一种新型船用LNG燃料的自增压供气系统及其控制方法与流程

一种新型船用lng燃料的自增压供气系统及其控制方法
技术领域
1.本发明涉及一种新型船舶lng燃料的供气系统及其控制方法，该供气系统采用lng液罐自增压的原理提升液罐压力，然后将lng燃料气化加热转换成船舶发动机或其他类似耗气设备的气体燃料。


背景技术：

2.随着日趋严格的船舶环保要求，采用清洁能源液化天然气(liquefied natural gas，lng)代替传统燃油已成为船舶燃料的主要方向之一。lng在船上以液态形式储存，但在船上受热后非常易挥发产生蒸发气，形成易燃易爆危险环境。为避免这类替代燃料的挥发气体扩散，国际海事组织允许采用c型燃料舱(压力容器型式)储存这类低闪点燃料。
3.lng液体存储真空绝热形式或者保温材料包覆的lng液罐内，当需要向船舶发动机或其他耗气设备提供燃料时而液罐压力不足时，通常会采用一种叫做自增压器的lng气化器，用于提高低温lng液罐的压力至所需要的值，然后将lng液体加热为常温气体燃料，确保气体燃料的压力、温度、流量需要满足船舶发动机或其他类似耗气设备的技术要求。
4.典型的lng液罐的自增压系统形式及原理介绍参见公开发表的论文：高云在2015年《低温与超导》杂志第43卷第9期的论文《车用液化天然气气瓶自增压装置的设计优化》。文中详细介绍了自增压系统及其关键元器件增压调节阀的工作原理。该论文中，lng液罐自增压系统基本原理见图1，机械弹簧自力式增压调节阀结构形式见图2。
5.传统采用图2所示的机械弹簧自力式增压阀时，随着lng液罐的压力变化弹簧的松紧相应变化，从而自动调节阀门的开度，lng液罐压力越低时增压阀的开度越大，lng液罐压力越高时增压阀的开度越小，达到增压的设定压力时增压阀完全关闭。但当阀门开度小时阀门阻力会大幅增加，影响lng增压器(气化器)的液体流入；当弹簧失效或者弹簧作用力未能使阀门完全关闭时，液体会不断流入lng增压器(气化器)，导致lng液罐持续不断增压，引起lng液罐超压风险。
6.船用lng气化器主要采用热水、热油、蒸汽等介质作为热源，典型的船用lng气化器方案形式参见公开发表的论文：上海交通大学制冷与低温工程研究所的田雅洁、林文胜在2018年化工学报第69卷第s2期论文《船用绕管式lng气化器方案比较》。该论文中绕管式lng气化器的结构形式见图3。
7.传统船上的lng自增压器通常采用热水、热油、蒸汽等各种介质作为热源的管壳式换热器，其换热器内的盘管通常采用细管进行螺旋缠绕制造。lng自增压器属于lng气化器的大类别，但由于其使用场合的特殊性，lng换热管的阻力大小直接影响lng自增压器的实际效果，采用传统绕管式lng气化器形式设计制造的lng自增压器在实际使用时时常会出现自增压效果不明显的问题，特别当lng增压器阻力过大时，会大大影响lng自增压器的工作效率。
8.传统船舶lng液罐增压的技术方案见图4，其中，1为lng液罐，2为机械弹簧自力式增压阀，3为螺旋绕管式lng自增压器。
9.lng通过lng液罐1和螺旋绕管式lng自增压器3之间的高度差，依靠自重流入螺旋绕管式lng自增压器3内，因此螺旋绕管式lng自增压器3的内部阻力大小直接决定了lng自增压器的液体流入量以及lng自增压的增压效率。
10.传统lng自增压器为在有限的空间尽可能增大换热面积、提高换热效率，同时考虑补偿lng自增压器进出口巨大温差引起的管道冷热膨胀变形量，往往采用将一组或者多组小口径管道，以螺旋缠绕盘管形式来设计。
11.这类lng自增压器在船舶实际工程应用时往往会出现增压能力不足或增压缓慢的现象，其原因在于：
12.首先，由于lng液罐1的液体仅仅依靠液位高度差产生的自重流入螺旋绕管式lng自增压器3，尤其是lng液罐液位低时，高度差产生的入口净压头小，lng流入螺旋绕管式lng自增压器3的动力本身很小；
