气体管道系统和包括气体管道系统的船舶
技术领域
本发明涉及一种船舶的气体管道系统，尤其涉及一种将柴油发动机安装作为主发动机或辅助发动机的船舶的气体管道系统。
背景技术
将柴油发动机安装作为主发动机或辅助发动机的船舶通常是已知的(参见例如PTL 1至PTL 3)。在这样的船舶中，存储于安装在船舶中的燃料箱内的液化气燃料被加压并以汽化的状态被供应到柴油发动机。
通常，许多用于易燃材料(如重油、润滑油和高压油)的管道；许多设备(例如泵)；以及许多储罐被放置在发动机室内，其中发动机室内设置有船舶的主发动机和辅助发动机。还有许多电线，许多高温排气管，或者许多燃烧装置，例如锅炉和焚化炉，其都可以为点火源。因此，当气体被吸入船舶的发动机室内时，根据适用的规定，为了防止由气体引起爆炸和火灾，需要一种结构以防止气体泄漏到发动机室内。为了满足这个要求，生产用作主发动机和辅助发动机的柴油发动机的制造商通常会在柴油发动机内采用双管道结构，用于向柴油发动机供应气体燃料的管道，以及用于排放来自柴油发动机的排出气体的管道。制造商还建议，形成发动机室内的气体燃料和排出气体的流动路径、并与柴油发动机的管道连通的管道中采用双管道结构。排出气体是指，当柴油发动机的气体操作停止时，在排放(残留于柴油发动机和管道中的)气体燃料期间所产生的气体。这同样适用于本说明书全文。
引用列表
专利文献
PTL 1:JP2016-61141A
PTL 2:JP2016-37935A
PTL 3:JP2015-127510A
发明内容
技术问题
供应至柴油发动机的气体燃料，尤其是供应至用作主发动机的柴油发动机的气体燃料，是高度加压的(例如30MPa)。因此，船舶的振动和摆动(旋转和倾斜)、由于老化造成的管道中的微小裂缝、管道接头的包装的劣化等，可能将导致由于高压气体燃料的喷射而引起的气体爆炸和火灾的风险。因此，为了安全稳定地向柴油发动机供应气体燃料，需要提供监控系统，例如压力和温度测量传感器以及气体浓度检测传感器。
船舶通常运行约20至30年，甚至更久(例如约40年)，因此有必要检测这些设备(监控系统)。然而，如果用于供应气体燃料和排放排出气体的管道被设计为具有双管道结构，则假定这些装置设置在双管道的外管道的内部。由于双道管的尺寸，人不能进入内部进行直接检测。这便造成了这样的问题：只能通过使用纤维镜等远程目视检查来对这些设备进行检测，从而无法实现可靠的检测。此外，如果管道被设计成具有双管道结构，则需要使用弹簧来保持流过有气体燃料的内管道，以作为抵抗内管道摆动和振动的措施。然而，这种弹簧的附接使得使用纤维镜等来检测设备变得更加困难，因此导致无法实现安全可靠的检测。
本发明是为了解决上述问题而提出的。本发明提供一种气体管道系统，其中，即便用于供应气体燃料和排放排出气体的管道遭到损坏，也能够可靠地防止气体燃料和排出气体泄漏到发动机室内，并且管道和附接到管道上的用于监控气体泄漏等的监控系统等也可以在较长的一段时间内被容易且可靠地检测、调节和更换。本发明还提供一种包括气体管道系统的船舶。
解决方案
本发明涉及一种用于向柴油发动机供应气体燃料的气体管道系统，其中，柴油发动机作为主发动机或辅助发动机而被安装在船舶中。该柴油发动机包括具有双管道结构的供应管道和具有双管道结构的排出管道，供应管道的双管道结构包括供应内管道和供应外管道，排出管道的双管道结构包括排出内管道和排出外管道。气体管道系统包括供应管线，排出管线，第一导管以及第二导管，供应管线用于将存储有气体燃料的燃料箱中的气体燃料输送到柴油发动机的供应内管道，排出管线用于将排出气体从柴油发动机的排出内管道排放到船舶发动机室的外部，第一导管覆盖发动机室内的供应管线，第二导管覆盖发动机室内的排出管线。供应外管道和排出外管道延伸至第一导管或第二导管的内部，并且供应外管道的端部在第一导管或第二导管中设置有爆破片。
