一種基于TRIZ理論改進(jìn)的高壓主機LNG燃料供氣系統(tǒng)

1 項目背景

1.1 項目改進(jìn)前情況

燃料艙布置在生活樓下方，燃料準(zhǔn)備間布置于臨近機艙區(qū)域。燃料艙內(nèi)設(shè)置的高壓燃料泵將高壓LNG駁運至位于機艙附近的燃料準(zhǔn)備間內(nèi)，經(jīng)燃料準(zhǔn)備間內(nèi)的高壓蒸發(fā)器將高壓LNG處理為高壓燃?xì)夂蠊┙o機艙內(nèi)的主機。

主甲板布置高壓LNG管路。

1.2 項目存在的問題

布置高壓LNG管路于主甲板上，存在一定的安全隱患，且超低溫管路可能存在保溫缺陷，導(dǎo)致附近存在人員凍傷等隱患。

1.3 常規(guī)解決途徑及問題

甲板部分的燃料管路采用全部焊接型式，并加強管路的絕緣措施。

該方案不僅增加了施工成本，增加絕緣措施增加了造船成本，且絕緣的維護(hù)增加了船舶的日常維護(hù)成本。

2 應(yīng)用TRIZ方法創(chuàng)新過程

2.1 分析問題—系統(tǒng)功能分析

系統(tǒng)名稱：高壓主機LNG燃料供氣系統(tǒng)

主要功能：移動HP NG

存在的問題：系統(tǒng)中由主甲板固定的HP LNG管路對HP LNG的引導(dǎo)功能和對兩端設(shè)備連接功能不足，導(dǎo)致內(nèi)部低溫HP LNG泄漏，對人員造成傷害。

根據(jù)系統(tǒng)功能分析圖，確定要解決的問題功能：

解決HP LNG管路有泄漏并對人員造成傷害隱患的問題。

2.2 分析問題—因果鏈分析

末端原因中 1.2 HP LNG溫度低和1.1.2.1 HP LNG壓力高，屬于LNG的物理極限，1.1.1.2 人員通道在主甲板和1.1.1.1.3 I.G.F規(guī)范要求屬于法規(guī)限制。1.1.1.1.2 LNG布置在生活樓區(qū)域，屬于設(shè)計要求限制。

因果鏈分析最終確定的根本原因：

（一）1.1.2.2 管路強度低

（二）1.1.1.1 HP LNG管路布置在主甲板

（三）1.1.1.1.1 HP蒸發(fā)器布置在機艙區(qū)域

2.3 分析問題——最終理想解

1. 設(shè)計的最終目的是什么？

將LP LNG轉(zhuǎn)化成HP NG輸送至機艙

2. IFR是什么？

LP LNG自己轉(zhuǎn)化成HP NG并自己進(jìn)入機艙

3. 達(dá)到IFR的障礙是什么？

存儲狀態(tài)的LP LNG需要經(jīng)過加壓轉(zhuǎn)化為HP LNG再進(jìn)入蒸發(fā)器加熱，才能轉(zhuǎn)化成HP NG;LNG燃料艙與蒸發(fā)器距離較遠(yuǎn)。

4. 出現(xiàn)這種障礙的結(jié)果是什么？

由于存儲狀態(tài)的LP LNG壓力低，使用高壓泵將LP LNG加壓。由于蒸發(fā)器與高壓泵距離遠(yuǎn)，需要通過甲板上的管路將HP LNG從高壓泵輸送至蒸發(fā)器。

5. 不出現(xiàn)這種障礙的條件是什么？

LP LNG轉(zhuǎn)化為HP NG過程中不產(chǎn)生HP LNG。

6. 創(chuàng)造這些條件可用的資源是什么？

LP LNG，高壓泵，HP蒸發(fā)器，管路，主甲板，船體空間。

2.4 分析問題——資源分析

2.5 求解問題——系統(tǒng)裁剪

系統(tǒng)中存在問題的組件：HP LNG管路，但由于HP LNG是本項目必須產(chǎn)生的產(chǎn)物，所以HP LNG管路必須存在。

根據(jù)因果鏈分析中得到的根本原因，向上一級求解，即解決HP LNG管路布置在主甲板的問題，裁剪超系統(tǒng)組件主甲板，其對HP LNG管路的支撐功能由X組件替代，根據(jù)資源分析的結(jié)果，向系統(tǒng)內(nèi)的空間資源中尋求替代組件：燃料準(zhǔn)備間;由于HP LNG管路僅布置在燃料準(zhǔn)備間中，HP LNG只能在燃料準(zhǔn)備間中生成，所以將高壓泵也移至燃料準(zhǔn)備間，其移動LP LNG的功能由X組件替代，根據(jù)資源分析的結(jié)果，引入新的能量資源：電動低壓燃料泵。

