CN110023188A - 切换船舶燃料油的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种船舶燃料油切换系统，所述船舶燃料油切换系统用于将已用作发动机的燃料的一种类型的燃料油切换为作为发动机的燃料的另一种类型的燃料油。所述船舶燃料油切换系统：供应部，用于供应燃料油；循环部，用于从所述供应部接收燃料油并使所述燃料油循环；以及控制部，用于控制所述供应部及所述循环部。所述供应部包括用于存储不同类型的燃料油的多个油箱。所述发动机从所述循环部接收燃料油。在被所述发动机使用之后残留的燃料油通过所述循环部进行再循环。所述控制部控制从所述多个油箱中的每一者排放出的燃料油的流速，从而调整被送到所述发动机的燃料油的混合比。

Description

切换船舶燃料油的系统及方法
技术领域
本发明涉及一种能够在不同类型的燃料油之间转换发动机用燃料的船舶燃料油转换系统及方法。
背景技术
可用作船用发动机燃料的燃料油的实例包括HFO(heavy fuel oil)、MGO(marinegas oil)及MDO(marine diesel oil)。
HFO是从原油中提取汽油、煤油、轻油等之后得到的深褐色粘性油，且是以液体形式得到的最稠密的石油产品。由于HFO的闪点约为40度、比煤油、轻油、特别是汽油更难蒸发且粘度为180到700cSt，因此必需加热到100到140度的温度以其的粘度调整到为发动机所需粘度水平的10到25cSt。此外，由于HFO含有水、异物及固体，因此在将HFO供应到船用发动机之前需要通过净化器来清洁。
MGO及MDO是品质比HFO高的船用燃料油，且根据残留物的存在与否及硫含量进行分类。MGO及MDO因其低粘度而不需要任何单独的加热器以被调整到发动机所需的粘度水平，具有高的热值并且没有残留物。另外，MGO及MDO硫含量比HFO低得多，而硫会生成氧化硫(SOx)，因此在氧化硫排放控制区航行或进入氧化硫排放控制区内的港口的船舶需要使用MGO或MDO作为发动机的燃料。然而，MGO及MDO比HFO更昂贵且粘度常常低于发动机要求的最低水平，因此需要一种冷却装置来增加粘度。
发明内容
技术问题
由于例如HFO、MGO及MDO等燃料油产品具有不同的化学及物理特性且价格上也不同，因此有必要根据船舶的运行条件恰当改变向发动机供应的燃料油的种类。
当通过混合工艺在具有不同温度的不同类型的燃料油之间转换发动机的燃料时，必需将向发动机供应的燃料油掺合物的粘度保持在满足发动机所需的粘度水平的一定范围内，同时保持燃料油掺合物的温度变化速率小于或等于每分钟预定值，以防止损坏发动机及各种相关装置。如果燃料油掺合物因掺合比不正确而发生突然的温度变化，那么发动机及各种相关装置可能会遭受迅速的热膨胀或热收缩，从而对发动机及各种相关装置造成例如泄漏、润滑功能丧失及磨损等损害。
在较长的一段时间内逐步转换燃料可防止燃料油掺合物的突然的温度变化。然而，随着转换时间增加，对昂贵的MGO或MDO的消耗量将增加，从而造成经济损失。
本发明旨在提供一种可在不影响船舶的运行速度以及发动机及各种相关装置的性能及寿命的情况下使燃料成本最小化的船舶燃料油切换系统及方法。
技术解决方案
根据本发明的一个方面，提供一种用于在不同类型的燃料油之间切换发动机用船舶燃料油的系统，所述系统包括：供应单元，供应燃料油；循环单元，使从所述供应单元接收的所述燃料油循环；以及控制器，控制所述供应单元及所述循环单元，其中所述供应单元包括分别存储所述不同类型的燃料油的多个油箱；所述发动机从所述循环单元接收所述燃料油；在使用后残留在所述发动机中的所述燃料油通过所述循环单元再循环；且所述控制器通过控制从所述多个油箱排放出的所述不同类型的燃料油的流速来调节待被送到所述发动机的所述燃料油的掺合比。
所述供应单元还可包括：多条排放管线，通过所述多条排放管线从所述多个油箱排放相应的所述不同类型的燃料油；以及分别设置在所述多条排放管线上的多个控制阀，且所述控制器可通过调整所述多个控制阀的开口率来调节所述燃料油的所述掺合比。
所述供应单元还可包括第一流量计，所述第一流量计测量待被送到所述循环单元的所述燃料油的流速。
所述第一流量计可指示等于所述发动机每小时的燃料油消耗量的流速。
所述供应单元还可包括分别设置在所述多条排放管线上的多个止回阀。
所述循环单元还可包括循环泵，所述循环泵对所述燃料油进行加压及循环。
所述循环泵可将通过所述循环单元循环的所述燃料油的压力保持在8到10bar。
通过所述循环单元循环的所述燃料油的流速可对应于所述发动机的最大燃料消耗量的约三倍。
所述控制器可包括比率计算单元；所述循环单元还可包括第一温度传感器及粘度传感器，所述第一温度传感器测量待被供应到所述发动机的所述燃料油的温度，所述粘度传感器测量待被供应到所述发动机的所述燃料油的粘度；由所述第一温度传感器测得的所述燃料油的温度值以及由所述粘度传感器测得的所述燃料油的粘度值可被传送到所述比率计算单元；且所述比率计算单元可计算通过所述循环单元循环的所述燃料油中所述不同类型的燃料油的掺合比。
所述比率计算单元可根据以下方程式得到粘度掺合指数(VBI)，"VBI＝14.534×ln(ln(v+0.8))+10.975"，其中v表示通过所述循环单元循环的所述燃料油的每一组分以cSt为单位的粘度，并可根据以下方程式得到w_A及w_B，"VBI_blend＝(w_A×VBI_A)+(w_B×VBI_B)"，其中w_A表示燃料油掺合物中组分A的重量比例且各组分的重量比例(w)是在给定温度下确定的，"v_blend＝{exp(exp(VBI_blend-10.975)÷14.534}-0.8"，其中v_blend表示所述燃料油掺合物的粘度。
所述控制器还可包括集成自动化系统，其中所述集成自动化系统可从所述比率计算单元接收：由所述比率计算单元计算的所述燃料油的所述掺合比的值；从所述第一温度传感器传送到所述比率计算单元的所述燃料油的所述温度值；以及从所述粘度传感器传送到所述比率计算单元的所述燃料油的所述粘度值。
所述集成自动化系统可调节所述燃料油的所述温度及掺合比使得从所述比率计算单元接收的所述燃料油的所述粘度值满足所述发动机所需的粘度水平，可基于由所述第一温度传感器测得且从所述比率计算单元接收的所述温度值而接收对所述燃料油的经调节的所述温度的反馈，并可基于由所述粘度传感器测得且从所述比率计算单元接收的所述粘度值而接收对所述燃料油的经调节的所述掺合比的反馈。
所述循环单元还可包括加热器，其中当通过所述循环单元循环的所述燃料油的粘度高于所述发动机所需的粘度水平时，所述加热器可对所述燃料油进行加热。
所述循环单元还可包括冷却器，其中当通过所述循环单元循环的所述燃料油的粘度低于所述发动机所需的粘度水平时，所述冷却器可对所述燃料油进行冷却。
所述循环单元还可包括设置在所述发动机下游的燃料油管道，以临时存储在使用后残留在所述发动机中的所述燃料油。
根据本发明的另一方面，提供一种用于在不同类型的燃料油之间切换发动机用燃料的方法，所述方法包括以下步骤：1)通过完全打开到100％的供应第二类型的燃料油的第二控制阀并关闭到0％的供应第一类型的燃料油的第一控制阀而仅向所述发动机供应所述第二类型的燃料油；2)通过比率计算单元计算待被供应到所述发动机的燃料油中所述不同类型的燃料油的掺合比；3)接收来自用户的燃料油转换信号；4)逐渐打开所述第一控制阀，使得所述第一类型的燃料油以每小时流速的预定变化速率渐增排放出；5)在所述第一控制阀被打开到100％时，逐渐关闭所述第二控制阀，使得所述第二类型的燃料油以每小时流速的预定变化速率渐减排放出；以及6)当所述第二控制阀被关闭到0％且由所述比率计算单元计算的所述第一类型的燃料油的比例大于或等于预定值时，确定已完成燃料油转换。
