一种基于TRIZ理论改进的高压主机LNG燃料供气系统

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　　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
　　责编/李曼
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