一种基于TRIZ理论改进的高压主机LNG燃料供气系统

1项目背景

1.1项目改进前的情况

燃料罐布置在生活楼的下方，燃料制备室布置在靠近机舱的区域。安装在燃料舱内的高压燃料泵将高压LNG输送到机舱附近的燃料准备室，高压LNG在燃料准备室被高压蒸发器处理成高压气体后供给机舱内的主机。

主甲板上装有高压液化天然气管道。

1.2项目存在的问题

高压LNG管线在主甲板上的布置存在一定的安全隐患，超低温管线可能存在保温缺陷，导致附近人员冻伤等隐患。

1.3常规解决方案和问题

甲板上部分燃油管线全部焊接，并加强了管线的保温措施。

这种方案不仅增加了建造成本，而且通过增加保温措施增加了造船成本，保温的维护增加了船舶的日常维护成本。

2 TRIZ方法的创新过程

2.1问题分析-系统功能分析

系统名称:高压主机LNG燃料气供应系统

主要功能:移动惠普NG

存在的问题:系统中固定在主甲板上的高压液化天然气管道对高压液化天然气的引导功能和对两端设备的连接功能不足，导致内部低温高压液化天然气泄漏，造成人员伤害。

根据系统功能分析图，确定要解决的问题功能:

解决高压液化天然气管道泄漏和潜在的人员伤害问题。

2.2问题分析——因果链分析

在码头原因中，1.2 HP LNG的低温和1.1.2.1 HP LNG的高压属于LNG的物理极限，主甲板和1.1.1.2人员通道1.1.1.1.3 I.G.F的要求受到法律法规的限制。1.1.1.1.2 LNG布置在生活区，受设计要求限制。

通过因果链分析最终确定的根本原因:

(一)1.1.2.2管道强度低。

(2)1.1.1.1高压液化天然气管道布置在主甲板上。

(3) 1.1.1.1.1高压蒸发器布置在机舱区域。

2.3分析问题——最终的理想解决方案

1.设计的最终目的是什么？

LP LNG被转换成HP NG并被运输到机舱。

2.什么是IFR？

Lp自己转换成HP NG，自己进入机舱。

3.实现IFR的障碍是什么？

储存的LP LNG需要加压并转换成HP LNG，然后在蒸发器中加热，然后才能转换成HP NG。LNG燃料箱远离蒸发器。

4.这个障碍的结果是什么？

由于储存状态下的LP LNG压力较低，因此使用高压泵对LP LNG进行加压。由于蒸发器远离高压泵，需要通过甲板上的管道将高压LNG从高压泵输送到蒸发器。

5.没有这种障碍的条件是什么？

高压液化天然气不是在将低压液化天然气转化为高压天然气的过程中产生的。

6.有哪些资源可以创造这些条件？

低压LNG高压泵、高压蒸发器、管线、主甲板、船体空室。

2.4问题分析——资源分析

2.5解决问题-系统切割

系统有问题的部件:HP LNG管道，但是由于HP LNG是这个项目必须生产的产品，所以HP LNG管道必须存在。

根据因果链分析得到的根本原因，在下一个更高层次上求解，即解决高压LNG管道布置在主甲板上的问题，切出超系统部件的主甲板，用X部件代替其对高压LNG管道的支撑功能。根据资源分析的结果，从system 空:燃料准备室的资源中找到替换组件；由于高压液化天然气管道仅布置在燃料制备室，高压液化天然气只能在燃料制备室生成，因此高压泵也移至燃料制备室，其移动低压液化天然气的功能由X部件替代。根据资源分析的结果，介绍了一种新能源:电动低压燃油泵。

解决方案(1):

将高压液化天然气管道移至燃料准备室。低压燃料泵布置在燃料舱中，将燃料舱中的LP LNG输送到燃料制备室，制备室中的高压燃料泵将LP LNG加压成HP LNG，通过制备室中的HP LNG管道输送到HP蒸发器。

新系统功能图:

2.6问题解决-技术矛盾分析

在本项目中，为了改善系统中高压LNG管道的潜在泄漏，以及超低温管道可能存在保温缺陷，导致附近出现冻伤等缺陷(改善参数:可靠性)，通常的做法是在甲板上采用所有焊接燃油管道，并加强管道的保温措施。这种设计不仅增加了建造成本，而且通过增加保温措施增加了造船成本，通过保温维护增加了船舶的日常维护成本(劣化参数:系统的复杂性)。

查矛盾矩阵表:

在相应的40个发明原理中:

3.反向作用原理

35:改变物理或化学参数的原理

1.分割的原则

通过应用本发明的原理，根据35号原理，改变甲板上燃油管路中高压Lng的聚集状态，液态高压LNG在燃油箱附近气化成气态高压NG。

解决方案(2)

将燃料制备室移至燃料箱上方，LNG高压泵布置在燃料箱内。高压LNG通过布置在燃油舱的高压LNG输送到燃油舱上方的准备室，在准备室被高压蒸发器汽化成高压天然气，然后通过主甲板上的高压天然气管道输送到机舱。

2.7.方案评鉴

方案一，低压液体(LP LNG)管道布置在主甲板区域，减少了布置在主甲板的高压LNG泄漏带来的安全隐患，降低了运营风险。但与高压管线相比，LP LNG管线直径增大，占用主甲板房间过多空，影响人员通道等设备的布置。此外，本方案增加了一套低压泵，增加了供气系统的成本。

方案二:在主甲板半封闭区域布置高压气体(HP NG)管道，将燃料制备室整合到燃料舱区域，有利于最大限度利用舱容。但这种方案牺牲了一部分油箱容量，对舰艇的续航能力有一定影响。

经过评估，第二个解决方案被选为首选方案。

3项目改进效果

3.1项目改进的实施

本集团自主研发项目“LNG动力22000TEU级集装箱船”和“LNG动力23000TEU级集装箱船”的研发和营销项目，运用TRIZ理论对高压主机LNG燃料供给系统进行了改进。

3.2改进项目的效果

采用新的LNG燃料气供应系统方案后，船舶装箱能力明显提高，安全性得到保障，成本得到有效控制，方案总体经济性良好。

3.3改进项目的推广

经过技术攻关，形成的技术方案已经推广，并广泛推广到集团正在进行的科研和市场推广项目中。

4专利信息

申请了三项发明专利。

编辑/李曼