所述比率计算单元可利用所述燃料油的温度及粘度作为变量来计算待被供应到所述发动机的燃料油的掺合比。
当在步骤3)中从所述用户接收到所述燃料油转换信号时，可自动设定待被供应到所述发动机的燃料油的粘度，且在步骤6)中确定已完成燃料油转换时，可自动设定待被供应到所述发动机的所述燃料油的所述粘度。
根据本发明的又一方面，提供一种用于在第一类型的燃料油与第二类型的燃料油之间切换供应到船用发动机的燃料油的方法，其中所述第一类型的燃料油具有与所述第二类型的燃料油的粘度不同的粘度，且对所述第一类型的燃料油的流速及所述第二类型的燃料油的流速进行控制，使得将所述第一类型的燃料油与所述第二类型的燃料油混合并将燃料油掺合物送到所述发动机所需的时间小于或等于预定值且在将所述第一类型的燃料油与所述第二类型的燃料油混合时的温度变化小于或等于预定值。
当仅向所述发动机供应所述第一燃料油时，可使所述第二类型的燃料油的馈送率增加直到所述第二类型的燃料油的所述馈送率达到其最大值，然后降低所述第一类型的燃料油的馈送率，使得仅向所述发动机供应所述第二类型的燃料油。
可通过利用所述燃料油的粘度及温度作为变量来计算待被供应到所述发动机的燃料油的掺合比而接收对流速控制的反馈。
有利效果
本发明提供了一种船舶燃料油切换系统及方法，所述船舶燃料油切换系统及方法能够准确地预测何时完成燃料油转换，从而准确地确定船舶何时能够进入氧化硫排放控制区。此外，所述船舶燃料油切换系统能够确保完成燃料油转换，从而满足氧化硫排放控制区中的排放规定。
此外，根据本发明的船舶燃料油切换系统及方法能够使燃料油转换时间最小化以使相对昂贵的MGO或MDO的使用最小化，从而降低燃料成本。
此外，根据本发明的船舶燃料油切换系统及方法能够满足各装置所需的每分钟的温度变化及燃料油的粘度，从而使对各装置的损害最小化。此外，可自动执行燃料油转换工艺，从而在提高精度的同时节省人工成本。
此外，根据本发明的船舶燃料油切换系统及方法可通过包括在燃料油的转换期间保护各装置的安全装置而提高运行安全性。
附图说明
图1是根据本发明第一示例性实施例的船舶燃料油切换系统的示意图。
图2是根据本发明第二示例性实施例的船舶燃料油切换系统的示意图。
图3是根据本发明第三示例性实施例的船舶燃料油切换系统的示意图。
具体实施方式
以下将结合附图描述本发明的实施例。根据本发明的船舶燃料油切换系统及方法可应用于各种船舶，例如液化天然气运输船、以液化天然气为燃料的船舶、钻井船及近海结构。此外，根据本发明的船舶燃料油切换系统及方法可应用于能够利用不同类型的燃料油运行的任何发动机。应理解，本发明可以不同方式实施，且并不限于以下实施例。
图1是根据本发明第一示例性实施例的船舶燃料油切换系统的示意图。
参照图1，根据本实施例的船舶燃料油切换系统包括供应单元(100)、循环单元(200)及控制器(300)。
在本实施例中，供应单元(100)包括多个油箱(T1、T2)、多个控制阀(V11、V12)以及供应泵(110)，并将存储在所述多个油箱(T1、T2)中的燃料油送到循环单元(200)。
在本实施例中，所述多个油箱(T1、T2)存储不同类型的燃料油。在本实施例中，所述多个油箱(T1、T2)中的每一者可以是HFO供给油箱(HFO service tank)、HFO沉淀油箱(HFO settling tank)、HFO油舱油箱(HFO bunker tank)、MDO供给油箱(MDO servicetank)、MDO存储油箱(MDO storage tank)、MGO供给油箱(MGO service tank)及MGO存储油箱(MGO storage tank)中的任一者。
在供不同类型的燃料油从所述多个油箱(T1、T2)排放出的相应排放管线(L1、L2)上可设置紧急关断阀(V41、V42)。在本实施例中，紧急关断阀(V41、V42)通过气压或液压进行通断控制，且当发生火灾时用于关断燃料油的供应从而防止火灾蔓延。
在本实施例中，将在假设供应单元包括两个油箱(T1、T2)的情况下来阐述本发明，其中第一油箱(T1)存储MGO且第二油箱(T2)存储HFO。
在本实施例中，所述多个控制阀(V11、V12)分别设置在供不同类型的燃料油从所述多个油箱(T1、T2)排放出的所述多条排放管线(L1、L2)上。当根据本实施例的供应单元包括两个油箱(T1、T2)时，第一控制阀(V11)设置在供第一类型的燃料油从第一油箱(T1)排放出的第一排放管线(L1)上，且第二控制阀(V12)设置在供第二类型的燃料油从第二油箱(T2)排放出的第二排放管线(L2)上。
在本实施例中，通过以下阐述的控制器(300)的集成自动化系统(IAS；integratedautomation system，320)控制所述多个控制阀(V11、V12)的开口率，以调节从所述多个油箱(T1、T2)供应到供应泵(110)的不同类型的燃料油的各自的流速。在本实施例中，所述多个控制阀(V11、V12)可被配置成在平时由集成自动化系统(320)自动控制开口率而在紧急情况下手动操作。
在本实施例中，供应泵(110)增加从所述多个油箱(T1、T2)排放的燃料油的压力以将燃料油供应到循环单元(200)，并且可包括并联连接的多个供应泵。分别从所述多个油箱(T1、T2)排放出的不同类型的燃料油在被供应到供应泵(110)之前被混合在一起。
当根据本实施例的供应单元包括存储MGO的第一油箱(T1)及存储HFO的第二油箱(T2)时，将MGO从第一油箱(T1)递送到供应泵(110)的第一排放管线(L1)及将HFO从第二油箱(T2)递送到供应泵(110)的第二排放管线(L2)在供应泵(110)的上游彼此接合，使得从第一油箱(T1)排放的MGO与从第二油箱(T2)排放的HFO在被供应到供应泵(110)之前在供应泵(110)的上游被混合在一起。
在本实施例中，供应单元(100)还可包括在供应泵(110)的下游产生分支并在供应泵(110)的上游接合的回流管线(L3)。在本实施例中，由供应泵(110)加压的超出发动机(E)所需的燃料油通过回流管线(L3)返回到供应泵(110)的上游。在回流管线(L3)上可设置控制流体的流速及通断的第一阀(V31)。
在本实施例中，供应单元(100)还可包括设置在供应泵(110)下游的第一流量计(120)。在本实施例中，第一流量计(120)测量燃料油的流速，所述燃料油是分别从所述多个油箱(T1、T2)排放出以由供应泵(110)供应到循环单元(200)的不同类型的燃料油的掺合物。在本实施例中，可将由第一流量计(120)测得的流速值传送到集成自动化系统(320)。
循环单元(200)将燃料油掺合物循环到发动机(E)，且供应单元(100)向循环单元(200)再供应与发动机(E)所消耗的燃料油量相同的燃料油量。因此，可操作所述系统使得第一流量计(120)指示等于发动机(E)每小时的燃料油消耗量的流速。因此，如果第一流量计(120)指示的流速低于或高于发动机(E)每小时的燃料油消耗量，那么可确定所述系统发生故障。
在本实施例中，供应单元(100)还可包括多个止回阀(V21、V22)，分别设置在供不同类型的燃料油从所述多个油箱(T1、T2)排放出的所述多条排放管线(L1、L2)上。当根据本实施例的供应单元包括两个油箱(T1、T2)时，第一止回阀(V21)设置在供第一类型的燃料油从第一油箱(T1)排放出的第一排放管线(L1)上，且第二止回线(V22)设置在供第二类型的燃料油从第二油箱(T2)排放出的第二排放管线(L2)上。
当所述多个控制阀(V11、V12)都可被打开时，存在从一个油箱排放的燃料油流入另一个油箱的可能性。举例来说，当根据本实施例的供应单元包括存储MGO的第一油箱(T1)及存储HFO的第二油箱(T2)时，第一控制阀(V11)及第二控制阀(V12)两者在燃料油转换期间都被打开，由此从第一油箱(T1)排放的MGO的一部分可通过第一控制阀(V11)及第二控制阀(V12)流入第二油箱(T2)中，或者从第二油箱(T2)排放的HFO的一部分可通过第二控制阀(V12)及第一控制阀(V11)流入第一油箱(T1)中。