13.其次，液变气的过程中，体积大幅膨胀，导致流速迅速提高，从而引起管道阻力也大幅提高。冷冻液体进入螺旋绕管式lng自增压器3后气化，螺旋管形式的设计造成气液分离不及时，从而气液混流阻力大，甚至出现气体反窜回流将液体从入口吹出，导致lng难以持续流入螺旋绕管式lng自增压器3；
14.最后，螺旋绕管式lng自增压器3内的小口径螺旋盘管设计方式本身管道阻力过大，当其阻力与螺旋绕管式lng自增压器3入口由液位高度差产生净压头相抵消时，lng自增压器会明显出现进液不足，导致增压效果变差，出现增压能力不足或者增压过程非常缓慢的现象。
15.船舶上自增压式lng气化器作为主要设备的典型lng燃料供气系统已有专利如下(不限于此)：
16.授权公告号：cn 110886670a
17.授权公告日：2020.03.17
18.专利名称：可自增压供气的船用低压供气系统及其自增压供气方法
19.在该专利中主要是将lng气化、加热的两级加热换热器中的前一级lng气化器兼做自增压器用于增压用途，同时采用bog自力式调压阀用于减压用途。其中，换热器采用的来回折管式或缠绕管的形式，供气系统通过自力式的调压阀来实现供气压力调节功能，详见图5。
20.授权公告号：cn 213065523u
21.授权公告日：2021.04.27
22.专利名称：一种船用液化天然气低压燃料供应系统
23.在该专利中主要是将lng气化、加热的两级加热换热器中的前一级lng气化器兼做自增压器用于增压用途、后一级ng加热器兼做bog利用减压的加热器，同时采用bog自力式调压阀用于减压用途。详见图6。
24.授权公告号：cn 111550675a
25.授权公告日：2020.08.18
26.专利名称：一种自动增压的低温液体送出方法及装置
27.该专利是通过罐的压力信号自动控制开度控制遥控阀门，通过自动调节阀门大小来控制增压过程。详见图7。
28.授权公告号：cn 104791602b
29.授权公告日：2018.06.05
30.专利名称：bog优先利用的lng气体燃料供气方法及装置
31.该专利是通过将自增压器直接兼做主气化器，自增压器产生的bog既用于罐的增压，也作为燃料对外输送。详见图8。
32.在以上申请专利的lng燃料供气系统中，仅仅是从系统原理的角度提出对现有供气系统的各种优化方案。然而，实际供气系统使用时由于lng自增压器自身阻力过大、以及压力调节阀门的结构形式形成较大的阀门阻力，才是导致自增压效果不明显、供气压力不稳定的根源，并不能从原理上和根源上解决自增压器效果不理想、供气压力调节不准确的问题。本专利从改进自增压器内部结构形式、增大自增压系统阀门的通流面积以及通过精准压力调节控制方法来实现一种用于船舶lng液罐增压的新型自增压系统，并将lng液罐增压的lng自增压器和供气的lng气化器设计为一体式换热器，对供气系统的方案也进一步优化改进。
33.授权公告号：cn 108716441a
34.授权公告日：2018.10.30
35.专利名称：一种lng供气系统及天然气动力船舶
36.同时，参见上述专利，船上气体发动机或其他耗气设备使用气体燃料时，还需要在布置气体发动机的机舱内设置一套双壁管结构的燃气管道以及一套气体阀组单元(gas valves unit,gvu)，上述气体阀组单元包含形成互锁功能的燃料阀及透气阀以及容纳上述互锁阀的密闭容器。从而避免燃气管道及阀门的泄漏导致燃气进去容纳气体发动机的机舱内，但在机舱内为容纳上述互锁阀组而设置一套气体阀组单元会大大提高制造难度及成本，也不便于阀门的操作维护检修。
37.授权公告号：cn 205048157u
38.授权公告日：2015.09.08
39.专利名称：液化天然气储罐
40.在lng液体加注进入lng液罐时，为防止lng液罐过度充装，通常罐最大充装液位处设置测满阀，通过测满阀打开时流出的是lng液体还是气体来判断lng液罐是否加满，但这种测量方式会导致lng液体或者气体排空至大气，不经济环保。
