浅谈LNG液货船的气化系统与能效优化

浅谈LNG液货船的气化系统与能效优化

陈兴长

﹙南通中集太平洋海洋工程有限公司，江苏 启东  226251﹚

摘要：本文针对LNG液货船气化系统的能效优化方法展开相关研究，还探索了混合动力系统和智能控制系统的应用，展开了新型气化系统和废热利用技术的研究。这些探索和应用有助于提高LNG液货船气化系统能效，上减少能耗和二氧化碳排放，促进船舶行业的绿色发展。

关键词：LNG液货船、气化系统、能效优化

1 LNG液货船气化系统概述

LNG液货船气化系统是指将液化天然气（LNG）转化为气体状态的系统，主要功能是将LNG从液态转化为气态，使其可以被船舶的燃料系统和发动机充分利用。LNG液货船气化系统主要由气化器、加热器、循环泵、控制系统等部分组成。气化器是其中的核心装置，主要功能是将低温液态LNG通过导热管或螺旋状加热管加热，使其逐渐转化为气态。加热器提供加热介质（例如蒸汽、热水或排气等）来加热气化器中的管壁，使LNG充分加热。循环泵用于循环加热介质，确保气化过程的连续、稳定。控制系统主要用于监测和控制气化过程中的温度、流量和压力等参数，确保系统安全稳定。

根据气化方式的不同，LNG液货船气化系统可分为直接气化系统和间接气化系统。直接气化系统将LNG通过加热器直接加热至气体状态，简单而又高效。间接气化系统通过间接加热介质（如水蒸汽或热水）来加热LNG，安全性好，能效高。根据燃料供应方式的不同，可以分为压力均衡式气化系统和泵送式气化系统。压力均衡式气化系统主要是利用船舶的燃料系统压力将LNG气化，无需额外的能源消耗。泵送式气化系统需通过泵将LNG送入气化器进行气化。选择适合船舶特性和需求的气化系统，对于保证船舶燃料供应的可靠性和效率至关重要。  

2LNG液货船气化系统的能效分析

2.1 LNG气化过程中能量损失分析

LNG气化过程中会产生能量损失，其中包括传热损失、机械损失和化学损失等等。传热损失是指LNG气化过程中由于传热介质与LNG之间的温度差异和传热面积限制，导致部分能量无法完全传递给LNG，最终被损耗掉。机械损失是指气化设备中的泵、阀门、液化器等机械元件在运行过程中产生的能量损失，如泵功率损失、泄漏损失等等。化学损失是指LNG气化过程中由于化学反应产生的能量损失，如不完全燃烧和产物生成等等。

2.2 LNG液货船气化系统能效评估方法

LNG液货船气化系统能效评估常用方法包括热效率评估和能量损失分析。热效率评估是通过计算实际输出能量与输入能量之间的比值来评估系统的能效。能量损失分析是对气化过程中的各个环节进行能量损失详细分析，分析损失原因和程度，以确定系统存在的潜在问题和改善空间。针对LNG液货船的气化系统，我们可以进一步分析能量损失的原因以及程度。

（1)管道热损失：由于管道的热传导，部分能量以热能的形式散失到外部环境中。例如，如果管道的保温层厚度不足或者材料性能不佳，可能会导致额外的热损失。通过改进管道的保温材料和增加保温层的厚度，可以有效减少这种损失。

(2)气化器效率：气化器的效率不足，可能导致能量损失。这可能是由于气化器设计不合理或者人员操作不当。通过优化气化器的设计和操作参数，例如调整气化器内的流速和压力，可以提高其效率。

(3)压力损失：在LNG从储存罐到气化器的输送过程中，由于管道摩擦和局部阻力，会产生压力损失，导致能量损失。通过减少管道长度、使用更大直径的管道或安装高效泵，可以减少这种损失。

(4)未完全蒸发损失：如果LNG没有完全蒸发，也会导致能量的损失。确保蒸发器的正确调整和维护可以减少这种损失。

通过对这些能量损失的详细分析，我们可以确定系统存在的相关问题，并采取相应的措施进行改进。例如，改进保温材料可以减少热损失，优化气化器设计可以提高气化效率，而调整蒸发器的操作参数可以确保LNG的完全蒸发等等。通过以上这些改进，我们可以提高气化系统的能效，减少能量损失，从而提高LNG液货船的整体运行效率。