解決方案（一）：

將HP LNG管路移至燃料準(zhǔn)備間中。燃料艙內(nèi)布置低壓燃料泵，低壓燃料泵將燃料艙內(nèi)的LP LNG駁運至燃料準(zhǔn)備間，準(zhǔn)備間內(nèi)的高壓燃料泵再將LP LNG加壓為HP LNG，通過準(zhǔn)備間中的HP LNG管路運輸至HP蒸發(fā)器。

新的系統(tǒng)功能圖：

2.6 求解問題—技術(shù)矛盾分析

本項目中為了改善系統(tǒng)中高壓LNG管路存在可能的泄漏隱患，且超低溫管路可能存在保溫缺陷，導(dǎo)致附近存在人員凍傷等缺陷（改善的參數(shù)：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，并加強管路的絕緣措施，這樣設(shè)計不僅增加了施工成本，增加絕緣措施增加了造船成本，且絕緣的維護(hù)增加了船舶的日常維護(hù)成本（惡化的參數(shù)：系統(tǒng)的復(fù)雜性）。

查找矛盾矩陣表：

對應(yīng)的40條發(fā)明原理中：

13：反向作用原理

35：物理或化學(xué)參數(shù)改變原理

1：分割原理

經(jīng)過發(fā)明原理的運用，根據(jù)35號原理，改變甲板上燃料管路中HP LNG的聚集態(tài)，將液態(tài)的HP LNG在燃料艙附近就氣化為氣態(tài)的HP NG。

解決方案（二）

將燃料準(zhǔn)備間移至燃料艙上方，LNG高壓泵布置在燃料艙內(nèi)，將HP LNG通過布置在燃料艙隔間內(nèi)的HP LNG駁運至燃料艙上方的準(zhǔn)備間內(nèi)，通過準(zhǔn)備間內(nèi)的HP蒸發(fā)器氣化為HP NG，再通過主甲板上的HP NG管路輸送至機艙。

2.7 .方案評價

方案一，布置低壓液體（LP LNG）管路于主甲板區(qū)域，降低了高壓LNG 布置于主甲板泄露導(dǎo)致的安全隱患，降低了操作風(fēng)險。但是LP LNG管路與高壓管路相比，管徑增大，占用過多主甲板空間，影響人員通道和其他設(shè)備的布置。且該方案增加了一套低壓泵，加大了供氣系統(tǒng)成本。

方案二，布置高壓氣體（HP NG）管路于主甲板半圍蔽區(qū)域，將燃料準(zhǔn)備間集成到燃料艙區(qū)域，有利于艙容的最大利用。但該方案犧牲了部分燃料艙艙容，對船舶續(xù)航力有一定影響。

經(jīng)過評估，選擇解決方案（二）為優(yōu)選方案。

3 項目改進(jìn)效果

3.1 項目改進(jìn)實施情況

集團(tuán)自立科研項目LNG動力22000TEU級集裝箱船研發(fā)、營銷項目LNG動力23000TEU級集裝箱船，使用了TRIZ理論對高壓主機LNG燃料供氣系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。

3.2 項目改進(jìn)后效果情況

使用新的LNG燃料供氣系統(tǒng)方案后，船型裝箱量明顯提高、安全性得到保證，成本得到有效控制，方案整體經(jīng)濟(jì)性良好。

3.3 項目改進(jìn)后推廣情況

經(jīng)過技術(shù)研究對成型的技術(shù)方案進(jìn)行推廣，目前已經(jīng)廣泛推廣至集團(tuán)正在進(jìn)行的科研、營銷項目中。

4 專利情況

申請了三項發(fā)明專利

責(zé)編/李曼