41.从上述公开发表的论文以及申请的专利可以看出，这类采用自增压器作为lng燃料供气系统的核心设备的系统中，自增压器及自增压系统运行的效率直接关系到整个lng燃料供气系统的优劣，而且从论文中也可以看出自增压系统阻力作为关键因素直接影响自增压的实际效果已引起各方的重视并开展研究，但上述文献中提出的解决方案主要是从引液管道的走向布置、阀门安装布置角度等方面对现有自增压系统提出优化方案，申请专利的lng燃料供气系统也主要是通过一台或多台lng换热器之间的相互功能复用变化来实施彼此之间供气系统的差异。


技术实现要素：

42.本发明要解决的技术问题是：现有技术方案并未从原理上和根源上解决自增压器效果不理想、压力调节不准确、天然气排放逃逸的实际使用问题。
43.为了解决上述技术问题，本发明的一个技术方案是提供了一种新型船用lng燃料的自增压供气系统，其特征在于，包括低温冷冻液体储罐，低温冷冻液体储罐与j套位于接头处所内部的供气系统相连通，j≥1，每套供气系统为k台耗气设备供气，k≥1，耗气设备位于机器处所内，其中：
44.由压力信号采集单元采集低温冷冻液体储罐的压力信号，并将采集到的压力信号发送给位于接头处所外的控制器；低温冷冻液体储罐具有液体燃料出口、自增压液体出口及气相口；
45.每套供气系统包括将自增压器和气化器集成为一体的一体式换热器以及燃气缓冲罐；一体式换热器中集成的自增压器具有低温冷冻液体入口及低温冷冻液体受热气化后的蒸汽出口；一体式换热器中集成的气化器具有低温燃料进口及常温气体燃料出口；一体式换热器还具有热源介质进口及热源介质出口；一体式换热器的低温冷冻液体入口经由低温冷冻液体输送管与低温冷冻液体储罐的自增压液体出口相连通，在低温冷冻液体输送管上设有开关控制遥控自增压阀；一体式换热器的蒸汽出口经由蒸汽输送管与低温冷冻液体储罐的气相口相连通；旁路管的一端与蒸汽输送管相连通，另一端与低温燃料输送管相连通，在旁路管上设有开关控制遥控气体燃料阀；低温燃料输送管与一体式换热器的低温燃料进口相连通，同时，低温燃料输送管还经由液体燃料输送管与低温冷冻液体储罐的液体燃料出口相连通；在液体燃料输送管上设有开关控制遥控液体燃料阀；一体式换热器的常温气体燃料出口经由常温燃料输送管与燃气缓冲罐相连通，由温度信号采集单元二采集常温燃料输送管内的燃气的温度信号，并将该温度信号发送给控制器；一体式换热器的热源介质进口及热源介质出口分别与位于接头处所外的热源介质进口接口及热源介质出口接口相连通；燃气缓冲罐经由供气管与位于接头处所外的k台耗气设备相连通。
46.优选地，在所述低温冷冻液体储罐的最大充装液位处设置溢流出液口，所述低温冷冻液体储罐还具有溢流回气口；
47.每套供气系统还包括溢流筒；
48.所述低温冷冻液体储罐的溢流出液口经由溢流出液管与溢流筒相连通，溢流筒经由溢流回气管与所述低温冷冻液体储罐的溢流回气口相连通；由温度信号采集单元一采集溢流筒的温度信号，并将采集到的温度信号发送给所述控制器。
49.优选地，所述一体式换热器包括外壳以及设于外壳内的n根直管式换热管一，n≥1；
50.外壳具有所述热源介质进口及所述热源介质出口；
51.n根直管式换热管一外部套上m组缠绕螺旋管式的换热管，m≥1，换热管具有独立的进出外壳的所述低温燃料进口及所述常温气体燃料出口；或者有m组与n根直管式换热管一并排布置的直管式换热管二，直管式换热管二具有独立的进出外壳的所述低温燃料进口及所述常温气体燃料出口；
52.低温冷冻液体经由所述低温冷冻液体入口进入直管式换热管一，低温冷冻液体受热气化后的天然气出直管式换热管一后自所述蒸汽出口出所述一体式换热器；所述低温冷冻液体入口与直管式换热管一之间和/或直管式换热管一与所述蒸汽出口之间设有用于补偿热胀冷缩带来的变形伸缩量的弯管。
53.优选地，所述外壳及所述直管式换热管的布置形式均为与水平方向小角度倾斜布
置，使得所述热源介质出口位于低处而所述热源介质进口位于高处，并且使得所述低温冷冻液体入口位于低处而所述蒸汽出口位于高处，来自低温冷冻液体液罐底部的低温冷冻液体经由所述低温冷冻液体入口从所述一体式换热器底部进入，气化蒸汽经由所述蒸汽出口从所述一体式换热器顶部透出，从而避免气液混合流动导致增压器阻力过大。