在本发明的气体管道系统中，在不允许气体燃料泄漏的船舶的发动机室内，用于将气体燃料从燃料箱输送到柴油发动机的供应管线，和用于将排出气体从柴油发动机排放到发动机室的外部的排气管线分别被第一导管和第二导管覆盖。因为分别流过有气体燃料和排出气体的供应管线和排出管线被第一导管和第二导管覆盖，即使供应管线和排放管线遭到损坏，从供应管线和排出管线泄漏的气体留在第一导管和第二导管中，可以防止气体燃料和排出气体泄漏到发动机室内。
此外，由于供应管线和排出管线分别被第一导管和第二导管覆盖，所以人可以进入各自配置为具有广阔空间的第一导管和第二导管的内部。此外，供应管线和排出管线，附接至供应管线和排出管线的用于监控气体燃料和排出气体等的泄漏的监控系统，以及用于控制每个管道中的气体流的控制阀，都可以容易地被检测和维护。
此外，分别具有双管道结构的供应管道和排出管道从柴油发动机延伸，供应管道的供应外管道的端部在第一导管或第二导管中设置有爆破片。因此，即使柴油发动机内部管道的内管道的内部、供应管道的供应内管道的内部或排出管道的排出内管道的内部遭到损坏而导致气体燃料的泄漏，在柴油发动机内部管道的外管道中、供应管道的供应外管道中或排出管道的排出外管道中瞬时变得高压的泄漏气体可以破坏爆破片并逃逸到第一导管或第二导管中。因此，即使双管道结构遭到损坏，泄漏气体被排放到第一导管或第二导管中，可以防止气体燃料泄漏到发动机室内。泄漏气体分别指从供应管线和排出管线泄漏的气体燃料和排出气体。这同样适用于本说明书全文。
根据优选实施例的气体管道系统中，供应外管道与在爆破片和柴油发动机之间的排气管道相连通，并且，用于允许供应外管道中的气体流动的外管道排气扇附接至排气管道的一端。
由于这样的结构，因为双管道结构的损坏，填充在柴油发动机内部管道的外管道中、供应外管道中和排出外管道中的泄漏气体，可以通过排气管道由外管道排气扇排放。因此，即使气体燃料发生泄漏，泄漏气体也可以很快被排放到发动机室的外部的某部分，在该处气体排放不会引起任何问题。
此外，根据优选实施例的气体管道系统中，第一导管和第二导管通过每个导管一端的连通孔相互连通，第一导管和第二导管中的一个在导管的另一端处具有导管排出孔，导管排出孔与船舶的外部相连通；第一导管和第二导管中的另一个在导管的另一端处包括导管排气扇，导管排气扇用于允许第一导管和第二导管中的气体进行流动。
由于这种结构，因为供应管线和排出管线的损坏而泄漏到第一导管和第二导管中的泄漏气体，可以由导管排气扇排放。因此，即使气体燃料和排出气体发生泄漏，泄漏气体也可以很快被排放到发动机室的外部的某部分，在该处气体排放不会引起任何问题。
此外，本发明的船舶包括上述的气体管道系统。
本发明的有益效果
即便用于供应气体燃料和排放排出气体的管道遭到损坏，也可以可靠地防止气体燃料和排出气体泄漏道发动机室内。此外，管道和附接到管道上的用于监控气体泄漏等的监控系统等，也可以在较长的一段时间内被容易且可靠地检测、调节和更换。
附图说明
图1是本发明的船舶的一个实施例的示意图。
图2是本发明的气体管道系统的一个实施例的示意图。
图3是图2的第一导管和第二导管的截面图。
具体实施方式
下面参考图1至图3所述，对本发明的船舶和气体管道系统的一个实施例进行描述。
本发明的船舶1在发动机室2内包括柴油发动机3，柴油发动机3为用于推进的主发动机或用作发电机等的辅助发动机。船舶1在发动机室2外的船体4中还包括燃料箱5，燃料箱5用于存储待供应至柴油发动机3的液化气体燃料。此外，船舶1包括本发明的气体管道系统10，气体管道系统10用于将气体燃料从燃料箱5输送到柴油发动机3，并用于将排出气体从柴油发动机3输送到发动机室2的外部。燃料箱5包括具有货物液化气体燃料的货箱，以及与货箱分开的用于驱动柴油发动机3的驱动燃料箱。船舶1不是必须同时设有货箱和驱动燃料箱；可以提供其中的至少一个。
