一种可惰化低温沉箱装置及其管路系统的制作方法

1.本发明涉及船舶设备技术领域，具体为一种可惰化低温沉箱装置及其管路系统。


背景技术：

2.lpg(液化石油气)/lng(液化天然气)动力船舶又称液化石油气动力船舶/液化天然气船舶，在lpg/lng动力船舶上，燃料由低温泵从燃料罐输送给主机，低温泵装在罐内，为了保护低温泵，燃料罐的内部装配有沉箱，低温泵安装于沉箱内，吸口位于底部，但是目前的沉箱装置在使用时还存在以下不足：
3.常规的沉箱底部为敞开，与燃料罐联通，需要与罐体同时惰化完成后才可维护且沉箱内部空间为死角，惰化时容易有lpg/lng汽化物残存，造成燃烧爆炸危害和具有事故隐患，已无法满足使用需求。


技术实现要素：

4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可惰化低温沉箱装置及其管路系统，包括：
5.沉箱组件，用于保护其内部的泵体，所述沉箱组件包括设置于燃料罐内部的沉箱外壳，所述沉箱外壳的一端设置有上底板，所述沉箱外壳的另一端设置有下封板，所述上底板的底部设置有下底板，所述下封板的顶部设置有用于安装上部构件的上封板，所述下底板的顶部设置有顶端依次贯穿上底板、下封板以及上封板并延伸至上封板顶部的螺杆，所述螺杆用于调节上底板与下底板之间的距离；
6.所述下底板的顶部设置有梯形密封锥，所述梯形密封锥的顶部延伸至上底板的内部，实现阻断所述沉箱外壳以及泵体与燃料罐的连通，当所述下底板带动梯形密封锥脱离上底板的内部时，实现所述沉箱外壳以及泵体与燃料罐的连通，所述下封板的内部开设有与沉箱外壳内部相连通的进气腔，用于接入惰化沉箱外壳以及泵体内部的气体。
7.作为本发明的一种优选技术方案，所述下底板的底部开设有与梯形密封锥相配套的密封锥槽，所述梯形密封锥的顶部延伸至密封锥槽的内部，所述梯形密封锥以及密封锥槽的边侧均与地平线角度一致，角度范围在55
°
至65
°
之间。
8.作为本发明的一种优选技术方案，所述螺杆的表面仅位于上封板处的一端有螺纹且螺纹连接有螺母，通过转动所述螺母实现对螺杆进行下放或提升。
9.作为本发明的一种优选技术方案，所述泵体设置于沉箱外壳的内部，所述泵体的内部设置有泵轴且泵轴的表面设置有泵叶轮。
10.作为本发明的一种优选技术方案，所述螺杆的直径为6mm
‑
15mm之间，所述上底板的内部开设有内部与螺杆表面套接的通孔，且通孔与螺杆之间的间隙为2mm
‑
6mm之间。
11.作为本发明的一种优选技术方案，所述下封板的底部与燃料罐的顶部固定连接，所述下封板的内部设置有密封环，所述密封环的内部与螺杆的表面活动套接，用于实现所述下封板与燃料罐之间的密封。
12.作为本发明的一种优选技术方案，所述上封板的顶部通过螺栓设置有上部构件，用于配合吊装设备将所述泵体吊起，所述泵体的一端贯穿至上部构件的外部并设置有泵出口法兰。
13.一种可惰化低温沉箱装置的管路系统，包括用于惰化燃料罐的沉箱外部管路系统以及用于惰化沉箱外壳以及泵体的沉箱进口管路系统，所述沉箱外部管路系统包括排气系统、回气系统以及进气系统；
14.所述排气系统包括通过管路依次连接的阀门一、阀门二以及透气桅杆，所述阀门一通过法兰与泵出口法兰连接；
15.所述回气系统包括通过管路依次连接的阀门三、阀门四以及回气管，所述阀门三通过管路与阀门一和阀门二相连通；
16.所述进气系统包括通过管路依次连接的单向阀一、阀门五、进气管以及阀门六，所述单向阀一通过管路与阀门三和阀门四相连通。