54.优选地，所述低温冷冻液体入口的直径小于所述直管式换热管一的内径；在所述低温冷冻液体入口与所述直管式换热管一之间设有扩径接头，扩径接头的内径大于所述低温冷冻液体入口的直径，经由所述低温冷冻液体入口进入的所述低温冷冻液体流经扩径接头后再进入所述直管式换热管一内。
55.本发明的另一个技术方案是提供了一种上述的新型船用lng燃料的自增压供气系统的控制方法，其特征在于，包括以下内容：
56.当需要提升低温冷冻液体储罐压力供气时，进行升压，包括以下步骤：
57.控制器通过压力信号采集单元采集低温冷冻液体储罐的压力信号；控制器将实时采集到的压力值至与预先在控制器内部设置的目标升压设定值进行比较，通过开关控制遥控自增压阀的开关以实现增压启动及增压停止目标；自增压时，开关控制遥控自增压阀处于全开流通状态，通流面积最大；低温冷冻液体储罐的压力可根据需要在控制器里自由修改目标升压设定值来达到不同程度的升压的目的；
58.当需要降低低温冷冻液体储罐压力防止液罐超压时，进行降压，包括以下步骤：
59.控制器通过压力信号采集单元采集低温冷冻液体储罐的压力信号；控制器将实时采集到的压力值至与预先在控制器内部设置的目标降压设定值进行比较，通过开关控制遥控气体燃料阀的开关，将蒸发气输送至耗气设备作为燃料的方式来降低低温冷冻液体储罐的压力，以实现减压启动及减压停止目标；低温冷冻液体储罐的压力可根据需要在控制器里自由修改目标降压设定值来达到不同程度的降压目的；
60.当发生各种意外及紧急情况时，控制器通过强制切断开关控制遥控自增压阀或开关控制遥控气体燃料阀的方法，强制性停止正常运行的增压或减压功能，实现供气系统的安全保护功能并避免低温冷冻液体储罐及管道超压导致的天然气逃逸问题。
61.优选地，当所述低温冷冻液体储罐需要重新加注低温冷冻液体前，通过调低所述控制器的所述目标降压设定值利用降压方法尽可能降低所述低温冷冻液体储罐的压力，从而更容易注入所述低温冷冻液体。
62.优选地，所述控制器通过运行信号采集单元采集耗气设备的运行信号，并且通过温度信号采集单元二采集常温燃料输送管内的燃气的温度信号，基于实时采集到的运行信号以及温度信号来控制开关控制遥控自增压阀：当基于运行信号判断耗气设备不运行或基于温度信号判断气化器的出口温度过低时，强制性切断开关控制遥控自增压阀，自动禁止自增压系统工作来避免气化器冻裂的风险。
63.优选地，在接头处所内的供气管与透气管相连通；沿气体燃料的传输方向，在供气管上依次设有开关控制遥控气体主燃料阀、开关控制遥控燃料阀及调压阀；透气管与供气管位于开关控制遥控气体主燃料阀与开关控制遥控燃料阀之间的部分相接，透气管上设有开关控制遥控燃料透气阀及止回阀；开关控制遥控气体主燃料阀、开关控制遥控燃料阀、开关控制遥控燃料透气阀、止回阀及调压阀均位于接头处所内；开关控制遥控气体主燃料阀、开关控制遥控燃料阀、开关控制遥控燃料透气阀组成互锁阀组：开关控制遥控气体主燃料
阀和开关控制遥控燃料阀关闭时，开关控制遥控燃料透气阀自动打开；开关控制遥控气体主燃料阀和开关控制遥控燃料阀打开时，开关控制遥控燃料透气阀自动关闭；在互锁控制开关控制遥控气体主燃料阀、开关控制遥控燃料阀和开关控制遥控燃料透气阀时，在所述控制器内设置立即关闭阀门、延时打开阀门的方式，避开由开关控制遥控气体主燃料阀、开关控制遥控燃料阀和开关控制遥控燃料透气阀组成的互锁阀组的同时开启重叠时间，避免燃气逃逸现象，上述阀门均布置在接头处所内部。
64.优选地，所述控制器通过温度信号采集单元一采集溢流筒内的温度信号，并将采集到的实时温度与控制器内部预先设置的目标温度设定值进行比较：当未发生溢流时，溢流筒与环境接触处于常温状态；当发生溢流时，溢流筒的温度过低，控制器产生低温溢流报警，从而判断低温冷冻液体储罐是否过度充装。