作为存储在燃料箱5中的液化气体燃料，例如可以使用液化天然气。液化气体燃料被设置在船体4中的诸如泵或压缩机之类的气体燃料供应装置7加压，并通过气体管道系统10以汽化状态被输送至柴油发动机3。对于气体燃料供应装置7，可以使用任何已知的可将气体燃料加压至柴油发动机3所需压力的泵或压缩机。
对于柴油发动机3，可以使用应用于船舶中的任何已知的柴油发动机。由于在发动机室2内不允许气体燃料的泄漏，所以柴油发动机3的内部管道基本上具有包括内管道和外管道的双管道结构。此外，对于用于将气体燃料供应至柴油发动机3的供应管道31以及用于将排出气体从柴油发动机3排放的排出管道32，二者都与柴油发动机3的内部管道相连通并延伸至柴油发动机3的外部，二者也都具有双管道结构。具体地，供应管道31包括供应内管道311和供应外管道312，而排出管道32包括排出内管道321和排出外管道322。柴油发动机3的内部管道的内管道的两端都与相应的供应内管道311和排出内管道321相连通。柴油发动机3的内部管道的外管道的两端都与相应的供应外管道312和排出外管道322相连通。在下文中，柴油发动机3的内部管道的内管道、供应内管道311和排出内管道321统称为“发动机内管道”；柴油发动机3的内部管道的外管道、供应外管道312和排出外管道322统称为“发动机外管道”。
在本实施例中使用的柴油发动机3是重油/气(LNG)燃料的两循环柴油发动机。重油/气(LNG)燃料的两循环柴油发动机是一种双燃料柴油发动机，既可以使用重燃油，也可以使用气体燃料，特别是液化天然气(LNG)。重油/气燃料的两循环柴油发动机在运行中可以仅使用重油作为燃料，也可以仅使用燃气作为燃料，还可以同时使用重油和燃气作为燃料。因此，柴油发动机3设置有用于供应重油(未示出)的系统；然而，下文仅仅描述用于供应气体的系统10(气体管道系统)。
气体管道系统10包括用于将存储有气体燃料的燃料箱5中的气体燃料输送至柴油发动机3的供应管线21，以及用于将排出气体从柴油发动机3输送到发动机室2的外部的排出管线22。供应管线21设置为使得燃料箱5和柴油发动机3的供应内管道311彼此连通。排出管线22设置为从柴油发动机3的排出内管道321延伸到发动机室2的外部。在船舶1的发动机室2的外部，设置有排出杆(mast)(未示出)。排出杆具有开口，开口用于将气体排放到气体排放不会引起任何问题的部分中。延伸到发动机室2的外部的排出管线22延伸至发动机室2的外部中的排出杆。由于输送到柴油发动机3的气体燃料被加压到柴油发动机3所需的压力，所以供应管线21和排出管线22是耐压的，从而，即使流至该处的气体燃料被加压到柴油发动机3所需的压力，供应管线21和排出管线22也不会损坏。
此外，气体管道系统10包括船舶1的发动机室2内的、覆盖供应管线21的第一导管26以及覆盖排出管线22的第二导管27。即使气体燃料和排出气体分别从供应管线21和排出管线22泄漏，第一导管26和第二导管27的形状也不会损坏；也就是说，由于其具有的尺寸，即使气体燃料和排出气体泄漏，其内部压力也不会增加。另外，第一导管26和第二导管27的尺寸允许人可以进入检测。第一导管26和第二导管27可以具有任何形状，只要其满足上述要求即可。第一导管26和第二导管27由诸如钢板之类的高耐压材料形成，从而它们不会被气体燃料和排出气体的泄漏损坏。
在本实施例中，第一导管26和第二导管27具有矩形横截面，如图3所示。优选第一导管26和第二导管27具有的横截面的面积为800mm×1200mm或更大。此外，为了确保耐压性，优选构成第一导管26和第二导管27的各表面的板厚度为10mm以上。