17.作为本发明的一种优选技术方案，所述阀门六通过连接管与燃料罐的内部相连通，所述沉箱进口管路系统包括通过管路依次连接的阀门七、单向阀二、压力调节器以及氮气瓶。
18.作为本发明的一种优选技术方案，所述阀门七通过管路与进气腔相连通，当所述氮气瓶通过进气腔输送氮气进入沉箱外壳以及泵体内部时，所述压力调节器对流动的氮气进行调压。
19.与现有技术相比，本发明提供了一种可惰化低温沉箱装置及其管路系统，具备以下有益效果：
20.1、该可惰化低温沉箱装置及其管路系统，通过设置沉箱组件，通过调整螺杆和螺母即可控制上底板和下底板的开启和闭合，将沉箱外壳与燃料罐进行隔离，梯形密封锥配合密封锥槽，进一步保证了隔离密封效果，结构简单，利于加工生产，符合经济效益，具有较高的通用性。
21.2、该可惰化低温沉箱装置及其管路系统，通过设置沉箱组件、沉箱外部管路系统以及沉箱进口管路系统，检修和维护泵体前，使用氮气通过进气腔进行吹除沉箱外壳里面lpg/lng，并通过沉箱外部管路系统释放至透气桅杆安全区域，避免整个燃料罐吹除作业时在沉箱外壳内部有死角，导致lpg/lng残留，通过单独吹除沉箱组件，吹除后再打开沉箱外壳进行泵体维护作业，可更彻底消除事故隐患。
22.3、该可惰化低温沉箱装置及其管路系统，通过设置沉箱组件、沉箱外部管路系统以及沉箱进口管路系统，泵体在沉箱外壳内安装后，往燃料罐加注lpg/lng和泵体运转前，可通过进气腔使用氮气置换沉箱外壳内的自然空气、惰化沉箱区域，避免自然空气中的水蒸气遇到低温的lpg/lng后结冰，影响泵体运转。
23.4、该可惰化低温沉箱装置及其管路系统，通过设置沉箱组件、沉箱外部管路系统以及沉箱进口管路系统，加注lpg/lng和泵体运转前，对沉箱组件进行氮气置换后，可通过沉箱外部管路系统使用低温的lpg/lng蒸发气吹除氮气和预冷却泵体、泵轴和泵叶轮，逐步冷却到上体和下体温差在可承受温差范围，避免上下位置温差太大，泵体运行时低温介质流经过造成上下部件收缩变形和应力不一致引起泵被伤害。
24.5、该可惰化低温沉箱装置及其管路系统，通过设置沉箱组件、沉箱外部管路系统
以及沉箱进口管路系统，关闭上底板和下底板和阀门一，打开阀门七，让氮气进入沉箱外壳，通过压力调节器调节好压力，即可对沉箱组件进行试压并检测是否有泄漏，具有广阔的应用前景。
附图说明
25.图1为本发明提出的一种可惰化低温沉箱装置及其管路系统的结构示意图；
26.图2为本发明提出的一种可惰化低温沉箱装置及其管路系统的下封板结构剖面图；
27.图3为本发明提出的一种可惰化低温沉箱装置及其管路系统的下底板结构剖面图；
28.图4为本发明提出的一种可惰化低温沉箱装置及其管路系统的沉箱外部管路系统以及沉箱进口管路系统示意图；
29.图5为本发明提出的一种可惰化低温沉箱装置及其管路系统的沉箱组件结构俯视图；
30.图6为本发明提出的一种可惰化低温沉箱装置及其管路系统的下底板和上底板开启示意图；
31.图7为本发明提出的一种可惰化低温沉箱装置及其管路系统的泵体吊出示意图。
32.图中：1、沉箱组件；11、沉箱外壳；12、上底板；121、密封锥槽；13、下封板；131、进气腔；132、密封环；14、下底板；141、梯形密封锥；15、螺杆；151、螺母；16、上封板；17、上部构件；18、泵出口法兰；19、泵体；191、泵轴；192、泵叶轮；2、燃料罐；3、沉箱外部管路系统；31、阀门一；32、阀门二；321、透气桅杆；33、阀门三；34、阀门四；341、回气管；35、单向阀一；36、阀门五；361、进气管；37、阀门六；38、连接管；4、沉箱进口管路系统；41、阀门七；42、单向阀二；43、压力调节器；44、氮气瓶。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.请参阅图1