根据本发明，通过利用所述多个止回阀(V21、V22)，可防止从一个油箱排放的燃料油流入另一个油箱中，从而防止不同类型的燃料油在每个油箱(T1、T2)中混合。
在本实施例中，循环单元(200)包括循环泵(210)、第一温度传感器(241)及粘度传感器(230)，并使从供应单元(100)供应的燃料油循环以将所述燃料油供应到发动机(E)。
在本实施例中，循环泵(210)增加从供应单元(100)向循环单元200供应的燃料油的压力以使所述燃料油循环，并且可包括并联连接的多个循环泵。在本实施例中，循环单元(200)优选地通过由循环泵(210)加压而保持在约8到10bar的压力下。
在将具有低粘度的HFO用作发动机(E)的燃料时，可能需要对HFO进行加热以将HFO的粘度调整到发动机(E)所需的水平。对HFO进行加热可蒸发HFO中含有的例如有机化合物、水等杂质，所述杂质可损坏泵并干扰将燃料油注入到发动机(E)中。
在根据本实施例的船舶燃料油切换系统中，因为对HFO的加热是在增加压力之后进行的，所以HFO中含有的杂质的压力且因此沸点也可增加，从而防止杂质的蒸发。举例来说，将HFO加压到约7bar可即使在HFO被加热到约130℃时仍能防止HFO中含有的水蒸发，因为水的沸点约为170℃。
在本实施例中，通过循环单元(200)循环的燃料油被供应到发动机(E)用作燃料，且在使用后残留在发动机(E)中的燃料油从发动机(E)排放出以通过循环单元(200)再循环。供应单元(100)向循环单元(200)供应与发动机(E)所消耗的燃料油量相同的燃料油量，使得通过循环单元(200)循环的燃料油的流速可以是恒定的或平均的。在本实施例中，通过循环单元(200)循环的燃料油的流速优选地对应于发动机(E)的最大燃料消耗量的约三倍。
在本实施例中，第一温度传感器(241)测量待被供应到发动机(E)的燃料油的温度，并且由第一温度传感器(241)测得的燃料油的温度值被传送到比率计算单元(310)。
在本实施例中，粘度传感器(230)测量待被供应到发动机(E)的燃料油的粘度，并且由粘度传感器(230)测得的燃料油的粘度值被传送到比率计算单元(310)。
在本实施例中，循环单元(200)还可包括对通过循环单元(200)循环的燃料油进行加热的加热器(220)。在本实施例中，当通过循环单元(200)循环的燃料油的粘度高于发动机(E)所需的粘度水平时，加热器(220)对燃料油进行加热以降低燃料油的粘度。在本实施例中，加热器(220)可使用蒸汽或电力作为加热源，当加热器(220)使用蒸汽作为加热源时，加热器(220)可连接到调节蒸汽的流速及通断的蒸汽控制阀(V52)。
发动机(E)可需要大约10到25cSt的粘度水平。尽管一般来说HFO需要被加热以满足发动机(E)所需的粘度水平，但MGO或MDO通常不需要任何额外的加热过程即可满足发动机(E)所需的粘度水平。因此，在本实施例中，尤其是在发动机(E)仅使用HFO作为燃料或在发动机使用HFO与不同类型的燃料油的混合物作为燃料时使用加热器(220)。
在本实施例中，循环单元(200)还可包括与加热器(220)并联连接的第二阀(V32)。当燃料油不需要被加热器(220)加热且因此绕过加热器(220)时，打开第二阀(V32)。举例来说，MGO及MDO具有低粘度且因此可能不被加热器(220)加热。
在本实施例中，循环单元(200)还可包括对通过循环单元(200)循环的燃料油进行冷却的冷却器(250)。在本实施例中，当通过循环单元(200)循环的燃料油的粘度低于发动机(E)所需的粘度水平时，冷却器(250)对燃料油进行冷却以增加燃料油的粘度。冷却器(250)可使用冷却水等作为制冷剂来冷却燃料油，其中根据本实施例的船舶燃料油切换系统可包括用于降低制冷剂的温度的单独的冷却装置。具体来说，由于发动机(E)可能需要约10到25cSt的粘度水平，因此在将MGO供应到发动机(E)之前，需要通过冷却器(250)进行冷却来增加粘度。
在本实施例中，可在用于将从供应单元(100)供应到循环单元(200)的燃料油递送到冷却器(250)的管线上设置三通阀(V60)，三通阀(V60)可将燃料油分成两个流，一个流将被送到冷却器(250)，而另一个流将绕过冷却器(250)被直接送到发动机(E)。
在本实施例中，在用于将通过三通阀(V60)分流的燃料油流送到冷却器(250)的管线上，可设置第三阀(V33)以控制燃料油流的流速及通断。此外，在供由冷却器(250)冷却的燃料油流从冷却器(250)排放出的管线上，可设置第三止回阀(V23)以防止燃料油流回流。
在本实施例中，由冷却器(250)冷却且已被从冷却器(250)排放出的燃料油流可在与由三通阀(V60)分流并已绕过冷却器(250)的另一燃料油流接合后被送到发动机(E)。
在本实施例中，循环单元(200)还可包括设置在发动机(E)的下游的燃料油管道(240)，以暂时存储在使用后残留在发动机(E)中的燃料油并将残留的燃料油供应到循环泵(210)。
在本实施例中，控制器(300)包括比率计算单元(310)及集成自动化系统(320)，并控制供应单元(100)及循环单元(200)。
在本实施例中，比率计算单元(310)计算通过循环单元(200)循环的燃料油中不同类型的燃料油的掺合比。由比率计算单元(310)计算掺合比的过程如下：
首先，可根据以下进一步阐述的方程式得到燃料油掺合物中含有的各组分的随温度变化的粘度。对于单组分燃料油来说，可直接根据以下方程式得到粘度。在此方程式中，v表示粘度且T表示温度。
[方程式1]
log(log(v+0.7))＝X-{Y×log(T+273.15)}
在上述方程式中，X及Y是依据燃料油类型的值并根据以下方程式得到。在此方程式中，V1表示在燃料油温度T1下的粘度，且V2是在燃料油温度T2下的粘度。
[方程式2]
X＝log(log(V2+0.7))+B×log(T2)
Y＝{log(log(V2+0.7))-log(log(V1+0.7))}/{log(T1)-log(T2)}
此外，燃料油掺合物的粘度(v_blend)可通过以下方法得到：
首先，根据以下方程式得到燃料油掺合物中含有的各组分的粘度掺合指数(VBI；Viscosity Blending Index)。在此方程式中，v表示各组分以cSt为单位的粘度。
[方程式3]
VBI＝14.534×ln(ln(v+0.8))+10.975
然后，根据以下方程式得到燃料油掺合物的粘度掺合指数(VBI_blend)。在此方程式中，w_A表示燃料油掺合物中组分A的重量比例，且VBI_A是在第一步中得到的组分A的粘度掺合指数。此处，各组分的重量比例(w)是在给定的温度下确定的。
[方程式4]
VBI_blend＝(w_A×VBI_A)+(w_B×VBI_B)+……
对于包括两种类型的燃料油的燃料油掺合物来说，粘度掺合指数可表述如下：
[方程式5]
VBI_blend＝(w_A×VBI_A)+(w_B×VBI_B)
VBI_blend＝((1-w_B)×VBI_A)+(w_B×VBI_B)(∵w_A+w_B＝1)
另一方面，燃料油掺合物的粘度(v_blend)可表述如下：
[方程式6]
v_blend＝exp[exp{(VBI_blend-10.975)÷14.534}]-0.8
v_blend+0.8＝exp[exp{(VBI_blend-10.975)÷14.534}]
ln(v_blend+0.8)＝exp{(VBI_blend-10.975)÷14.534}
ln{ln(v_blend+0.8)}＝(VBI_blend-10.975)÷14.534
