船用LNG供气流程设计仿真和故障分析

船用LNG供气流程的作用是将LNG从储罐输送至双燃料发动机,并在输送过程中将LNG加热气化。在现有LNG供气流程的基础上针对功率为960kW的双燃料发动机设计了低压船用LNG供气流程。选取三组不同的LNG组分,对供气流程在设计工况和供气量、增压气量变化的工况下进行仿真和分析,对流程中供气控制阀和增压气控制阀发生故障的情况下进行仿真和分析。得出了以下结论：当供气流程在设计工况下工作时,选取的不同LNG组分下供气压力、供气控制阀前压力和各换热器热负荷的差别较小;供气流量变化时各个换热器出口温度反向变化,但是当供气流量增加时会发生无法气化增压气从而导致储罐压力下降的问题,此时可以利用备用换热器在供气流量增加的情况下气化增压气;增压气流量变化时各换热器出口温度的变化程度较小;当增压气控制阀发生故障时供气压力会随着储罐压力的增加而增加,通过设置储罐压力、增压气控制阀和供气控制阀联动控制可以稳定供气压力;供气控制阀故障且供气流量变化时,供气压力会发生剧烈变化,此时需及时检修供气控制阀。     

船用LNG供气流程设计仿真和故障分析

在现有液化天然气(LNG)供气流程的基础上,针对功率为960k W的双燃料发动机,设计低压船用LNG供气流程。选取3组LNG组分,对供气流程的设计工况和供气量、增压气量变化工况进行仿真分析,对供气流程中供气控制阀和增压气控制阀发生故障的情况进行仿真分析。结果表明:当供气流程在设计工况下推进时,在选取的各LNG组分下,供气压力、供气控制阀前压力和各换热器热负荷的差别较小;当供气流量变化时,各换热器出口温度反向变化,当供气流量增加时,会发生无法气化增压气,从而导致储罐压力减小的问题,此时可利用备用换热器气化增压气;当增压气流量变化时,各换热器出口温度的变化程度较小;当增压气控制阀发生故障时,供气压力会随储罐压力的增大而增大,通过设置储罐压力、增压气控制阀和供气控制阀联动控制,可稳定供气压力;当供气控制阀发生故障且供气流量变化时,供气压力会发生剧烈变化,此时需及时检修供气控制阀。     

缸内液喷LNG/柴油双燃料发动机燃烧特性

以L21/31船用中速柴油机为原型,在不改变燃烧室结构的基础上,将其改装成缸内液喷LNG/柴油双燃料发动机,利用AVL_FIRE软件展开三维数值模拟,研究此双燃料发动机的LNG替代率极限及高替代率时的缸内燃烧及排放性能。研究结果表明:改装后双燃料发动机LNG替代率极限为99.5%,当替代率大于99.5%时,LNG无法被引燃;在正常燃烧条件下,保持引燃柴油及液化天然气喷射正时和喷射时间间隔不变,随着液化天然气替代率的增加,液化天然气燃烧始点基本不变,缸内最大爆发压力和最高燃烧温度降低,进而降低NO、CO的生成量和排放量。     

缸内液喷LNG/柴油双燃料发动机燃烧特性

以L 21/31船用中速柴油机为原型,在不改变燃烧室结构的基础上将其改装成缸内液喷LNG/柴油双燃料发动机,利用AVL_FIRE软件展开三维数值模拟,研究此双燃料发动机的LNG替代率极限以及高替代率时的缸内燃烧及排放性能。研究结果表明：改装后双燃料发动机的LNG替代率极限为99.5%,当替代率大于99.5%时,LNG无法被引燃;在可以正常燃烧条件下,保持引燃柴油及液化天然气喷射正时和喷射时间间隔不变,随着液化天然气替代率的增加,液化天然气燃烧始点基本不变,缸内最大爆发压力和最高燃烧温度降低,NO、CO生成量和排放量降低。     

中国LNG船:需求大建造难

液化天然气在英语中称之为Liquefied natural Gas，缩写为LNG。作为LNG主要成分的丙烷，在常压下的液化温度为-161.4℃，液化天然气船（LNG船）。就是为在-162℃极低温下运输天然气而设计建造的专用船舶。     

以液化天然气作为燃料的斯特林发动机

阐明AIP的斯特林发动机采用液化天然气和氧作为燃料是合适的，而用柴油作为燃料是不可取的论据。对潜艇AIP动力装置的废气排放问题作了讨论，提出了将燃烧产物冷凝或将废气返回到燃烧室的两种处理方案。关于使用液化天然气的新观点，使AIP动力装置产生重要的改变，提高了斯特林发动机的工作效率。     