65.本发明通过采取两项核心关键技术来优化lng燃料的供气系统：一是采用一种新型低阻力、高效率的自增压器及自增压系统，从改进自增压器内部结构形式、增大自增压系统阀门通流面积的角度来降低自增压系统的阻力、提高自增压系统的增压效果来优化lng燃料供气系统。二是从改进系统设计及其控制方法的角度来实现供气压力的精度控制、安全保护切断并解决天然气排放逃逸的实际问题。
66.具体而言，本发明提供的一种新型船用lng燃料的自增压供气系统及其控制方法是通过以下方式来达到有益的供气效果：
67.(1)采用一种新型高效的一体式换热器，实现自增压器和气化器的功能，其中自增压器的布置形式为倾斜布置，倾斜角度一般在30
°
以内。自增压器内部的换热管采用直管式的设计方法。该设计型式在自增压器内部及时实现气液分离、解决了螺旋绕管式无法及时气液分离气液混流阻力大甚至气体反窜回流将液体从入口吹出的问题，直管式的管径也远大于同类型的螺旋绕管式盘管，管道流速低、阻力小、进液连续，大幅提高了自增压器的增压效率，一体式的设计形式将实现两个lng气化器的功能集成，减少了气化器的数量，提高换热效率。
68.(2)采用开关控制遥控增压阀代替传统的机械弹簧自力式增压阀。控制器通过采集lng液罐的压力信号，和控制器内部设置的目标压力设定值进行比较，来达到自动控制增压阀的开关以实现增压目标，自增压时增压阀处于全开流通状态，通流面积最大，大大降低自增压系统的管道及阀门阻力，提高进液量及自增压效率。
69.(3)采用开关控制遥控气体燃料阀代替传统的机械弹簧自力式减压阀，控制器通过采集lng液罐的压力信号，和控制器内部设置的目标压力设定值进行比较，来达到自动控制气体燃料阀的开关状态，通过将蒸发气输送至发动机作为燃料的方式来降低lng液罐的压力目的。lng液罐的压力可根据需要在控制器400里自由修改降压的设定值来达到不同程度的降压目的。
70.(4)当lng液罐需要重新加注lng液体前，需要尽可能降低lng液罐的压力，从而更容易注入lng液体。按照第(3)点的方法，通过调低控制器的减压压力设定值即可达到降低lng液罐的压力方便加注的有益效果。
71.(5)一体式换热器所需的热源来自于外部热水，但当热水不足时lng液体流入一体式换热器时容易导致其冻裂，气化器出口温度过低导致发动机的低温损伤。控制器通过采集发动机的运行信号和气化器出口的温度信号来控制自增压阀，当发动机不运行或者气化
器温度出口过低时，即使lng液罐需要增压提升压力，也强制性切断自增压阀，自动禁止自增压系统工作来避免气化器冻裂风险。
72.(6)传统的互锁阀组3是布置在机舱内，就近布置在机器附近，根据船舶规范要求，为避免阀门泄漏导致气体燃料进入机舱内部，该互锁阀组需要安装在密闭容器内，构成一个完整的气体阀组单元gvu，其中，气体阀组单元的燃气管道与双壁管的内管连通，压力容器的内部空间与双壁管的外管连通。通过将互锁阀组集中布置在lng液罐的接头处所内部，与其他供气系统的管道阀门集中布置，便于操作维护及集中监测气体泄漏，也取消了机舱内高成本和高要求的气体阀组单元gvu。
73.(7)通过在互锁阀之一的遥控燃料透气阀的下游设置止回阀，避免在透气打开后空气反流入燃气管道内形成空气燃气混合气危险源。
74.(8)传统互锁阀组切换时同时开关动作，由于阀门动作存在开关行程时间，在互锁阀切换期间存在三只互锁阀同时处于重叠开启的时间段，会导致在重叠时间段互锁阀上下游的设备管道内气体燃料(如：燃气缓冲罐)通过遥控燃料透气阀逃逸出去。为解决上述隐患，控制器在互锁控制互锁阀组时，通过在控制器内设置立即关闭阀门、延时打开阀门的方式，避开互锁阀组的同时开启重叠时间，避免燃气逃逸现象。
75.(9)在lng液罐的最大充装液位处设置溢流出液口，当液位过高时液体从出液口流入溢流筒内，溢流筒位置低于溢流出液口，溢流筒内液体气化后通过溢流回气口回到lng液罐内，从而避免了溢流筒内憋气蓄压导致液体无法流入，也避免了lng液体或气体排放至大气的问题。通过溢流筒内的温度信号采集至控制器，和控制器内部设置的目标温度设定值进行比较，当未发生溢流时，溢流筒与环境接触处于常温状态，当发生溢流时溢流筒的温度过低，控制器产生低温溢流报警。