如图2所示，第一导管26和第二导管27通过每个导管一端的连通孔28相互连通。第二导管27的另一端设置有与发动机室2的外部连通的导管排出孔29。第一导管26的另一端设置有导管排气扇51，其允许第一导管26和第二导管27中的气体进行流动。对于导管排气扇51，可以使用任何已知的鼓风机(风扇)，只要其能够使得第一导管26和第二导管27中的气体流动即可。在本实施例中使用的导管排气扇51是吸收第一导管26和第二导管27中的气体从而允许第一导管26和第二导管27中的气体流动的鼓风机。优选导管排气扇51能够将第一导管26和第二导管27的内部保持在例如25Pa以上的负压。因此，即使气体燃料和排出气体分别泄漏在第一导管26和第二导管27中，也能够防止气体燃料和排出气体泄漏到发动机室2内。
柴油发动机3的供应外管道312和排出外管道322的端部直接地或通过延伸管道延伸到第二导管27的内部。当延伸管道介入时，供应外管道312的端部和排出外管道322的端部指向相应延伸管道的端部。也就是说，当延伸管道介入时，包括相应延伸管道的管道被称为供应外管道312和排出外管道322。
供应外管道312的端部在第二导管27中设置有爆破片40。优选地，爆破片40在约0.5MPa的压力下破裂，从而发动机外管道的内部压力不会在气体燃料泄漏期间过度增加。爆破片40设置有检测爆破片40破裂的爆破传感器(未示出)。对于爆破片40和爆破传感器，可以使用任何已知的爆破片和传感器。
供应外管道312与在爆破片40和柴油发动机3之间的排气管道23相连通。排气管道23的一端设有外管道排气扇52，外管道排气扇52允许发动机外管道中的气体进行流动。对于外管道排气扇52，可以使用任何已知的鼓风机(风扇)，只要其能够使发动机外管道中的气体流动即可。在本实施例中使用的外管道排气扇52是吸收发动机外管道中的气体从而允许发动机外管道中的气体流动的鼓风机。优选外管道排气扇52能够将发动机外管道的内部保持在例如25Pa以上的负压。因此，即使气体燃料泄漏在发动机外管道中，也能够防止泄漏气体泄漏到发动机室2内。
供应外管道312在爆破片40和排气管道23之间设置有阀61。供应管线21、排气管道23和排出外管道322分别设置有阀62、阀63、阀64。供应管线21在发动机室2的外部还设置有主气体阀65。此外，供应外管道312与在爆破片40和阀61之间的分支管道211相连通。分支管道211设置有阀66。对于阀61至66，可以使用能够在打开和关闭操作之间进行自动切换或远程切换的任何已知的阀。
排出外管道322在柴油发动机3和阀64之间设置有气密性试验连接口71，空气可以通过该气密性试验连接口71供应到排出外管道322中。
第一导管26的内部设置有检测泄漏的气体燃料和排出气体的气体浓度检测传感器76和77。此外，排气管道23设置有可以检测气体燃料和排出气体是否在管道中流动的气体浓度检测传感器78和79。附接到排气管道23的气体浓度检测传感器78和79中的一个设置在第一导管26中，另一个设置在外管道排气扇52和排放气体被排放进入大气的位置之间。
接下来，气体管道系统10中的气体燃料和排出气体的流动以及气体燃料泄漏时的泄漏气体的流动。通常，气体燃料被供应到柴油发动机3，同时阀61至65打开且阀66关闭。
存储在燃料箱5中的液化气体燃料在气体燃料供应装置7中被加压，并以汽化状态被送至供应管线21。气体燃料通过供应管线21被送至供应内管道311，并用于驱动柴油发动机3。当柴油发动机3的气体操作停止时，残留在柴油发动机3和供应管线21中的气体燃料作为排出气体通过排出内管道321和排出管线32而被排放到发动机室2的外部。排放到发动机室2外部的排出气体通过排出管线32流至排出杆，并从排出杆排放到大气中。
在第一导管26和第二导管27的内部，导管排气扇51被驱动以抽吸第一导管26和第二导管27中的气体。结果，第一导管26和第二导管27的内部变成为负压，从而船舶外部的空气从导管排出孔29进入第二导管27中。引入到第二导管27中的空气通过连通孔28流入到第一导管26，被导管排气扇51抽吸，并且在没有气体爆炸危险的安全地点被排放到大气中。因此，第一导管26和第二导管27的内部始终被强制性通风。