LNG船船体用低温钢及其焊接

液化天然气船的大部分船体是被温度低达0～-46℃的冷冻货冷冻着的。在这样低的温度下,许多船用钢材就出     

瓦锡兰为4艘LNG船提供再液化装置和气体处理系统

由中国沪东中华造船厂制造的4艘液化天然气(LNG)运输船将配备瓦锡兰LNG再液化装置和气体处理系统。这些船的所有者为位于百慕大的Teekay公司、中国液化天然气运输有限公司(CLNG)、中国海洋石油总公司(CNOOC)能源科技公司和挪威液化气船公司BW Gas。瓦锡兰解决方案将为船东带来经济和技术上的双重效益。再液化装置能将70%船上装载的液化天然气蒸气进行再液化并回输到液货舱,而剩余的气体会经气体处理系统输送给发动机,从而为船舶提供助推力。这一系统按滑动模块预制,便于船上安装和连接,在液货泵工作时,     

船用LNG供气系统吹扫惰化流程分析及氮气系统设计

氮气系统是保证液化天然气(LNG)动力船燃料供气系统(FGSS)安全运行的重要辅助系统,在供气系统进行一些关键操作流程前后,需要通过氮气对天然气进行吹扫惰化,避免可燃气体泄漏的风险。分析船用LNG供气系统在加注、供气及维护阶段涉及的吹扫惰化流程,并对2种常用的氮气发生装置进行介绍与对比,结合相关规范提出氮气发生装置的选型方案及氮气系统相关计算方法。     

大型LNG船发电机室的燃气管线泄漏分析北大核心CSCD

[目的]目前,由双燃料发动机组成的电力推进系统是大型液化天然气(LNG)船的主流推进方式,必须对爆炸性可燃气体进行安全可靠性的定性、定量评估,以规避潜在风险。[方法]以某双燃料电力推进大型LNG船发电机室为研究对象,对其内部不同区域的燃气(天然气)泄漏工况进行模拟分析。根据泄漏发生的形式、位置和速率等定义危险泄漏工况,选择雷诺应力模型为湍流模型,采用计算流体力学(CFD)软件Fluent对发电机室燃气供应管线的5个泄漏点进行持续泄漏模拟计算,并将泄漏扩散结果与舱室通风的流场速度分布相结合,得到不同区域发生泄漏后的天然气扩散趋势和浓度分布。[结果]根据仿真模拟结果优化了可燃气体探测器布置方案,并明确了排气风机无需进行防爆设计。[结论]研究结果可为有限空间内通风条件下的可燃气体泄漏事故分析防范提供参考,并且适用于燃烧爆炸破坏的定量评估,用以指导结构强度设计。     

低速柴油机变流量冷却方法的研究

根据低速柴油机的输出功率,采用变冷却水流量的方法对气缸套进行冷却可有效控制气缸壁内表面的温度,从而改善低速柴油机的工作性能.研究了实现变流量冷却的具体方法,并通过水力计算和实验对所提出的方法进行了验证.其结果表明:目前大多数低速柴油机缸套冷却水系统的设计违背了变流量冷却的宗旨;采用合适的节流装置以及合适特性的三通阀可实现变流量冷却;采用等百分比特性的三通阀和合适的节流装置是实现变流量冷却的较好方法.     

相继增压对某型柴油机性能影响及喷油参数再优化

对某采用相继增压与可控进气涡流复合系统的柴油机建立了缸内仿真模型,分别对可控进气涡流系统和相继增压与可控进气涡流复合系统的燃烧过程进行仿真计算,结果表明,在低工况下后者排气中NOX、Soot的质量分数分别降低了54%和86.1%。并对相继增压与可控进气涡流复合系统柴油机喷油提前角、喷雾锥角进行了再优化仿真计算,结果表明,优化后喷油提前角为20°CA,喷雾锥角为155°。     

船用油水分离器环保性能改进技术

鉴于目前船用油水分离器使用状况监控困难的现状,创新提出了流量鉴定法、浓度鉴定法、运行时间鉴定法、视频鉴定法的监控措施,以防止船上工作人员偷排污油水而污染海洋行为的产生。针对船用油水分离器的分离性能不佳的问题,提出了加强污油水的前期处理,把船用油水分离器系统供水泵由恒量泵改为变量泵、船用油水分离器和船用焚烧炉科学联合使用的技术方案。这些技术方案和措施提高了船用油水分离器环保性能,对海洋环境保护具有积极意义。     

高速船用汽油机缸盖水套CFD分析及优化

本文以某高速船用汽油机气缸盖做为研究对象,利用CFD软件对气缸盖内冷却液流动及传热过程进行流固耦合模拟,分析并评价了该汽油机气缸盖的冷却性能,并针对冷却水套缸垫上水孔提出优化方案。结果表明：气缸盖温度分布不均匀,最高温差约137K,缸盖水腔局部区域流动分布较差,鉴于此,本文依据正交设计方法提出了9种对缸垫上水孔尺寸及位置的优化方案,对比改进后的气缸盖温度场、流场结果,选择出最佳改进方案;改进后,水套内冷却液流动更好,冷却性能得到了改善,有效的降低了气缸盖壁面的温度。     