‑
7，一种可惰化低温沉箱装置及其管路系统，包括：
35.沉箱组件1，用于保护其内部的泵体19，所述沉箱组件1包括设置于燃料罐2内部的沉箱外壳11，所述沉箱外壳11的一端设置有上底板12，所述沉箱外壳11的另一端设置有下封板13，所述上底板12的底部设置有下底板14，所述下封板13的顶部设置有用于安装上部构件17的上封板16，所述下底板14的顶部设置有顶端依次贯穿上底板12、下封板13以及上封板16并延伸至上封板16顶部的螺杆15，所述螺杆15用于调节上底板12与下底板14之间的距离，为保证安装和上底板12和下底板14关闭可执行，沉箱组件1设计的总高度不超过20m，通过调整螺杆15和螺母151即可控制上底板12和下底板14的开启和闭合，将沉箱外壳11与燃料罐2进行隔离，梯形密封锥141配合密封锥槽121，进一步保证了隔离密封效果，结构简单，利于加工生产，符合经济效益，具有较高的通用性。
36.所述下底板14的顶部设置有梯形密封锥141，所述梯形密封锥141的顶部延伸至上底板12的内部，实现阻断所述沉箱外壳11以及泵体19与燃料罐2的连通，当所述下底板14带动梯形密封锥141脱离上底板12的内部时，实现所述沉箱外壳11以及泵体19与燃料罐2的连通，所述下封板13的内部开设有与沉箱外壳11内部相连通的进气腔131，用于接入惰化沉箱外壳11以及泵体19内部的气体。
37.作为本实施例的一种具体技术方案，所述下底板14的底部开设有与梯形密封锥141相配套的密封锥槽121，所述梯形密封锥141的顶部延伸至密封锥槽121的内部，所述梯形密封锥141以及密封锥槽121的边侧均与地平线角度一致，角度范围在55
°
至65
°
之间。
38.本实施方案中，密封锥槽121的设置配合梯形密封锥141以及密封锥槽121的边侧均与地平线角度一致的设计，使得梯形密封锥141与密封锥槽121贴合好保持良好的密封性，有效隔断沉箱外壳11与燃料罐2的连通，使得沉箱组件1具有单独惰化的功能，通过单独吹除惰化沉箱组件1，吹除惰化后再打开沉箱组件1进行泵体19维护作业，可更彻底消除事故隐患，使用更加安全。
39.作为本实施例的一种具体技术方案，所述螺杆15的表面仅位于上封板16处的一端有螺纹且螺纹连接有螺母151，通过转动所述螺母151实现对螺杆15进行下放或提升。
40.本实施方案中，顺时针转动螺母151往下抵触上封板16的顶部，螺杆15即向上运动，螺杆15向上运动的同时带动下底板14向上运动，从而使得下底板14带动梯形密封锥141延伸至密封锥槽121的内部，完成对沉箱外壳11的密封，逆时针转动螺母151下放螺杆15，使得螺杆15带动下底板14脱离对上底板12的连接，同时梯形密封锥141脱离密封锥槽121的内部，使得沉箱外壳11与燃料罐2相连通。
41.需要注意的时，当有若干个螺杆15时，调节时，需要依次对若干个螺母151进行微量调节，让螺杆15依次缓慢上升，避免螺杆15因高低偏差卡住。
42.作为本实施例的一种具体技术方案，所述泵体19设置于沉箱外壳11的内部，所述泵体19的内部设置有泵轴191且泵轴191的表面设置有泵叶轮192。
