按 LEL 从 0100%的气体浓度。当该蒸发气
9、 LEL 达到在空气中的可燃下限 30%时，应予报警。分析仪中蒸发气通过共用管路排至货物控制室的外面。可燃气体分析仪控制屏/控制箱应能在间隔时间不超过 30 分钟内，依次从每个取样点取样和分析，记录下可燃气体的含量。并不得设置通向探测设备的共用取样管。当含量超过标准要求或系统发生故障时发出报警。可燃气体报警的读数在 IAS 系统中记录和报警，在 IAS 中，每只分析仪设有相应的组合报警，在系统发生故障时报警，并延伸到驾驶室。可燃气体报警也应延伸至驾驶室。货物控制室内还应设置用于校验的气瓶。包括氮气瓶、1 只含 CH4 为 5%（容积）的氮气瓶和 1 只含 CH4 为 60%（容积）的氮气瓶。它
10、们的容积均为 10 升、压力均为 15MPa。大气中可燃气体的测量大气中可燃气体的测量一般采用设置传感器的单点红外线探测装置系统。每个探测点都设置防爆型的传感器，并连接到共用的中心控制装置，即 IAS 系统。单点红外线传感器尽可能直接连接到 IAS 系统作为数据的输入。四、过热蒸汽系统液化天然气船的动力装置一般采用蒸汽透平，主锅炉为双燃料锅炉，可以燃烧天然气和燃油。也可以采用电力推动动力装置，但用于发电的柴油发电机组也为双燃料发电机组。目前世界上各柴油机制造商还在开发能燃烧天然气的大马力低速柴油机，以代替蒸汽透平，提高效率。但目前在建的船舶仍以蒸汽透平作为主机的为多。1 主要设备 锅炉锅炉的各
11、种参数应满足主机的要求，本系统中锅炉的最大蒸发量为 65000kg/h，正常蒸发量 55000kg/h。过热蒸汽出口压力为 61.8bar,温度为 515。图 5-14 所示为某锅炉的结构简图。它的主要部件有燃烧器、炉膛、水筒、汽筒、经济器和空气加热器组成。燃烧器该锅炉配备的是燃油/燃气双燃料燃烧器，这是区别于普通锅炉的主要部件。见图 5-15所示。该燃烧器的中心部位为螺旋状的燃油喷嘴，当使用燃油作为燃料时，一定量的蒸汽和燃油一起进入旋转器，使燃油雾化后喷入炉膛，然后在炉膛内燃烧产生热量。当使用挥发气（燃气）作为燃料时，燃气通过燃油喷嘴周围的燃气喷嘴喷入炉膛，并通过燃油点火装置点火，实现燃烧。
12、另外燃烧器还配有红外线和紫外线火焰探测器，分别对燃油火焰情况和燃气火焰情况进行探测。水筒和汽筒水筒设在锅炉的底部，直径约为 500mm，内部还装有温度控制过热减热器，它通过控制流过浸没在水筒中的直管的蒸汽量来调节蒸汽的最终温度。它的工作原理是一定量的过热蒸汽从过热加热器（设在汽筒内）中引入安装在水筒内的温度控制过热减热器，温度降低，这部分的蒸汽又和没有减热的过热蒸汽相混合，对主蒸汽温度进行调节。这种蒸汽温度控制过热减热器与传统的喷水式过热减热器相比，它的优点是直管内不容易结垢，也没有热冲击，蒸汽的流量始终保持恒定，不会发生变化。汽筒设在水筒的正上方，位于锅炉的顶部。它的直径约为 765mm，在
13、前端设有人孔，筒内装有蒸汽分离器，用来分离所产生的饱和蒸汽。图 5-14 锅炉结构图图 5-15 锅炉燃烧器 经济器和空气加热器经济器设在烟气的排出口，利用锅炉的高温烟气对进入锅炉前的给水加热，可以达到节省燃料，提高锅炉的热效率。经济器的材料采用抗腐蚀钢，而不是传统的铸铁。由于抗腐蚀钢的最大腐蚀速率是铸铁的 1/5，所以在相同厚度情况下可以延长使用寿命 5 倍。即使减薄壁厚，使经济器的重量降至原来的 45%左右，其使用寿命仍可从 3 年延长至 8 年。由于重量减轻，其制造成本也下降了 50%。空气加热器设在锅炉空气的进口，利用一定量的撤汽对进入炉膛之前的空气进行加热，使其达到约 130，其目的
14、也是提高燃烧的热效率。它与经济器一样都是节能装置。透平给水泵本系统设有两套给水泵，其中一台为备用泵，故每台泵的排量均应能满足两台锅炉在最大蒸发时的给水量，并加上 20%的裕量。图 5-16 所示为背压式蒸汽透平的结构示意图。该泵的进汽压力和温度分别为 59.9bar和 510，排汽压力为 4bar，蒸汽耗量最大为 4932kg/h，设计值为 3474 kg/h，供水量最大为 169m/h，设计值为 90 m/h，吸入压头为 55mH2O，压头增加量为 880mH2O。这种给水泵的特点是采用紧耦合式结构，即泵的叶轮和透平被安装在同一根短轴上，减少了对弹性联轴节的需求，不仅在很大程度上方便了安装，