附图说明
76.图1为lng液罐自增压系统图；
77.图2为机械弹簧自力式增压调节阀示意图；
78.图3为绕管式lng气化器示意图；
79.图4为传统船舶lng液罐自增压原理图；
80.图5为cn 110886670a公开的系统示意图；
81.图6为cn 213065523u公开的系统示意图；
82.图7为cn 111550675a公开的系统示意图；
83.图8为cn 104791602b公开的系统示意图；
84.图9为实施例中公开的一种新型船用lng燃料的自增压供气系统的示意图；
85.图10为实施例中使用的一体式换热器的侧视图；
86.图11为实施例中使用的一体式换热器的俯视图。
具体实施方式
87.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定
的范围。
88.本实施例公开了一种新型船用lng燃料的自增压供气系统，如图9所示，包括具有液体燃料出口110、自增压液体出口111、气相口112、溢流回气口113、溢流出液口114的lng液罐100。接头处所101焊接在lng液罐100外壳上，为容纳lng液罐100的接头泄漏的密闭结构。接头处所101的材质等同于可耐受lng液体的lng液罐100的材质。接头处所101内有将自增压器和气化器集成为一体的一体式换热器102、燃气缓冲罐103以及溢流筒104。
89.由压力信号采集单元402采集lng液罐100的压力信号，并将采集到的压力信号发送给位于接头处所101外的控制器400。
90.lng液罐100的溢流出液口114经由溢流出液管与溢流筒104相连通，溢流筒104经由溢流回气管与lng液罐100的溢流回气口113相连通。由温度信号采集单元一403采集溢流筒104的温度信号，并将采集到的温度信号发送给位于接头处所101外的控制器400。
91.一体式换热器102包括用于实现自增压器的自增压功能一组直管式换热管6以及一组缠绕在直管式换热管6上的缠绕式盘管10，缠绕式盘管10用于实现气化器低温燃料加热为常温燃料的功能。同时，一体式换热器102具有与直管式换热管6相连通的lng液体入口120及lng液体受热气化后的蒸汽出口121；一体式换热器102还具有与缠绕式盘管10相连通的低温燃料进口122及常温气体燃料出口123；一体式换热器102还具有热水或其他热源介质进口2及热水或其他热源介质出口3。
92.一体式换热器102的lng液体入口120经由lng液体输送管与lng液罐100的自增压液体出口111相连通，在lng液体输送管上设有开关控制遥控自增压阀300。一体式换热器102的蒸汽出口121经由蒸汽输送管与lng液罐100的气相口112相连通。旁路管的一端与蒸汽输送管相连通，另一端与低温燃料输送管相连通，在旁路管上设有开关控制遥控气体燃料阀302。低温燃料输送管与一体式换热器102的低温燃料进口122相连通，同时，低温燃料输送管还经由液体燃料输送管与lng液罐100的液体燃料出口110相连通。在液体燃料输送管上设有开关控制遥控液体燃料阀301。一体式换热器102的常温气体燃料出口123经由常温燃料输送管与燃气缓冲罐103相连通，由温度信号采集单元二404采集常温燃料输送管内的燃气的温度信号，并将该温度信号发送给位于接头处所101外的控制器400。
93.一体式换热器102的热水或其他热源介质进口2及热水或其他热源介质出口3分别与位于接头处所101外的热源介质进口接口124及热源介质出口接口125相连通。
94.燃气缓冲罐103经由供气管与位于接头处所101外的使用气体燃料的气体发动机201相连通。在接头处所101内的供气管与透气管相连通。沿气体燃料的传输方向，在供气管上依次设有开关控制遥控气体主燃料阀303、开关控制遥控燃料阀304及调压阀307。透气管与供气管位于开关控制遥控气体主燃料阀303与开关控制遥控燃料阀304之间的部分相接，透气管上设有开关控制遥控燃料透气阀305及止回阀306。开关控制遥控气体主燃料阀303、开关控制遥控燃料阀304、开关控制遥控燃料透气阀305、止回阀306及调压阀307均位于接头处所101内。开关控制遥控气体主燃料阀303、开关控制遥控燃料阀304、开关控制遥控燃料透气阀305组成互锁阀组：开关控制遥控气体主燃料阀303和开关控制遥控燃料阀304关闭时，开关控制遥控燃料透气阀305自动打开；开关控制遥控气体主燃料阀303和开关控制遥控燃料阀304打开时，开关控制遥控燃料透气阀305自动关闭。