43.本实施方案中，当蒸发气通过燃料罐2进入沉箱外壳11时，开启上底板12和下底板14，通过蒸发气源站和进气管361计入蒸发器，让蒸发气进入泵叶轮192内部通道，向上运动，达到泵出口法兰18，并通过开启阀门一31、阀门三33、阀门四34以及回气管341返回蒸发气源站，单向阀一35保证进气不会进入泵出口管路，按此流程，低温lpg/lng蒸发气即可对泵体19、泵轴191和泵叶轮192进行均匀预冷，最终达到上下位置温差在允许范围。
44.当燃料罐2使用lpg介质时，沉箱组件1不做单独冷却，只是随燃料罐2一起冷却，那么当泵体19底部最低温度到达
‑
43℃时，泵出口法兰18温度还是常温25℃，此刻上下温差为68℃，超过允许量，即可进行单独沉箱组件1冷却循环，打开阀门五36和阀门六37，调节好蒸发气源站的气源进气量，从连接管38进气，利用低温lpg蒸发气冷却2小时，泵出口法兰18温度降为
‑
15℃，下底板14变为
‑
40℃，现在上下位置最大温差变成25℃，不超过60℃，预冷后合格，后续可进行往燃料罐2加注和泵体19运行作业。
45.lng介质最低温度为
‑
162℃，如泵出口法兰18温度为常温25℃，而下底板14位置已跟随燃料罐2冷却到
‑
162℃，那么上下温差为187℃，超过允许量，采用单独沉箱组件1冷却循环，打开阀门五36和阀门六37，调节好蒸发气源站的气源进气量，从连接管38进气，利用lng蒸发气冷却7小时，泵出口法兰18温度降为
‑
100℃，下底板14处温度变为
‑
162℃，现在最
大温差变成62℃，不超过150℃，预冷后合格，后续可进行往燃料罐2加注和泵体19运行作业。
46.作为本实施例的一种具体技术方案，所述螺杆15的直径为6mm
‑
15mm之间，所述上底板12的内部开设有内部与螺杆15表面套接的通孔，且通孔与螺杆15之间的间隙为2mm
‑
6mm之间。
47.本实施方案中，通孔与螺杆15之间的间隙为2mm
‑
6mm之间，避免间隙过小时，螺杆15与通孔卡住，间隙过大时，上底板12与下底板14错位太大，导致梯形密封锥141和密封锥槽121错位无法密封，保证了该装置的稳定性。
48.作为本实施例的一种具体技术方案，所述下封板13的底部与燃料罐2的顶部固定连接，所述下封板13的内部设置有密封环132，所述密封环132的内部与螺杆15的表面活动套接，用于实现所述下封板13与燃料罐2之间的密封。
49.本实施方案中，密封环132用于保证螺杆15与上封板16的密封，即保证此处螺杆15与燃料罐2始终处于相对密封状态，避免了气体通过螺杆15与下封板13的连接处泄漏，并在螺杆15转动时亦可保证密封。
50.作为本实施例的一种具体技术方案，所述上封板16的顶部通过螺栓设置有上部构件17，用于配合吊装设备将所述泵体19吊起，所述泵体19的一端贯穿至上部构件17的外部并设置有泵出口法兰18。
51.本实施方案中，当沉箱组件1单独单独惰化后，彻底消除事故隐患，再打开沉箱组件1进行本体维护作业，将用于安装上部构件17的螺栓拆卸，即可使用修船厂的吊机通过上部构件17垂直吊出泵体19。
52.一种可惰化低温沉箱装置的管路系统，包括用于惰化燃料罐2的沉箱外部管路系统3以及用于惰化沉箱外壳11以及泵体19的沉箱进口管路系统4，所述沉箱外部管路系统3包括排气系统、回气系统以及进气系统；