ln{ln(v_blend+0.8)}×14.534＝VBI_blend-10.975
ln{ln(v_blend+0.8)}×14.534+10.975＝VBI_blend
举例来说，当HFO与MGO以1:1的重量比混合的燃料油掺合物的温度是47.6℃时，得到的燃料油掺合物的粘度如下所示。MGO在47.6℃下的粘度为2.85cSt，且HFO在47.6℃下的粘度为245.02cSt。以下，v_MGO表示MGO的粘度，且v_HFO表示HFO的粘度。
VBI_MGO＝14.534×ln(ln(v_MGO+0.8))+10.975
＝14.534×ln(ln(2.85+0.8))+10.975＝14.7291
VBI_HFO＝14.534×ln(ln(v_HFO+0.8))+10.975
＝14.534×ln(ln(245.02+0.8))+10.975＝35.7659
VBI_blend＝(0.5×VBI_MGO)+(0.5×VBI_HFO)
＝(0.5×14.7291)+(0.5×35.7659)＝25.2475
∴v_blend＝{exp(exp(VBI_blend-10.975)÷14.534}-0.8
＝{exp(exp(25.2475-10.975)÷14.534}-0.8
＝13.6373cSt
因此，可通过将方程式5及方程式6并置如下得到w_B，从而得到燃料油掺合物中各组分的重量比。
[方程式7]
ln{ln(v_blend+0.8)}×14.534+10.975＝VBI_blend
ln{ln(v_blend+0.8)}×14.534+10.975＝((1-w_B)×VBI_A)+(w_B×VBI_B)(∵VBI_blend＝((1-w_B)×VBI_A)+(w_B×VBI_B))
ln{ln(v_blend+0.8)}×14.534+10.975＝VBI_A-(w_B×VBI_A)+(w_B×VBI_B)
ln{ln(v_blend+0.8)}×14.534+10.975＝VBI_A+w_B×(VBI_B-VBI_A)
ln{ln(v_blend+0.8)}×14.534+10.975-VBI_A＝w_B×(VBI_B-VBI_A)
∴w_B＝[ln{ln(v_blend+0.8)}×14.534+10.975-VBI_A]/(VBI_B-VBI_A)
由比率计算单元(310)执行的比率计算过程包括以下步骤：
在第一步骤中，由温度传感器(241)确定流经管的燃料油掺合物的温度，并且由粘度传感器(230)确定所述燃料油掺合物的粘度。
在第二步骤中，利用方程式1得到在第一步骤中由温度传感器(241)确定的温度(T)，确定的温度T下各组分的粘度(v)。
在第三步骤中，利用在第二步骤中得到的粘度(v)及方程式3得到各组分的粘度掺合指数(VBI)。
在第四步骤中，利用在第三步骤中得到的各组分的粘度掺合指数(VBI_A、VBI_B)及方程式5得到燃料油掺合物的粘度掺合指数(VBI_Blend)。
在第五步骤中，利用在第四步骤中得到的燃料油掺合物的粘度掺合指数(VBI_blend)及关于燃料油掺合物的粘度(v_blend)的方程式6得到各组分的重量比例(w_A、w_B)。在第一步骤中由粘度传感器(230)确定的粘度代表燃料油掺合物的粘度(v_blend)。
当在第五步骤中得到燃料油掺合物的各组分的重量比例时，可确定燃料油掺合物的各组分的掺合比。
在本实施例中，集成自动化系统(320)可基于由比率计算单元(310)计算的掺合比的值而接收通过调节所述多个控制阀(V11、V12)的开口率对燃料油的掺合比进行控制的反馈。
在本实施例中，集成自动化系统(320)从比率计算单元(310)接收：由比率计算单元(310)计算的燃料油的掺合比的值、从第一温度传感器(241)传送到比率计算单元(310)的燃料油的温度值、以及从粘度传感器(230)传送到比率计算单元(310)的燃料油的粘度值。此外，在本实施例中，集成自动化系统(320)可接收由第一流量计(120)测得的流速值。
在本实施例中，集成自动化系统(320)调节燃料油的温度及掺合比而使得从比率计算单元(310)接收的燃料油的粘度值满足发动机E所需的粘度水平，基于由第一温度传感器(241)测得且从比率计算单元(310)接收的温度值而接收对所述燃料油的经调节的温度的反馈(Feedback)，并基于由粘度传感器(230)测得且从比率计算单元(310)接收的粘度值而接收对所述燃料油的经调节的掺合比的反馈。
在本实施例中，集成自动化系统(320)通过控制所述多个控制阀(V11、V12)的开口率来调节燃料油的掺合比，举例来说当根据本实施例的循环单元(200)包括蒸汽控制阀(V52)时，通过调节蒸汽控制阀(V52)的开口率来调节燃料油的加热程度，举例来说当根据本实施例的循环单元(200)包括冷却器(250)及三通阀(V60)时，通过调节三通阀(V60)的开口率来调节燃料油的冷却程度。
根据本实施例的船舶燃料油切换系统还可包括蒸汽追踪阀(steam tracingvalve，V51)，其中蒸汽追踪阀(V51)的开口率可由根据本实施例的集成自动化系统(320)调节。
在本实施例中，蒸汽追踪阀(V51)用于对HFO进行加热，所述HFO因由系统长期关机导致的温度下降而无法通过管进行递送，一般不用于MGO或MDO。
接下来，将在假设根据本实施例的船舶燃料油切换系统包括存储MGO的第一油箱(T1)、存储HFO的第二油箱(T2)、冷却器(250)、第三阀(V33)及三通阀(V60)并且发动机(E)所需的最大粘度水平是25cSt的情况下阐述将从发动机(E)的燃料是单独的HFO切换到发动机(E)的燃料是MGO的方法。
当仅供应(HFO)作为发动机(E)的燃料时，第一控制阀(V11)被完全关闭(0％)且仅打开第二控制阀(V12)(100％)。当仅供应HFO作为发动机(E)的燃料时，被供应到发动机(E)的燃料油的由根据本实施例的燃料油切换系统自动设定的粘度可以是15cSt。
当需要将发动机(E)的燃料从HFO转换为MGO时，例如当船舶将进入氧化硫排放控制区时，用户向根据本实施例的船舶燃料油切换系统发送将发动机(E)的燃料从HFO转换为MGO的信号。
在接收到将发动机E的燃料从HFO转换为MGO的信号时，根据本实施例的燃料油切换系统可将待被供应到发动机(E)的燃料油的粘度自动设定为23cSt，此略低于发动机(E)所需的最大粘度水平。
由于所设定的粘度从15cSt增加到23cSt，因此用于降低粘度的加热器(220)的负荷被调整到0％，且举例来说，当根据本实施例的循环单元(200)包括蒸汽控制阀(V52)时，集成自动化系统(320)完全关闭蒸汽控制阀(V52)。燃料油的温度下降可导致燃料油的粘度增加。因此，当燃料油的温度下降时，可操作加热器(220)以防止燃料油的粘度超过设定值，且集成自动化系统(320)可打开蒸汽控制阀(V52)。
在接收到将燃料从HFO转换为MGO的信号时，根据本实施例的燃料油切换系统在使第二控制阀(V12)保持开启(100％)的同时逐渐打开已被完全关闭(0％)的第一控制阀(V11)。此处，可通过反馈控制(Feedback Control)来逐渐打开第一控制阀(V11)。
本文中所使用的用语“反馈控制”是指一种控制方法，其中来自系统的一些受控输出信号被返回到系统的输入侧，以基于输出信号与目标值或参考值之间的差而产生操作控制信号。此处，用于反馈控制的信号路径构成闭环(Closed Loop)。
此外，可依据由第一温度传感器(241)测得的燃料油的每分钟的温度变化(dT/dt，其中T是温度且t是时间)来确定第一控制阀(V11)的打开速率，举例来说第一控制阀(V11)可由集成自动化系统(320)控制以逐渐打开，使得由第一温度传感器(241)测得的燃料油的温度以每分钟2℃的速率变化。