95.气体发动机201位于机器处所200内，机器处所200内有双壁燃气管道203，前述供
气管经由双壁燃气管道203的内管202与气体发动机201相连通。气体发动机201均有运行信号采集单元401，运行信号采集单元401将采集的气体发动机201的运行信号发送给位于接头处所101外的控制器400。
96.本实施例中，一体式换热器102的结构如图10及图11所示，包括外壳1，外壳1前后两端分别设有热水或其他热源介质进口2及热水或其他热源介质出口3。外壳1内有一根直管式换热管6。外壳1及其内的直管式换热管6的布置形式均为与水平方向小角度倾斜布置，使得热水或其他热源介质出口3位于低处而热水或其他热源介质进口2位于高处，并使得与直管式换热管6相连通的lng液体入口120位于低处而与直管式换热管6相连通的蒸汽出口121位于高处。外壳11的轴线以及直管式换热管6的轴线与水平面之间的夹角θ一般在30
°
以内。
97.经由lng液体入口120进入的lng液体依次经由扩径接头5及弯管7
‑
1与直管式换热管6相接。出直管式换热管6的气化蒸汽经由弯管7
‑
2自蒸汽出口121出一体式换热器102。设lng液体入口120的直径为r1，扩径接头5的内径为r2，直管式换热管6的内径为r3，弯管7
‑
1及弯管7
‑
2的内径为r4，蒸汽出口121的直径为r5，则有：r1<r2，r2＝r3＝r4≤r5，气化蒸汽出口管121的内径r5可以根据实际需要进一步扩径以降低阻力。利用弯管7
‑
1及弯管7
‑
2补偿热胀冷缩。扩径接头5与弯管7
‑
1之间、弯管7
‑
1与直管式换热管6之间、直管式换热管6与弯管7
‑
2之间的连接均采用对接焊形式。
98.一组缠绕式盘管10套在直管式换热管6外。缠绕式盘管10有独立的低温燃料进口122和常温气体燃料出口123。应当注意的是：缠绕式盘管10也可采用其他结构及布置形式，例如：缠绕式盘管10可以采用直管结构，并与直管式换热管6之间采用并排布置方法等，此处不再赘述。
99.本实施例中，一体式换热器102中集成的自增压器通过大幅降低自增压系统的阻力、气液及时分离不混流、提高自增压器的进液效率来实现低阻力、高增压效率的自增压工作。同时，一体式换热器102将自增压器和气化器集成为一体，最大限度地利用换热器内部空间，减少换热器的数量，提高换热器的换热效率。
100.上述新型船用lng燃料的自增压供气系统的控制方法包括以下内容：
101.当需要提升lng液罐100压力供气时，进行升压，包括以下步骤：
102.控制器400通过压力信号采集单元402采集lng液罐100的压力信号。控制器400将实时采集到的压力值至与预先在控制器400内部设置的目标升压设定值进行比较，通过开关控制遥控自增压阀300的开关以实现增压启动及增压停止目标。自增压时，开关控制遥控自增压阀300处于全开流通状态，通流面积最大，大大降低自增压系统的管道及阀门阻力，提高进液量及自增压效率。lng液罐100的压力可根据需要在控制器400里自由修改目标升压设定值来达到不同程度的升压的目的。
103.当需要降低lng液罐100压力防止液罐超压时，进行降压，包括以下步骤：
104.控制器400通过压力信号采集单元402采集lng液罐100的压力信号。控制器400将实时采集到的压力值至与预先在控制器400内部设置的目标降压设定值进行比较，通过开关控制遥控气体燃料阀302的开关，将蒸发气输送至发动机201作为燃料的方式来降低lng液罐100的压力，以实现减压启动及减压停止目标。lng液罐100的压力可根据需要在控制器400里自由修改目标降压设定值来达到不同程度的降压目的。