2.3 LNG液货船气化系统的能效优化技术

LNG液货船气化系统能效优化技术主要包括传统技术和先进技术两方面。传统技术包括改进和优化气化器设计、提高传热效率、减少机械损失、提高燃烧效率等等。先进技术包括利用换热器抓取废热、采用高效的泵和阀门、应用先进的控制策略等等。此外，还可以通过改善船舶的能源管理系统，比如利用余热回收技术、混合动力系统、智能控制系统等，进一步提高LNG液货船气化系统的能效。优化能效的开展，旨在降低能源消耗和碳排放，提高船舶经济性和环境可持续性。

3 LNG液货船气化系统的能效优化方法分析

3.1传统能效优化方法分析

传统能效优化方法主要包括提高传热效率、减少机械损失、优化控制策略和改良燃燃烧技术等方法。提高传热效率，可以通过优化气化器结构设计、增加传热面积、改善传热介质的性质等方式来降低传热损失；减少机械损失则着重于提高泵和阀门的效率、减少泄漏损失等；优化控制策略的实施，可以通过智能化调控系统实现对气化过程的精确监控，提高LNG液货船气化系统的能效稳定性和灵活性；改良燃烧技术则包括提高燃烧效率、减少不完全燃烧带来的能量损失等等，综合应用以上这些传统的优化方法，可有效提升LNG液货船气化系统的能效水平。

3.2先进技术的应用与探索

先进技术的应用与探索包括利用废热回收技术、采用高效泵和阀门、应用先进的控制策略等内容。废热回收技术主要是通过使用换热器将气化过程中的废热回收利用，供给其他热能需求，降低能源方面的浪费。采用高效泵和阀门可以减少机械能的损失，提高系统的能效和稳定性。先进的控制策略可以根据实时数据调整气化过程的参数，使LNG液货船气化系统处于最佳的工作状态，进一步提高系统的能效水平。以上这些先进技术的应用与探索，将有助于提高LNG液货船气化系统的效率、降低能源消耗和环境影响，推动船舶行业向着更加可持续和经济高效的方向发展。

此外，还有一些先进技术在LNG液货船气化系统能效优化方面的应用与探索。其中之一就是混合动力系统的引入，通过结合多种能源形式，如LNG与电力或者储能系统的联合利用，实现能源的最优配置与利用，提高LNG液货船气化系统的能效。另外，智能控制系统的应用也是一个重要的方向，通过采用先进的自动化、人工智能和大数据分析技术，实时监测、分析和优化气化系统的运行，从而提高能效和性能稳定性。再有就是，一些新材料的应用，比如高效的余热利用材料和隔热材料，以减少能量损失和提高传热效率。这些先进技术的探索和应用，将不断推动LNG液货船气化系统能效优化的发展，为我国船舶行业的可持续发展作出积极贡献。

3.3气化系统节能减排的研究现状

一是针对传统气化系统的研究，通过优化气化过程、改进传热方式、减少泵阀功耗等多种不同的手段，提高能源利用效率，降低能量损失和二氧化碳排放。二是持续探索新型气化系统，如气化器结构优化、气液相变储能系统的应用等等，以提高气化效率和节能减排效果。三是大力应用废热回收技术，如余热锅炉、烟气余热回收等，将废热能转化为可再利用的能源，提高能效和减少排放。四是应用先进控制策略和智能化系统，精确控制气化过程，实现最优化运行，减少能耗和排放。五是不断引入新材料和新技术，比如高效换热材料、新型催化剂等，提高传热效率、降低气化温度，减少能耗和排放。  

4结语

总之，LNG液货船的气化系统能效优化是一个重要课题，通过应用先进技术和研究新型气化系统，可以有效提高能源利用效率，降低能耗，减少二氧化碳排放。此外，废热回收和智能控制技术的应用也将推动船舶行业的能效提升。未来相关企业和人员需对其加以重视，不断探索创新，持续促进LNG液货船气化系统的能效优化，推动我国船舶行业的绿色可持续发展。

参考文献

[1]刁峰.船舶能效设计指数与最小装机功率第一层次评估分析[J].船海工程,2015(4):41-43..

[2]广州船舶及海洋工程设计研究院(中国船舶工业集团公司第六0五研究院). 一种船舶LNG气化系统:CN202210212106.2[P]. 2022-07-01.

陈兴长，男，生于1984年，汉族，浙江松阳人，本科，工程师