当第一控制阀(V11)被完全打开(100％)时，根据本实施例的燃料油切换系统逐渐关闭已被完全打开(100％)的第二控制阀(V12)。可通过反馈控制来逐渐关闭第二控制阀(V12)。可依据由第一温度传感器(241)测得的燃料油的每分钟的温度变化(dT/dt)来确定第二控制阀(V12)的关闭速率，举例来说第二控制阀(V12)可由集成自动化系统(320)控制以逐渐关闭，使得由第一温度传感器(241)测得的燃料油的温度以每分钟2℃的速率变化。
举例来说，对于从HFO到MGO的燃料油转换来说，需要将在130℃下的HFO与在40℃下的MGO进行转换。也就是说，需要逐渐增大MGO的比例，使得当MGO的比例达到100％时，燃料油的温度是40℃。
由于在每分钟2°的温度变化速率下将燃料油的温度降低90℃需要花费45分钟，因此需要在45分钟内将MGO的比例从0％提高到100％，且在45分钟内将HFO的比例从100％降低到0％。因此，MGO的增率＝HFO的减率＝100÷45＝2.22％。
在本实施例中，第一控制阀(V11)及第二控制阀(V12)的开口率可基于通过以上计算过程确定的MGO的增率及HFO的减率来调整。
如果控制期间温度变化速率超过每分钟2℃，那么反馈控制中断且直到温度变化速率变为每分钟2℃才恢复。此外，当燃料油的粘度增加时，操作加热器(220)以防止燃料油的粘度超过允许的最大粘度值。
当第二控制阀(V12)被完全关闭(0％)时，只有第一控制阀(V11)被完全打开(100％)，且供应单元(100)仅向循环单元(200)供应MGO。
在本实施例中，当由比率计算单元(310)计算的燃料油掺合物中MGO的比例为96％或大于时，燃料油切换系统可确定已完成燃料油转换。在确定已完成燃料油转换并因此将MGO供应到发动机(E)时，根据本实施例的燃料油切换系统可将待被供应到发动机(E)的燃料油的粘度自动设定为6cSt。
此外，在确定已完成燃料油转换并因此将MGO供应到发动机(E)时，根据本实施例的燃料油切换系统可打开三通阀(V60)及第三阀(V33)以将MGO送到冷却器(250)，从而将通过循环单元(200)循环的MGO的粘度调整到发动机(E)所需的粘度水平。
图2是根据本发明第二示例性实施例的船舶燃料油切换系统的示意图。
如在图2中所示根据第二实施例的船舶燃料油切换系统与如在图1中所示根据第一实施例的船舶燃料油切换系统的不同之处在于省略了比率计算单元(310)并进一步包括第二流量计(122)，且以下将主要阐述所述差异。此外，对与上述根据第一实施例的船舶燃料油切换系统相同的组件将不再予以赘述。
参照图2，根据本实施例的船舶燃料油切换系统包括供应单元(100)、循环单元(200)及控制器(300)，如同在第一实施例中。
在本实施例中，供应单元(100)包括多个油箱(T1、T2)、多个控制阀(V11、V12)以及供应泵(110)，并将存储在所述多个油箱(T1、T2)中的燃料油送到循环单元(200)，如同在第一实施例中。
在本实施例中，所述多个油箱(T1、T2)存储不同类型的燃料油且各自可为HFO供给油箱(HFO service tank)、HFO沉淀油箱(HFO settling tank)、HFO油舱油箱(HFO bunkertank)、MDO供给油箱(MDO service tank)、MDO存储油箱(MDO storage tank)、MGO供给油箱(MGO service tank)及MGO存储油箱(MGO storage tank)中的任一者，如同在第一实施例中。
如同在第一实施例中，在供不同类型的燃料油从所述多个油箱(T1、T2)排放出的相应排放管线(L1、L2)上可设置紧急关断阀(V41、V42)。在本实施例中，紧急关断阀(V41、V42)通过气压或液压进行通断控制，且当发生火灾时用于关断燃料油的供应从而防止火灾蔓延，如同在第一实施例中。
同样在本实施例中，如同在第一实施例中，将在假设供应单元包括两个油箱(T1、T2)的情况下来阐述本发明，其中第一油箱(T1)存储MGO且第二油箱(T2)存储HFO。
在本实施例中，所述多个控制阀(V11、V12)分别设置在供不同类型的燃料油从所述多个油箱(T1、T2)排放出的所述多条排放管线(L1、L2)上，如同在第一实施例中。举例来说，当供应单元包括两个油箱(T1、T2)时，第一控制阀(V11)设置在供第一类型的燃料油从第一油箱(T1)排放出的第一排放管线(L1)上，且第二控制阀(V12)设置在供第二类型的燃料油从第二油箱(T2)排放出的第二排放管线(L2)上，如同在第一实施例中。
在本实施例中，通过以下阐述的控制器(300)的集成自动化系统(IAS；integratedautomation system，320)控制所述多个控制阀(V11、V12)的开口率，以调节从所述多个油箱(T1、T2)供应到供应泵(110)的不同类型的燃料油的各自的流速。此外，在本实施例中，所述多个控制阀(V11、V12)可被配置成在平时由集成自动化系统(320)自动控制开口率而在紧急情况下手动操作，如同在第一实施例中。
在本实施例中，供应泵(110)增加来自所述多个油箱(T1、T2)的燃料油的压力以将燃料油供应到循环单元(200)，并且可包括并联连接的多个供应泵。分别从所述多个油箱(T1、T2)排放出的不同类型的燃料油在被供应到供应泵(110)之前被混合在一起，如同在第一实施例中。
举例来说，当根据本实施例的供应单元包括存储MGO的第一油箱(T1)及存储HFO的第二油箱(T2)时，将从第一油箱(T1)排放的MGO递送到供应泵(110)的第一排放管线(L1)及将从第二油箱(T2)排放的HFO递送到供应泵(110)的第二排放管线(L2)在供应泵(110)的上游彼此接合，使得从第一油箱(T1)排放的MGO与从第二油箱(T2)排放的HFO在被供应到供应泵(110)之前在供应泵(110)的上游被混合在一起，如同在第一实施例中。
在本实施例中，供应单元(100)还可包括在供应泵(110)的下游产生分支并在供应泵(110)的上游接合的回流管线(L3)，如同在第一实施例中。在本实施例中，由供应泵(110)压缩的超出发动机(E)所需的燃料油通过回流管线(L3)被递送到供应泵(110)的上游，如同在第一实施例中。如同在第一实施例中，在回流管线(L3)上可设置控制流体的流速及通断的第一阀(V31)。
然而，不同于在第一实施例中，除设置在供应泵(110)的下游的第一流量计(120)以外，根据本实施例的供应单元(100)还可包括第二流量计(122)，设置在供不同类型的燃料油从所述多个油箱(T1、T2)排放出的所述多条排放管线(L1、L2)中的全部或部分排放管线上。
在本实施例中，第一流量计(120)测量燃料油的流速，所述燃料油是从所述多个油箱(T1、T2)排放出以由供应泵(110)供应到循环单元(200)的不同类型的燃料油的掺合物，如同在第一实施例中。
在本实施例中，操作船舶燃料油切换系统，使得第一流量计(120)指示等于发动机(E)每小时的燃料油消耗量的流速。因此，如果第一流量计(120)指示的流速低于或高于发动机(E)每小时的燃料油消耗量，那么可确定所述系统发生故障。
在本实施例中，第二流量计(122)测量从排放管线(L1或L2)上游的油箱(T1或T2)排放的燃料油的流速。由于第一流量计(120)测量从所述多个油箱(T1、T2)排放以被供应到循环单元(200)是不同类型的燃料油的掺合物的燃料油的流速，因此可通过从由第一流量计(120)测得的流速值减去由第二流量计(122)测得的从另一油箱排放的燃料油的流速值而得到从一个油箱(T1或T2)排放的燃料油的流速。