105.当lng液罐100需要重新加注lng液体前，需要尽可能降低lng液罐100的压力，从而更容易注入lng液体。通过调低控制器400的目标降压设定值利用上述的降压方法即可达到降低lng液罐100的压力，以方便lng液体加注的有益效果。
106.当发生但不限于火灾、气体泄漏、热水供应不正常、气化器出口温度低等各种意外及紧急情况时，控制器400通过强制切断开关控制遥控自增压阀300或开关控制遥控气体燃料阀302或开关控制遥控液体燃料阀301的方法，强制性停止正常运行的增压或减压功能并停止对外输送低温燃料，实现供气系统的安全保护功能并避免lng液罐100及管道超压导致的天然气逃逸问题。
107.一体式换热器102所需的热源来自于外部热水，但当热水不足时lng液体流入一体式换热器102时容易导致其冻裂，一体式换热器102中集成的气化器的常温气体燃料出口123温度过低导致发动机201的低温损伤。为了解决该问题，在本实施例所公开的技术方案中，控制器400通过运行信号采集单元401采集发动机201的运行信号，并且通过温度信号采集单元二404采集常温燃料输送管内的燃气的温度信号。基于实时采集到的运行信号以及温度信号来控制开关控制遥控自增压阀300，具体而言：当基于运行信号判断发动机201不运行或基于温度信号判断气化器的出口温度过低时，即使lng液罐100需要增压提升压力，也强制性切断开关控制遥控自增压阀300，自动禁止自增压系统工作来避免气化器冻裂的风险。
108.传统互锁阀组切换时同时开关动作，由于阀门动作存在开关行程时间，在互锁阀切换期间存在三只互锁阀同时处于重叠开启的时间段，会导致在重叠时间段互锁阀上下游的设备管道内气体燃料(如：燃气缓冲罐103)通过开关控制遥控气体燃料阀302逃逸出去。为解决上述隐患，在本实施例中，控制器400在互锁控制开关控制遥控气体主燃料阀303、开关控制遥控燃料阀304和开关控制遥控燃料透气阀305时，通过在控制器400内设置立即关闭阀门、延时打开阀门的方式，避开由开关控制遥控气体主燃料阀303、开关控制遥控燃料阀304和开关控制遥控燃料透气阀305组成的互锁阀组的同时开启重叠时间，避免燃气逃逸现象。
109.在lng液罐101的最大充装液位处设置溢流出液口114，当液位过高时液体依靠自重从溢流出液口114流入低于溢流出液口114位置的溢流筒104内。溢流筒104顶部设置溢流回气开口与lng液罐101顶部的溢流回气口113连通，溢流筒104内液体气化后通过溢流回气口113回到lng液罐101内，从而避免了溢流筒104内憋气蓄压导致液体无法流入，也避免了测满时lng液体或气体排放至大气的问题。控制器400通过温度信号采集单元一403采集溢流筒104内的温度信号，并将采集到的实时温度与控制器400内部预先设置的目标温度设定值进行比较。当未发生溢流时，溢流筒104与环境接触处于常温状态。当发生溢流时，溢流筒104的温度过低，控制器400产生低温溢流报警，从而判断lng液罐101是否过度充装。
110.气体发动机201可以为1台，也可以是多台，也可以是其他耗气设备。可以仅包含一套lng液罐上焊接的接头处所101及其内部的供气系统，也可以是多套采用相同供气原理的相互独立的接头处所101及其内部的供气系统。控制器400可以只有一台控制器，控制器400可以带冗余功能或者不带冗余功能，也可以是分别具有过程控制和安全保护功能的多台独立控制器。控制器400采集的每一个信号来源可以是由一个传感器提供，也可以是由多个相互冗余或者相互独立的传感器提供。lng气化的热源示意为热水，也可以是热油、蒸汽、乙二
醇
‑
水、或其他防冻液等各种形式的热源。lng燃料供气系统的低温介质示意为lng，也可以是液氮、液化石油气、液氢、液氨及其他各种低温冷冻液体。上述诸多细节的变化，只要采用相同或相似的lng燃料供气系统设计方法，均属于本发明保护范围内。