53.所述排气系统包括通过管路依次连接的阀门一31、阀门二32以及透气桅杆321，所述阀门一31通过法兰与泵出口法兰18连接，所述回气系统包括通过管路依次连接的阀门三33、阀门四34以及回气管341，所述阀门三33通过管路与阀门一31和阀门二32相连通，所述进气系统包括通过管路依次连接的单向阀一35、阀门五36、进气管361以及阀门六37，所述单向阀一35通过管路与阀门三33和阀门四34相连通，关闭下底板14和上底板12，使得沉箱外壳11与燃料罐2隔离，通过压力调节器43调节氮气的吹除压力，打开阀阀门七41、阀门一31以及阀门二32，使用氮气通过进气腔131进行吹除lpg/lng，lpg/lng和蒸发气从沉箱外壳11内下到泵体19底端的吸口，然后沿着泵轴191内部输送管道，到达泵出口法兰18处，并经阀阀门一31以及阀门二32释放至透气桅杆321安全区域，避免整个燃料罐2吹除作业时在沉箱外壳11内部有死角，使得吹除作业更加彻底，泵体19在沉箱外壳11内安装后，往燃料罐2加注lpg/lng和泵体19运转前，可通过进气腔131使用氮气置换沉箱外壳11内的自然空气、惰化沉箱区域，避免自然空气中的水蒸气遇到低温的lpg/lng后结冰，影响泵体19运转，加注lpg/lng和泵体19运转前，对沉箱组件1进行氮气置换后，可通过沉箱外部管路系统3使用低温的lpg/lng蒸发气吹除氮气和预冷却泵体19、泵轴191和泵叶轮192，逐步冷却到上体和下体温差在可承受温差范围，避免上下位置温差太大，泵体19运行时低温介质流经过造成上下部件收缩变形和应力不一致引起泵被伤害。
54.作为本实施例的一种具体技术方案，所述阀门六37通过连接管38与燃料罐2的内部相连通，所述沉箱进口管路系统4包括通过管路依次连接的阀门七41、单向阀二42、压力调节器43以及氮气瓶44，所述阀门七41通过管路与进气腔131相连通，当所述氮气瓶44通过进气腔131输送氮气进入沉箱外壳11以及泵体19内部时，所述压力调节器43对流动的氮气进行调压。
55.本实施方案中，阀门七41、单向阀二42以及压力调节器43用于输送和控制氮气，通过进气腔131对沉箱外壳11内部进行吹除，压力调节器43用于给氮气减压，避免压力过高，流速过快伤害设备和浪费气源，符合经济效益，使用更加节能环保。
56.在使用时，本方案中仅举例lpg和lng介质为例，介质还可以为乙烷，丁烷，乙烯等需要低温液化存储的介质，沉箱组件1不仅可用于燃料舱也可以装在运输存储舱用，本方案中沉箱组件1的高度、直径、上封板16和进气腔131型式尺寸、上底板12和下底板14的密封型式和尺寸等，都可以根据需要进行不同的配置，以满足各种船舶实际运用的需要，上底板12和下底板14的初始状态为闭合状态，顺时针转动螺母151往下抵触上封板16的顶部，螺杆15即向上运动，螺杆15向上运动的同时带动下底板14向上运动，从而使得下底板14带动梯形密封锥141延伸至密封锥槽121的内部，完成对沉箱外壳11的密封，逆时针转动螺母151下放螺杆15，使得螺杆15带动下底板14脱离对上底板12的连接，同时梯形密封锥141脱离密封锥槽121的内部，使得沉箱外壳11与燃料罐2相连通，该装置具有以下几种使用模式：
57.单独吹除惰化沉箱组件1，参阅图1
‑
3，检修和维护泵体19前，先闭合上底板12和下底板14，通过压力调节器43调节氮气的吹除压力，打开阀阀门七41、阀门一31以及阀门二32，使用氮气通过进气腔131进行吹除lpg/lng，lpg/lng和蒸发气从沉箱外壳11内下到泵体19底端的吸口，然后沿着泵轴191内部输送管道，到达泵出口法兰18处，并经阀阀门一31以及阀门二32释放至透气桅杆321安全区域，避免整个燃料罐2吹除作业时在沉箱内部有死角，导致lpg/lng残留，可调节氮气压力为6bar进行吹除作业，并在泵出口法兰18利用便携式检测仪进行碳氢浓度检测，检测到浓度低于25％lel时即合格，惰化完成，通过单独吹除惰化沉箱功能，可更彻底消除事故隐患，吹除后再打开沉箱取出泵进行维护作业，将用于安装上部构件17的螺栓拆卸，即可使用修船厂的吊机通过上部构件17垂直吊出泵体19；