在具有双管道结构的发动机外管道中，外管道排气扇52被驱动以抽吸发动机外管道中的气体。结果，发动机外管道的内部变成为负压，从而，空气从排出外管道322的开口端322a被吸入到排出外管道322中。被吸入到排出外管道322中的空气依次流至柴油发动机3的内部管道的外管道、供应外管道312以及排气管道23。然后，空气被外管道排气扇52抽吸，并且在没有气体爆炸危险的安全地点被排放到大气中。因此，发动机外管道的内部始终被强制性通风。
如果气体燃料和排出气体从供应管线21或排出管线22泄漏，则泄漏气体在第一导管26或第二导管27中扩散。由于第一导管26和第二导管27中的导管排气扇51，所以气体可以流动，因此泄漏气体被导管排气扇51抽吸并被排放到大气中。因此，可以防止泄漏气体流入发动机室2内，并防止在发动机室2内当接触高温部件或点火源时而引发爆炸或火灾。
如果气体燃料从供应管线21泄漏，或者如果排出气体从排出管线22泄漏，则泄漏气体由设置在第一导管26中的气体浓度检测传感器76和77来检测。如果检测到泄漏气体，则主气体阀65和阀62自动关闭以阻止来自作为气体燃料供应源的燃料箱5的气体燃料的供应。
如果气体燃料从发动机内管道泄漏，则爆破片40将被由于气体燃料绝热膨胀而产生的冲击波和压力波而破坏。当爆破片40破裂时，爆破传感器检测爆破片40的破裂，并且主气体阀65和阀62自动关闭以阻止气体燃料的供应。相比之下，发动机外管道中泄漏的气体燃料从(由爆破片40的破裂而形成的)开口处被排放到第二导管27中。由于导管排气扇51，气体可以在第二导管27中流动，因此被排放到第二导管27中的泄漏气体通过第一导管26被导管排气扇51抽吸，并被排放到大气中。因此，可以防止泄漏气体流入发动机室2内，并防止在发动机室2内当接触高温部件或点火源时而引发爆炸或火灾。
当发动机外管道中泄漏的泄漏气体在一定程度上被排放到第二导管27中时，阀61则通过遥控被关闭。由于气体可能会由于外管道排气扇52而流动到发动机外管道中，所以，没有流入第二导管27中并留在发动机外管道中的泄漏气体被外管道排气扇52抽吸并排放到大气中。因此，可以防止泄漏气体流入发动机室2内，并防止在发动机室2内当接触高温部件或点火源时而引发爆炸或火灾。
如果气体燃料从发动机内管道泄漏到爆破片40未破裂的程度，则气体在发动机外管道和(与发动机外管道连通的)排气管道23中流动；因此，排气管道23中设置的气体浓度检测传感器78和79检测泄漏气体。如果检测到泄漏气体，则主气体阀65和阀62自动关闭以阻止(来自作为气体燃料供应源的燃料箱5的)气体燃料的供应。然后，如上所述，发动机外管道中泄漏的气体被外管道排气扇52排放到大气中。
由于要处理危险的高压气体，需要定期检测是否在柴油发动机3的内部管道中、以及从柴油发动机3延伸的供应管道31和排出管道32中未发生泄漏。以关闭阀61、阀63和阀64的方式进行检查，并且从设置在排出外管道322中的气密性试验连接口71进行压缩空气的充气。即使阀61关闭，也可能发生轻微地泄漏；在这种情况下，打开阀66以防止爆破片40的破裂。
如上所述，在本实施例的气体管道系统10中，在(其中不允许气体燃料泄漏的)船舶1的发动机室2内，用于将气体燃料从燃料箱5输送到柴油发动机3的供应管线21，以及用于将排出气体从柴油发动机3输送到发动机室2外部的排出管线22，分别被第一导管26和第二导管27覆盖。因为流过有气体燃料的供应管线21和排出气体流过的排出管线22分别由第一导管26和第二导管27覆盖，所以即使供应管线21和排出管线22遭到损坏，从供应管线21和排出管线22泄漏的气体保留在第一导管26和第二导管27中，从而可以防止气体燃料和排出气体泄漏到发动机室2内。