举例来说，当根据本实施例的供应单元包括存储MGO的第一油箱(T1)及存储HFO的第二油箱(T2)时，第二流量计(122)可设置在第一排放管线(L1)上以测量从第一油箱(T1)排放的MGO的流速，如在图2中所示。由于可通过从由第一流量计(120)测得的流速值减去由第二流量计(122)测得的流速值而得到从第二油箱(T2)排放的HFO的流速，因此可确定MGO对HFO的掺合比。
此外，可利用由第一流量计(120)测得的流速值、由第二流量计(122)测得的流速值以及以下方程式来计算完成燃料油转换所需的时间(t)。在此方程中，Y表示待被转换的燃料油的量，V表示供燃料油通过其进行循环的管的总体积与上述组件的内部体积之和，Y0表示在燃料油转换开始时燃料油掺合物中待被转换的燃料油的初始量，FOC表示发动机每单位时间消耗的燃料油量，且t表示经过的时间。此处，可基于由第一流量计(120)测得的流速值的变化来确定FOC。
[方程式8]
Y＝V+(Y0-V)×exp(-FOC×t÷V)
举例来说，在将HFO转换成MGO时，Y代表待被转换的HFO的量，且Y0代表在燃料油转换开始时HFO的初始量，其一般可等于0。另外，如果MGO的比例达到96％或大于，那么可确定完成燃料油转换，且在MGO的比例达到96％或大于的时间点时t的值是完成燃料油转换所需的时间。
在本实施例中，由第一流量计(120)测得的流速值及由第二流量计(122)测得的流速值被传送到集成自动化系统(320)。
在本实施例中，供应单元(100)还可包括多个止回阀(V21、V22)，分别设置在供不同类型的燃料油从所述多个油箱(T1、T2)排放出的所述多条排放管线(L1、L2)上，如同在第一实施例中。举例来说，当根据本实施例的供应单元包括两个油箱(T1、T2)时，第一止回阀(V21)设置在供第一类型的燃料油从第一油箱(T1)排放出的第一排放管线(L1)上，且第二止回线(V22)设置在供第二类型的燃料油从第二油箱(T2)排放出的第二排放管线(L2)上，如同在第一实施例中。
在本实施例中，所述多个止回阀(V21、V22)用于防止从一个油箱排放的燃料油流入另一个油箱中，从而防止不同类型的燃料油在每个油箱(T1、T2)中混合，如同在第一实施例中。
在本实施例中，循环单元(200)包括循环泵(210)、第一温度传感器(241)及粘度传感器(230)，并使从供应单元(100)接收的燃料油循环以将所述燃料油供应到发动机(E)，如同在第一实施例中。
在本实施例中，循环泵(210)增加从供应单元(100)供应到循环单元(200)的燃料油的压力以使所述燃料油循环，并且可包括并联连接的多个循环泵，如同在第一实施例中。在本实施例中，循环单元(200)优选地通过由循环泵(210)加压而保持在约8到10bar的压力下。
在根据本实施例的船舶燃料油切换系统中，因为对HFO的加热是在增加压力之后进行的，如同在第一实施例中，所以HFO中含有的杂质的压力且因此沸点也可变得更高，从而防止杂质的蒸发。
在本实施例中，通过循环单元(200)循环的燃料油被供应到发动机(E)用作燃料，且在使用后残留在发动机(E)中的燃料油从发动机(E)排放出以通过循环单元(200)再循环，如同在第一实施例中。供应单元(100)向循环单元(200)再供应与发动机(E)所消耗的燃料油量相同的燃料油量，使得通过循环单元(200)循环的燃料油的流速可以是恒定的或平均的。在本实施例中，通过循环单元(200)循环的燃料油的流速优选地对应于发动机(E)的最大燃料消耗量的约三倍，如同在第一实施例中。
在本实施例中，第一温度传感器(241)测量待被供应到发动机(E)的燃料油的温度。然而，不同于在第一实施例中，由第一温度传感器(241)测得的燃料油的温度值被传送到集成自动化系统(320)。
在本实施例中，粘度传感器(230)测量待被供应到发动机(E)的燃料油的粘度。然而，不同于在第一实施例中，由粘度传感器(230)测得的燃料油的粘度值被传送到集成自动化系统(320)。
在本实施例中，循环单元(200)还可包括加热器(220)，对通过循环单元(200)循环的燃料油进行加热，如同在第一实施例中。在本实施例中，当通过循环单元(200)循环的燃料油的粘度高于发动机(E)所需的粘度水平时，加热器(220)对燃料油进行加热以降低燃料油的粘度。如同在第一实施例中，加热器(220)可使用蒸汽或电力作为加热源，举例来说当加热器(220)使用蒸汽作为加热源时，加热器(220)可连接到调节蒸汽的流速及通断的蒸汽控制阀(V52)，如同在第一实施例中。
在本实施例中，尤其是在发动机(E)仅使用HFO作为燃料或在发动机使用HFO与不同类型的燃料油的燃料油掺合物作为燃料时使用加热器(220)。
在本实施例中，循环单元(200)还可包括与加热器(220)并联连接的第二阀(V32)，如同在第一实施例中。当燃料油不需要被加热器(220)加热且因此绕过加热器(220)时，打开第二阀(V32)。举例来说，MGO及MDO具有低粘度且因此可能不被加热器(220)加热。
在本实施例中，循环单元(200)还可包括冷却器(250)，对通过循环单元(200)循环的燃料油进行冷却，如同在第一实施例中。在本实施例中，当通过循环单元(200)循环的燃料油的粘度低于发动机(E)所需的粘度水平时，冷却器(250)对燃料油进行冷却以增加燃料油的粘度，如同在第一实施例中。具体来说，在供应到发动机(E)之前，需要通过由冷却器(250)进行冷却来增加MGO的粘度。
在本实施例中，冷却器(250)可使用冷却水等作为制冷剂来冷却燃料油，其中根据本实施例的船舶燃料油切换系统可包括用于降低制冷剂的温度的单独的冷却装置，如同在第一实施例中。
在本实施例中，可在用于将从供应单元(100)供应到循环单元(200)的燃料油递送到冷却器(250)的管线上设置三通阀(V60)，如同在第一实施例中。三通阀(V60)可将燃料油分成两个流，一个流将被送到冷却器(250)，而另一个流将绕过冷却器(250)被直接送到发动机(E)。
在本实施例中，在用于将通过三通阀(V60)分流的燃料油流送到冷却器(250)的管线上，可设置第三阀(V33)以控制燃料油流的流速及通断，如同在第一实施例中。此外，在供由冷却器(250)冷却的燃料油流从冷却器(250)排放出的管线上，可设置第三止回阀(V23)以防止燃料油流回流，如同在第一实施例中。
在本实施例中，由冷却器(250)冷却且已被从冷却器(250)排放出的燃料油流可在与由三通阀(V60)分流并已绕过冷却器(250)的另一燃料油流接合后被送到发动机(E)，如同在第一实施例中。
在本实施例中，循环单元(200)还可包括设置在发动机(E)的下游的燃料油管道(240)，以暂时存储在使用后残留在发动机(E)中的燃料油并将残留的燃料油供应到循环泵(210)，如同在第一实施例中。
在本实施例中，控制器(300)包括集成自动化系统(320)，并控制供应单元(100)及循环单元(200)，如同在第一实施例中。
然而，不同于在第一实施例中，根据本实施例的控制器(300)不包括比率计算单元(310)，并且根据本实施例的船舶燃料油切换系统使用由第一流量计(120)及第二流量计(122)测得的流速值来计算燃料油的掺合比。
在本实施例中，集成自动化系统(320)接收由第一流量计(120)测得的流速值、由第二流量计(122)测得的流速值、由第一温度传感器(241)测得的温度值以及由粘度传感器(230)测得的粘度值。
在本实施例中，集成自动化系统(320)使用由第一流量计(120)测得的流速值及由第二流量计(122)测得的流速值计算待被供应到发动机(E)的燃料油的掺合比。
此外，根据本实施例的集成自动化系统(320)调节燃料油的温度及掺合比而使得从粘度传感器(230)接收的燃料油的粘度值满足发动机(E)所需的粘度水平，基于从第一温度传感器(241)接收的温度值而接收对燃料油的经调节的温度的反馈，并基于从粘度传感器(230)接收的粘度值而接收对燃料油的经调节的掺合比的反馈。
