一种基于TRIZ理论改进的高压主机LNG燃料供气系统
2020-06-15李曼
1 项目背景
1.1 项目改进前情况
燃料舱布置在生活楼下方,燃料准备间布置于临近机舱区域。燃料舱内设置的高压燃料泵将高压LNG驳运至位于机舱附近的燃料准备间内,经燃料准备间内的高压蒸发器将高压LNG处理为高压燃气后供给机舱内的主机。
主甲板布置高压LNG管路。
1.2 项目存在的问题
布置高压LNG管路于主甲板上,存在一定的安全隐患,且超低温管路可能存在保温缺陷,导致附近存在人员冻伤等隐患。
1.3 常规解决途径及问题
甲板部分的燃料管路采用全部焊接型式,并加强管路的绝缘措施。
该方案不仅增加了施工成本,增加绝缘措施增加了造船成本,且绝缘的维护增加了船舶的日常维护成本。
2 应用TRIZ方法创新过程
2.1 分析问题—系统功能分析
系统名称:高压主机LNG燃料供气系统
主要功能:移动HP NG
存在的问题:系统中由主甲板固定的HP LNG管路对HP LNG的引导功能和对两端设备连接功能不足,导致内部低温HP LNG泄漏,对人员造成伤害。
根据系统功能分析图,确定要解决的问题功能:
解决HP LNG管路有泄漏并对人员造成伤害隐患的问题。
2.2 分析问题—因果链分析
末端原因中 1.2 HP LNG温度低和1.1.2.1 HP LNG压力高,属于LNG的物理极限,1.1.1.2 人员通道在主甲板和1.1.1.1.3 I.G.F规范要求属于法规限制。1.1.1.1.2 LNG布置在生活楼区域,属于设计要求限制。
因果链分析最终确定的根本原因:
(一)1.1.2.2 管路强度低
(二)1.1.1.1 HP LNG管路布置在主甲板
(三)1.1.1.1.1 HP蒸发器布置在机舱区域
2.3 分析问题——最终理想解
1. 设计的最终目的是什么?
将LP LNG转化成HP NG输送至机舱
2. IFR是什么?
LP LNG自己转化成HP NG并自己进入机舱
3. 达到IFR的障碍是什么?
存储状态的LP LNG需要经过加压转化为HP LNG再进入蒸发器加热,才能转化成HP NG;LNG燃料舱与蒸发器距离较远。
4. 出现这种障碍的结果是什么?
由于存儲状态的LP LNG压力低,使用高压泵将LP LNG加压。由于蒸发器与高压泵距离远,需要通过甲板上的管路将HP LNG从高压泵输送至蒸发器。
5. 不出现这种障碍的条件是什么?
LP LNG转化为HP NG过程中不产生HP LNG。
6. 创造这些条件可用的资源是什么?
LP LNG,高压泵,HP蒸发器,管路,主甲板,船体空间。
2.4 分析问题——资源分析
2.5 求解问题——系统裁剪
系统中存在问题的组件:HP LNG管路,但由于HP LNG是本项目必须产生的产物,所以HP LNG管路必须存在。
根据因果链分析中得到的根本原因,向上一级求解,即解决HP LNG管路布置在主甲板的问题,裁剪超系统组件主甲板,其对HP LNG管路的支撑功能由X组件替代,根据资源分析的结果,向系统内的空间资源中寻求替代组件:燃料准备间;由于HP LNG管路仅布置在燃料准备间中,HP LNG只能在燃料准备间中生成,所以将高压泵也移至燃料准备间,其移动LP LNG的功能由X组件替代,根据资源分析的结果,引入新的能量资源:电动低压燃料泵。
解决方案(一):
将HP LNG管路移至燃料准备间中。燃料舱内布置低压燃料泵,低压燃料泵将燃料舱内的LP LNG驳运至燃料准备间,准备间内的高压燃料泵再将LP LNG加压为HP LNG,通过准备间中的HP LNG管路运输至HP蒸发器。
新的系统功能图:
2.6 求解问题—技术矛盾分析
本项目中为了改善系统中高压LNG管路存在可能的泄漏隐患,且超低温管路可能存在保温缺陷,导致附近存在人员冻伤等缺陷(改善的参数:可靠性),通常的做法是甲板部分的燃料管路采用全部焊接型式,并加强管路的绝缘措施,这样设计不仅增加了施工成本,增加绝缘措施增加了造船成本,且绝缘的维护增加了船舶的日常维护成本(恶化的参数:系统的复杂性)。
查找矛盾矩阵表:
对应的40条发明原理中:
13:反向作用原理
35:物理或化学参数改变原理
1:分割原理
经过发明原理的运用,根据35号原理,改变甲板上燃料管路中HP LNG的聚集态,将液态的HP LNG在燃料舱附近就气化为气态的HP NG。
解决方案(二)
将燃料准备间移至燃料舱上方,LNG高压泵布置在燃料舱内,将HP LNG通过布置在燃料舱隔间内的HP LNG驳运至燃料舱上方的准备间内,通过准备间内的HP蒸发器气化为HP NG,再通过主甲板上的HP NG管路输送至机舱。
2.7 .方案评价
方案一,布置低压液体(LP LNG)管路于主甲板区域,降低了高压LNG 布置于主甲板泄露导致的安全隐患,降低了操作风险。但是LP LNG管路与高压管路相比,管径增大,占用过多主甲板空间,影响人员通道和其他设备的布置。且该方案增加了一套低压泵,加大了供气系统成本。
方案二,布置高压气体(HP NG)管路于主甲板半围蔽区域,将燃料准备间集成到燃料舱区域,有利于舱容的最大利用。但该方案牺牲了部分燃料舱舱容,对船舶续航力有一定影响。
经过评估,选择解决方案(二)为优选方案。
3 项目改进效果
3.1 项目改进实施情况
集团自立科研项目LNG动力22000TEU级集装箱船研发、营销项目LNG动力23000TEU级集装箱船,使用了TRIZ理论对高压主机LNG燃料供气系统进行改进。
3.2 项目改进后效果情况
使用新的LNG燃料供气系统方案后,船型装箱量明显提高、安全性得到保证,成本得到有效控制,方案整体经济性良好。
3.3 项目改进后推广情况
经过技术研究对成型的技术方案进行推广,目前已经广泛推广至集团正在进行的科研、营销项目中。
4 专利情况
申请了三项发明专利
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