15、也大大减少了整个透平给水泵的尺寸和重量。而且透平和泵的轴向推力经过了精确的计算，使其达到基本平衡。由此推力轴承几乎不会发生摩损，也不再需要安装轴向位移监测装置。透平发电机透平发电机所采用蒸汽透平为冷凝式透平，其排汽真空度为 717mmHg。透平的进汽压力和温度与透平给水泵相同。每台发电机的输出功率为 3200kW，两台发电机的总功率能满足货物装载和压载水操纵时的功率需求。透平与发电机之间装有减速齿轮箱，将透平转速（约为 10000rpm）降低到发电机的转速（约 1800rpm）。图 5-16 透平给水泵图 5-17透平发电机示意图 透平主机本系统采用的透平主机主要由高压透平、低压透平、倒车透平
16、和主冷凝器组成。它的主要特点是：高压蒸汽透平和低压蒸汽透平为并列复式结构，同时主减速齿轮上采用双轴铰链结构，利用这些结构，蒸汽透平就可以根据船舶航行对功率的需要选择高压蒸汽透平单独工作、低压蒸汽透平单独工作或高低压蒸汽透平同时工作。倒车蒸汽透平被集成在低压蒸汽透平的前端，两者形成一个整体。这样，只要简单地关闭正车操纵阀，打开倒车操纵阀就可以实现倒车运行，而不需要复杂的倒车齿轮箱或采用可调距桨来实现船舶的倒退。蒸汽透平主机的运转方式为：在 MCR（服务航速时的功率点）或输出功率较高工况时，倒车阀关闭，正车操纵阀打开，主锅炉向高压透平供汽，带动高压透平运转，从高压蒸汽透平排出的低压蒸汽经过高、低压
17、蒸汽透平之间的连接管路进入低压蒸汽透平，再带动低压透平运转，低压蒸汽透平排出的蒸汽排入主冷凝器，这时的工况是高、低压蒸汽透平同时工作；当要求输出功率较低时，可以选择高压蒸汽透平或低压蒸汽透平单独工作，这时锅炉直接向高压蒸汽透平输入过热蒸汽或向低压蒸汽透平输入减热蒸汽。其中仅低压透平工作时，其减热蒸汽由减热蒸汽和饱和蒸汽系统供给，排汽均直接回到主冷凝器；当倒车运行时，关闭正车操纵阀，打开倒车操纵阀，过热蒸汽通过倒车防护阀进入倒车蒸汽透平，就可以进行倒车运行。参见图 5-13。3.高温高压管路的设计原则 管路应尽量采用对接焊形式，在必须使用法兰连接时，法兰的标准、垫片的材料、连接螺栓的材料和强度应
18、符合规范的规定和船东的要求。过热蒸汽进入主机透平或透平发电机透平前管路上应安装滤器。管路敷设应尽可能短，并考虑到合理的机舱布置的热膨胀。所有的管路应有一定的倾斜度，以防止管路内积水，避免产生水击现象。在管路的最低点应设置泄放装置和必要的管路。在撤汽管道的接口应避免撤汽再次进入透平内。当从正车转换到倒车时，倒车蒸汽管路应保证在正车透平停止送气的同时立刻有蒸汽送入倒车透平。所有的仪表管路都应具有双道隔离装置或阀，以保证系统的正常运行和满足日常修理或试验的需要。高温高压的管路的设计和安排应经过计算，以保证其在工作状态下能承受额定的温度和压力，特别是保证管路运行时的热膨胀不会产生过度的应力。管路的应力
19、计算应得到船级社和船东的认可。【任务实施】过热蒸汽系统工作原理过热系统主要是作为蒸汽透平主机、透平发电机和锅炉透平给水泵的动力来源。图 5-13为该系统的原理图。减速齿轮箱减速齿轮箱主冷凝器透平发电机蒸汽接收器透平给水泵 透平透平给水泵蒸汽接收器透平发电机过热加热器水筒锅炉汽筒倒车透平透平锅炉过热加热器汽筒水筒图 8.3.1 过热蒸汽系统原理图图 5-13 过热蒸汽系统原理图该系统的原理相当简单，从锅炉产生的过热蒸汽通过管路直接送到主机透平、透平发电机和透平给水泵。但高温高压管路上的阀件都是一些特殊的阀件。其次是管路上自动化监测、报警点特别多。例如至主机、发电机的管路上都装有流量、温度和压力的
20、传感器，用于监测、记录和报警。【任务评价】学习任务工单学习任务工单项目项目五调试散装液化气船舶的专用系统任务任务 3 其他系统简介任务描述在液化气船舶上还有许多特殊的系统,例惰性气体及干燥空气管系、绝缘空间扫舱管系、氮气管系、可燃气体探测管系、消防水喷淋管系、液货舱液位遥测系统、液货区干粉灭火系统、隔离空舱加热系统、液货舱安全阀系统、液货管路的安全阀及吹洗管系、应急关闭系统、锅炉水分析系统、过热蒸汽系统、减热蒸汽和饱和蒸汽系统、中间撤汽和排汽系统、高压水雾系统等。任务目标1.掌握隔离空舱加热系统的作用及布置要求。2.掌握氮气系统的系统作用及组成3.掌握可燃气体探测系统作用及组成4.掌握过热蒸汽
21、系统的工作原理任务思考1.隔离空舱加热系统的作用是什么？2.氮气系统的系统作用是什么？有哪些部分组成？3.可燃气体探测系统作用是什么？有哪些部分组成任务实施1学生分组，每小组 45 人；2每个成员按要求绘制过热蒸汽系统的工作路径。3小组经过讨论确定任务结果，每小组由中心发言人陈述，经过全体同学讨论，确定正确结果；4检查总结。任务总结实施人员任务评价指导教师：日期：年月日任务评分标准序号考核指标分值备注得分1完成情况20在规定时间按时完成上交2完成质量50内容准确、全面、充实3小组活动参与度30高度完成小组角色，与其他成员合作完成任务【任务习题】1.隔离空舱加热系统的作用是什么？2、过热蒸汽系统主要设备有哪些？