在本实施例中，集成自动化系统(320)通过控制所述多个控制阀(V11、V12)的开口率来调节燃料油的掺合比，如同在第一实施例中，举例来说当根据本实施例的循环单元(200)包括蒸汽控制阀(V52)时，通过调节蒸汽控制阀(V52)的开口率来调节燃料油的加热程度，举例来说当根据本实施例的循环单元(200)包括冷却器(250)及三通阀(V60)时，通过调节三通阀(V60)的开口率来调节燃料油的冷却程度。
如同在第一实施例中，根据本实施例的船舶燃料油切换系统还可包括蒸汽追踪阀(Steam Tracing Valve,V51)，其中蒸汽追踪阀(V51)的开口率可由根据本实施例的集成自动化系统(320)调节。
如同在第一实施例中，根据本实施例的蒸汽追踪阀(V51)用于对HFO进行加热，所述HFO因由系统长期关机导致的温度下降而无法通过管进行递送，一般不用于MGO或MDO。
举例来说，当根据本实施例的船舶燃料油切换系统包括存储MGO的第一油箱(T1)、存储HFO的第二油箱(T2)、冷却器(250)、第三阀(V33)及三通阀(V60)并且发动机(E)所需的最大粘度是25cSt时，将从发动机(E)的燃料是单独的HFO切换到发动机(E)的燃料是MGO的方法与在第一实施例中所述者相同。
然而，在本实施例中，当第二控制阀被关闭到0％且利用由第一流量计传送的流速值及由第二流量计传送的流速值确定的第一类型的燃料油的比例大于或等于预定值时，确定完成燃料油转换。
图3是根据本发明第三示例性实施例的船舶燃料油切换系统的示意图。
如在图3中所示根据第三实施例的船舶燃料油切换系统与如在图1中所示根据第一实施例的船舶燃料油切换系统的不同之处在于省略了比率计算单元(310)并进一步包括第二温度传感器(244)及第三温度传感器(245)，且以下将主要阐述所述差异。此外，对与上述根据第一实施例的船舶燃料油切换系统相同的组件将不再予以赘述。
参照图3，根据本实施例的船舶燃料油切换系统包括供应单元(100)、循环单元(200)及控制器(300)，如同在第一实施例中。
在本实施例中，供应单元(100)包括多个油箱(T1、T2)、多个控制阀(V11、V12)以及供应泵(110)，并将存储在所述多个油箱(T1、T2)中的燃料油送到循环单元(200)，如同在第一实施例中。
在本实施例中，所述多个油箱(T1、T2)存储不同类型的燃料油且各自可为HFO供给油箱(HFO service tank)、HFO沉淀油箱(HFO settling tank)、HFO油舱油箱(HFO bunkertank)、MDO供给油箱(MDO service tank)、MDO存储油箱(MDO storage tank)、MGO供给油箱(MGO service tank)及MGO存储油箱(MGO storage tank)中的任一者，如同在第一实施例中。
如同在第一实施例中，在供不同类型的燃料油从所述多个油箱(T1、T2)排放出的相应排放管线(L1、L2)上可设置紧急关断阀(V41、V42)。在本实施例中，紧急关断阀(V41、V42)通过气压或液压进行通断控制，且当发生火灾时用于关断燃料油的供应从而防止火灾蔓延，如同在第一实施例中。
同样在本实施例中，如同在第一实施例中，将在假设供应单元包括两个油箱(T1、T2)的情况下来阐述本发明，其中第一油箱(T1)存储MGO且第二油箱(T2)存储HFO。
在本实施例中，所述多个控制阀(V11、V12)分别设置在供不同类型的燃料油从所述多个油箱(T1、T2)排放出的所述多条排放管线(L1、L2)上，如同在第一实施例中。举例来说，当供应单元包括两个油箱(T1、T2)时，第一控制阀(V11)设置在供第一类型的燃料油从第一油箱(T1)排放出的第一排放管线(L1)上，且第二控制阀(V12)设置在供第二类型的燃料油从第二油箱(T2)排放出的第二排放管线(L2)上，如同在第一实施例中。
在本实施例中，通过以下阐述的控制器(300)的集成自动化系统(IAS；integratedautomation system，320)控制所述多个控制阀(V11、V12)的开口率，以调节从所述多个油箱(T1、T2)供应到供应泵(110)的不同类型的燃料油的各自的流速。此外，在本实施例中，所述多个控制阀(V11、V12)可被配置成在平时由集成自动化系统(320)自动控制开口率而在紧急情况下手动操作，如同在第一实施例中。
在本实施例中，供应泵(110)增加从所述多个油箱(T1、T2)排放的燃料油的压力以将所述燃料油供应到循环单元(200)，并且可包括并联连接的多个供应泵。从所述多个油箱(T1、T2)排放出的不同类型的燃料油在被供应到供应泵(110)之前被混合在一起，如同在第一实施例中。
举例来说，当根据本实施例的供应单元包括存储MGO的第一油箱(T1)及存储HFO的第二油箱(T2)时，将从第一油箱(T1)排放的MGO递送到供应泵(110)的第一排放管线(L1)及将从第二油箱(T2)排放的HFO递送到供应泵(110)的第二排放管线(L2)在供应泵(110)的上游彼此接合，使得从第一油箱(T1)排放的MGO与从第二油箱(T2)排放的HFO在被供应到供应泵(110)之前在供应泵(110)的上游被混合在一起，如同在第一实施例中。
在本实施例中，供应单元(100)还可包括在供应泵(110)的下游产生分支并在供应泵(110)的上游接合的回流管线(L3)，如同在第一实施例中。
在本实施例中，由供应泵(110)压缩的超出发动机(E)所需的燃料油通过回流管线(L3)被递送到供应泵(110)的上游，如同在第一实施例中。如同在第一实施例中，在回流管线(L3)上可设置控制流体的流速及通断的第一阀(V31)。
在本实施例中，供应单元(100)还可包括设置在供应泵(110)的下游的第一流量计(120)，如同在第一实施例中。在本实施例中，第一流量计(120)测量燃料油的流速，所述燃料油是从所述多个油箱(T1、T2)排放出以由供应泵(110)供应到循环单元(200)的不同类型的燃料油的掺合物，如同在第一实施例中。在本实施例中，由第一流量计(120)测得的流速值可被传送到集成自动化系统(320)。
在本实施例中，操作船舶燃料油切换系统，使得第一流量计(120)指示等于发动机(E)每小时的燃料油消耗量的流速，因此，如果第一流量计(120)指示的流速低于或高于发动机(E)每小时的燃料油消耗量，那么可确定所述系统发生故障。
然而，不同于在第一实施例中，根据本实施例的供应单元(100)还可包括设置在供应泵(110)的下游的第二温度传感器(244)。在本实施例中，第二温度传感器(244)测量燃料油的温度，所述燃料油是从所述多个油箱(T1、T2)排放出以被供应到循环单元(200)的不同类型的燃料油的掺合物，且由所述第二温度传感器(244)测得的燃料油的温度值被传送到集成自动化系统(320)。
在本实施例中，供应单元(100)还可包括多个止回阀(V21、V22)，分别设置在供不同类型的燃料油从所述多个油箱(T1、T2)排放出的所述多条排放管线(L1、L2)上，如同在第一实施例中。举例来说，当根据本实施例的供应单元包括两个油箱(T1、T2)时，第一止回阀(V21)设置在供第一类型的燃料油从第一油箱(T1)排放出的第一排放管线(L1)上，且第二止回线(V22)设置在供第二类型的燃料油从第二油箱(T2)排放出的第二排放管线(L2)上，如同在第一实施例中。
在本实施例中，所述多个止回阀(V21、V22)用于防止从一个油箱排放的燃料油流入另一个油箱中，从而防止不同类型的燃料油在每个油箱(T1、T2)中混合，如同在第一实施例中。
在本实施例中，循环单元(200)包括循环泵(210)、第一温度传感器(241)及粘度传感器(230)，并使从供应单元(100)接收的燃料油循环以将所述燃料油供应到发动机(E)，如同在第一实施例中。