58.氮气置换沉箱组件1内自然空气，泵体19在沉箱外壳11内安装后，沉箱外壳11内为自然空气，上底板12和下底板14关闭处于密封状态，往燃料罐2加注lpg/lng和泵体19运转前，可通过进气腔131，打开阀泛起，调节压力调节器43压力，使用氮气置换沉箱内自然空气，将空气通过开启阀门一31以及阀门二32吹除至透气桅杆321安全区域，通过用氮气惰化沉箱外壳11区域，避免自然空气中的水蒸气遇到低温的lpg/lng后结冰，影响泵体19运转，氮气需经过干燥，在燃料介质为lpg时，露点为低于
‑
8℃，在燃料介质为lng时，露点为低于
‑
60℃，在氮气置换一段时间后，用便携式仪器测量沉箱外壳11内o2含量低于2％，置换即为完成，流程与上一步吹除lpg/lng蒸发气进行惰化相似，只是使用的时机不同，一个是维护泵体19作业前，一个是泵体19安装好了加注lpg/lng作业前，该模式操作时，阀门三33保持关闭；
59.对泵体19进行预冷，参阅图4，沉箱外部管路系统3由阀门一31、阀门二32、透气桅杆321、阀门三33、阀门四34、回气管341、单向阀一35、阀门五36、进气管361、阀门六37以及连接管38组成，阀门一31与泵出口法兰18连接，进气通过进气管361、阀门五36、阀门六37以
及连接管38进入燃料罐2的内部，加注lpg/lng和泵体19运转前，对沉箱组件1进行氮气置换后，可通过沉箱外部管路系统3使用低温的lpg/lng蒸发气吹除氮气并预冷却泵体19、泵轴191和泵叶轮192，逐步冷却到上体和下体温差在可承受温差范围，避免上下位置温差太大，造成冷收缩变形和应力不一致引起泵被伤害，低温lpg/lng蒸发气来自外部气源站，通过开启阀门五36和阀门六37，从连接管38连入燃料罐2内部，开启上底板12和下底板14，让蒸发气进入泵叶轮192内部通道，向上运动，达到泵出口法兰18，并通过开启阀门一31、阀门三33、阀门四34以及回气管341返回蒸发气源站，单向阀一35保证进气不会进入泵出口管路，按此流程，低温lpg/lng蒸发气即可对泵体19、泵轴191和泵叶轮192进行均匀预冷，最终达到上下位置温差在允许范围；
60.试压，与氮气置换流程类似，只是要关闭阀门一31，关闭上底板12和下底板14，进一步关闭泵出口阀门一31，打开阀门七41，让氮气进入沉箱外壳11，压力调节器43v6调压到试验压力，如6bar，保压15分钟，如无压降，即验证沉箱外壳11密封性和强度试验检验合格。
61.综上所述，该可惰化低温沉箱装置及其管路系统，通过设置沉箱组件1，通过调整螺杆15和螺母151即可控制上底板12和下底板14的开启和闭合，将沉箱外壳11与燃料罐2进行隔离，梯形密封锥141配合密封锥槽121，进一步保证了隔离密封效果，结构简单，利于加工生产，符合经济效益，具有较高的通用性。
62.需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
63.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。