此外，由于供应管线21和排出管线22分别被第一导管26和第二导管27覆盖，所以人可以进入分别具有广阔空间的第一导管26和第二导管27。这有助于检测和维护供应管线21和排出管线22，有助于监控系统来监控(附接到供应管线21和排出管线22的)气体燃料和排出气体的泄漏，有助于控制阀来控制每个管道的气体流等。
此外，各自具有双管道结构的供应管道31和排出管道32从柴油发动机3延伸，供应管道31的供应外管道312的端部在第二导管27中设置有爆破片40。因此，即使发动机内管道遭到损坏，在发动机外管道中瞬时变得高压的泄漏气体可以使爆破片40破裂并流入第二导管27。结果，即使双管道结构的一部分遭到损坏，泄漏气体也会被排放到第二导管27中，可以防止气体燃料泄漏到发动机室2内。
当用于供应气体燃料和用于排放排出气体的管道各自被配置为双管道时，例如，考虑到在假定的气体泄漏期间的冲击波下发生破裂，如果以30MPa供应气体燃料，则双管道的外管道的设计压力计算为18.1MPa。也就是说，对于监控系统(例如附接到双管道的内管道的压力和温度测量传感器)，对于管道配件(例如压力开关、流量计和阀门)，需要能够承受18.1MPa的压力。然而，监控系统和管道配件实际上难以被配置为具有高耐压性。当供应管线21和排出管线22配置为分别被第一导管26和第二导管27覆盖时，如本实施例那样，从供应管线21或中排出管线22泄漏的气体燃料和排出气体在各自具有广阔空间的第一导管26或第二导管27中扩散，因此不会增加压力。相应地，监控系统和管道配件不需要具有高耐压性，从而可以容易地获得监控系统和管道附件。
此外，由于设置了外管道排气扇52以允许发动机外管道中的气体流动，所以由于双管道结构损坏而填充发动机外管道的气体燃料可以通过排气管道23被外管道排气扇52排放。因此，即使气体燃料泄漏，也可以迅速地排放泄漏气体。此外，由于导管排气扇51被设置为允许第一导管26和第二导管27中的气体流动，所以由于供应管线21和排出管线22的损坏而泄漏在第一导管26和第二导管27中的气体燃料和排出气体可以被导管排气扇51被排放。因此，即使气体燃料和排出气体泄漏，也能够迅速地排出泄漏气体。
以上描述了本发明的一个实施例。然而，本发明不限于该实施例，只要不脱离本发明的意图，可以进行各种修改。
例如，在上述实施方例中，从柴油发动机3排放的排出气体从排出杆处被排放到(气体排放不会引起任何问题的)船舶外部的某部分的大气中；然而，例如，可以在船体4中设置气体回收罐(未示出)，排出管线32可以从通向排出杆的管道进行分支，以提供延伸至气体回收罐的管道，并且排出气体可以在气体回收罐中作为气体燃料被回收。
在上述实施例中，导管排出孔29形成在第二导管27的另一端，而导管排气扇51设置在第一导管26的另一端；然而，导管排气扇51可以设置在第二导管27的另一端，而导管排出孔29可以形成在第一导管26的另一端。也就是说，导管排出孔29可以设置在第一导管26和第二导管27中的一个的另一端，而导管排气扇51设置在第一导管26和第二导管27的另一个的另一端。
在上述实施例中，供应外管道312和排出外管道322的端部延伸到第二导管27中；然而，例如，其可以延伸到第一导管26中。或者，供应外管道312和排出外管道322各自的一端可以延伸到第一导管26中，而另一端可以延伸到第二导管27中。在这两种中任一种情况下，供应外管道312和排出外管道322的端部位于第一导管26或第二导管27的内部。在这种情况下，只要供应外管道312的末端位于第一导管26中，则爆破片40可以设置在第一导管26中。
附图标记列表
1、船舶
2、发动机室
3、柴油发动机
5、燃料箱
10、气体管道系统
21、供应管线
22、排出管线
23、排气管道
26、第一导管
27、第二导管
28、连通孔
29、导管排出孔
31、供应管道
311、供应内管道
312、供应外管道
32、排出管道
321、排出内管道
322、排出外管道
40、爆破片
51、导管排气扇
52、外管道排气扇