基于HYSYS的B型LNG燃料舱BOG压缩供给系统

以一艘B型液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)燃料舱舱容为30000 m3的发电船为目标船,对其3种蒸发气(Boiled Off Gas,BOG)压缩供给系统进行模拟计算分析。采用HYSYS软件建立BOG压缩供给系统模型,通过实际气体状态方程计算BOG物性值,分别对该系统进行BOG温度、压力和流量单变量变化等方面的热力性能分析。结果表明当压缩机进口处选用高压力和低温度BOG时,能有效降低其功耗;常温BOG单级压缩机出口温度高于150℃,压缩机的选型受到限制;当常温BOG两级压缩机进口温度不超过2℃时,其出口温度不超过150℃;控制第二级压缩机进口温度可免设BOG冷却器,节约成本。     

6200ZLC型柴油机增压系统强化研究

介绍6200ZLC型柴油机增压系统强化的途径。通过分析增压系统的强化因素,认为提高增压度并且降低进气温度,可充分利用废气能量提高进气压力,提高废气涡轮增压柴油机的通流能力以及加大进气总管的容积是影响增压效果的主要原因。结合柴油机与增压器配合特性的调整,达到了提高柴油机输出功率的目的。     

船用SCR系统的设计与数值优化

针对某型船用柴油机满足IMO Tier III标准的要求,设计了两型16种SCR反应器,采用数值模拟的方法研究了结构参数对反应器内气体流动的影响。结果表明在30°~45°区间较小的过渡角及较长的过渡段有利于气流的均匀分布;长径比在0.3~3之间变化时,随长径比增加,入口截面的均匀性指数先减小后增加,而中间截面则持续增加后趋于平缓。选取过渡角30°,长径比2.43的圆型SCR反应器研究了喷射参数对于尿素溶液喷射效果的影响,结果表明喷孔与轴线的角度在30°~60°时液滴平均行程随角度的减小而增加,有利于溶液的蒸发,同时喷射点应尽量远离壁面。     

16300t LNG燃料动力化学品船能量利用系统的模拟分析与优化

针对16300吨LNG燃料动力化学品船LNG气化冷能未加以利用的现状,本文在分析及评估原船废气余热及冷却水系统用能水平的基础上,综合考虑LNG冷能、主机废气和缸套冷却水的能量梯级利用,针对船舶对发电、海水淡化、冷库及空调等需求,以加装废气动力涡轮、LNG冷能ORC发电、冷冻法海水淡化及设置高低温冷库与空调系统等方式组合提出了四套综合能量利用系统方案。进一步利用Aspen HYSYS软件对该船原有能量利用系统与新方案进行了模拟分析,并从?效率及经济性两个方面对各方案进行了评估。结果表明,诸方案中以低温冷库+海水淡化+高温冷库+干燥舱系统方案经济性最好,所形成的新系统经优化后?效率可提高至67.16%,每年经济收益可达595.8万元。     

Dynamic hardening behaviors of various marine structural steels considering dependencies on strain rate and temperature

This paper presents a new formula for prediction of the dynamic hardening effect for various marine structural steels, considering dependencies on the strain rates and temperatures. Dynamic tensile tests are carried out for three kinds of marine steels, 2W50, EH36, and DH36, changing the steel layer in the thickness direction, the strain rates, and temperatures. Considering two thickness layers at the middle and surface, five strain rate levels of 0.001/s, 1/s, 10/s, 100/s, and 200/s, three temperature levels of LT (−40 °C), RT, and HT (200 °C), and two repetitions, the total number of tests is 180. Dynamic hardening is clearly seen at LT and RT regardless of the material type, while dynamic strain aging occurs at HT, leads to negative strain rate sensitivity, and thus elevates the quasi-static flow stress above the dynamic flow stress to a certain strain rate. Dynamic hardening factors (DHFs) are derived as a function of the proof strains of 0.05, 0.10, and 0.15 according to each material type and temperature level. A new formula to determine the material constant D of Cowper–Symonds constitutive equation is developed. The correctness of the proposed formula is verified through comparison with test flow stress curves and reference test data in large plastic strain and high strain rate ranges.     

米勒循环结合可变涡轮增压优化柴油机性能的仿真与试验研究

在开发一款机车柴油机过程中,利用AVL BOOST软件对柴油机工作过程进行了仿真计算,计算了不同米勒强度和不同喷油正时条件下柴油机的性能参数。根据计算结果,排除了弱米勒的方案。针对强米勒和中米勒,开展了试验研究,通过调整喷油定时、增压压力设定、共轨喷射压力,进行了多方案试验研究,试验结果表明,强米勒方案虽然可以有效降低Nox排放,但是带来PM排放升高和涡轮前排气温度升高的问题,中米勒虽然降低Nox排放的效果弱于强米勒,但是能获得比较满意的PM排放,且涡轮前排气温度远低于强米勒,综合各方面性能参数的比较结果,在满足排放要求的前提下,中米勒为优选方案。