在本实施例中，循环泵(210)增加从供应单元(100)供应到循环单元(200)的燃料油的压力以使所述燃料油循环，并且可包括并联连接的多个循环泵，如同在第一实施例中。在本实施例中，循环单元(200)优选地通过由循环泵(210)加压而保持在约8到10bar的压力下。
在根据本实施例的船舶燃料油切换系统中，因为对HFO的加热是在增加压力之后进行的，如同在第一实施例中，所以HFO中含有的杂质的压力且因此沸点也可变得更高，从而防止杂质的蒸发。
在本实施例中，通过循环单元(200)循环的燃料油被供应到发动机(E)用作燃料，且在使用后残留在发动机(E)中的燃料油从发动机(E)排放出以通过循环单元(200)再循环，如同在第一实施例中。供应单元(100)向循环单元(200)再供应与发动机(E)所消耗的燃料油量相同的燃料油量，使得通过循环单元(200)循环的燃料油的流速可以是恒定的或平均的。在本实施例中，通过循环单元(200)循环的燃料油的流速优选地对应于发动机(E)的最大燃料消耗量的约三倍，如同在第一实施例中。
在本实施例中，第一温度传感器(241)测量待被供应到发动机(E)的燃料油的温度。然而，不同于在第一实施例中，由第一温度传感器(241)测得的燃料油的温度值被传送到集成自动化系统(320)。
在本实施例中，粘度传感器(230)测量待被供应到发动机(E)的燃料油的粘度。然而，不同于在第一实施例中，由粘度传感器(230)测得的燃料油的粘度值被传送到集成自动化系统(320)。
在本实施例中，循环单元(200)还可包括加热器(220)，对通过循环单元(200)循环的燃料油进行加热，如同在第一实施例中。在本实施例中，当通过循环单元(200)循环的燃料油的粘度高于发动机(E)所需的粘度水平时，加热器(220)对燃料油进行加热以降低燃料油的粘度，如同在第一实施例中。此外，如同在第一实施例中，加热器(220)可使用蒸汽或电力作为加热源。举例来说，当加热器(220)使用蒸汽作为加热源时，加热器(220)可连接到调节蒸汽的流速及通断的蒸汽控制阀(V52)，如同在第一实施例中。
在本实施例中，尤其是在发动机(E)仅使用HFO作为燃料或在发动机使用HFO与不同类型的燃料油的燃料油掺合物作为燃料时使用加热器(220)。
在本实施例中，循环单元(200)还可包括与加热器(220)并联连接的第二阀(V32)，如同在第一实施例中。当燃料油不需要被加热器(220)加热且因此绕过加热器(220)时，打开第二阀(V32)。
在本实施例中，循环单元(200)还可包括冷却器(250)，对通过循环单元(200)循环的燃料油进行冷却，如同在第一实施例中。在本实施例中，当通过循环单元(200)循环的燃料油的粘度低于发动机(E)所需的粘度水平时，冷却器(250)对燃料油进行冷却以增加燃料油的粘度，如同在第一实施例中。具体来说，在供应到发动机(E)之前，需要通过由冷却器(250)进行冷却来增加MGO的粘度。
在本实施例中，冷却器(250)可使用冷却水等作为制冷剂来冷却燃料油，其中根据本实施例的船舶燃料油切换系统可包括用于降低制冷剂的温度的单独的冷却装置，如同在第一实施例中。
如同在第一实施例中，可在用于将从供应单元(100)供应到循环单元(200)的燃料油递送到冷却器(250)的管线上设置三通阀(V60)，如同在第一实施例中。三通阀(V60)可将燃料油分成两个流，一个流将被送到冷却器(250)，而另一个流将绕过冷却器(250)被直接送到发动机(E)。
在本实施例中，在用于将通过三通阀(V60)分流的燃料油流送到冷却器(250)的管线上，可设置第三阀(V33)以控制燃料油流的流速及通断，如同在第一实施例中。此外，在供由冷却器(250)冷却的燃料油流从冷却器(250)排放出的管线上，可设置第三止回阀(V23)以防止燃料油流回流，如同在第一实施例中。
在本实施例中，由冷却器(250)冷却且已被从冷却器(250)排放出的燃料油流可在与由三通阀(V60)分流并已绕过冷却器(250)的另一燃料油流接合后被送到发动机(E)，如同在第一实施例中。
在本实施例中，循环单元(200)还可包括设置在发动机(E)的下游的燃料油管道(240)，以暂时存储在使用后残留在发动机(E)中的燃料油并将残留的燃料油供应到循环泵(210)，如同在第一实施例中。
然而，不同于在第一实施例中，根据本实施例的循环单元(200)还包括设置在发动机(E)的下游的第三温度传感器(245)，测量在使用后残留在发动机(E)中的燃料油的温度。由第三温度传感器(245)测得的燃料油的温度值被传送到集成自动化系统(320)。
在本实施例中，控制器(300)包括集成自动化系统(320)，并控制供应单元(100)及循环单元(200)，如同在第一实施例中。然而，不同于在第一实施例中，根据本实施例的控制器(300)不包括比率计算单元(310)。
在本实施例中，集成自动化系统(320)接收由第一温度传感器(241)测得的温度值、由第二温度传感器(244)测得的温度值、由第三温度传感器(245)测得的温度值以及由粘度传感器(230)测得的粘度值。另外，在本实施例中，集成自动化系统(320)可接收由第一流量计(120)测得的流速值。
在本实施例中，集成自动化系统(320)调节燃料油的温度及掺合比，使得从粘度传感器(230)接收的燃料油的粘度值满足发动机(E)所需的粘度水平，基于从第一温度传感器(241)接收的燃料油的温度值而接收对燃料油的经调节的温度的反馈，并基于从粘度传感器(230)接收的燃料油的粘度值而接收对燃料油的经调节的掺合比的反馈。
在本实施例中，如同在第一实施例中，集成自动化系统(320)通过控制所述多个控制阀(V11、V12)的开口率来调节燃料油的掺合比，举例来说当根据本实施例的循环单元(200)包括蒸汽控制阀(V52)时，通过调节蒸汽控制阀(V52)的开口率来调节燃料油的加热程度，举例来说当根据本实施例的循环单元(200)包括冷却器(250)及三通阀(V60)时，通过调节三通阀(V60)的开口率来调节燃料油的冷却程度。
然而，在本实施例中，集成自动化系统(320)可将由第一温度传感器(241)测得的燃料油的温度调整为预设值。此处，可利用以下方程式来计算第一温度传感器(241)的预设值。在此方程式中，T1表示第一温度传感器(241)的预设值，Q1表示由第一流量计(120)测得的燃料油的流速值，T2表示由第二温度传感器(244)测得的燃料油的温度，Q2是在使用后残留在发动机(E)中并从发动机(E)排放出的燃料油的量，T3表示由第三温度传感器(245)测得的燃料油的温度，且Q3是循环泵(210)的容量。此外，2表示所需的燃料油的温度变化速率是每分钟2℃。
[方程式9]
T1×Q1+T2×Q2＝(T3-2)×Q3
T1×Q1＝(T3-2)×Q3-T2×Q2
∴T1＝{(T3-2)×Q3-T2×Q2}÷Q1
在本实施例中，船舶燃料油切换系统还可包括蒸汽追踪阀(Steam TracingValve,V51)，其中蒸汽追踪阀(V51)的开口率可由集成自动化系统(320)调节，如在第一实施例中。
在本实施例中，蒸汽追踪阀(V51)用于对HFO进行加热，所述HFO因由系统长期关机导致的温度下降而无法通过管进行递送，一般不用于MGO或MDO。
举例来说，当根据本实施例的船舶燃料油切换系统包括存储MGO的第一油箱(T1)、存储HFO的第二油箱(T2)、冷却器(250)、第三阀(V33)及三通阀(V60)并且发动机(E)所需的最大粘度水平是25cSt时，将从发动机(E)的燃料是单独的HFO切换到发动机(E)的燃料是MGO的方法与在第一实施例中所述者相同。
尽管已在本文中阐述了一些实施例，但应理解，提供这些实施例仅用于说明并且所述实施例不应以任何方式被解释为限制本发明，且所属领域中的技术人员可以在不脱离本发明的精神及范围的情况下作出各种修改、改变、更改及等效实施例。

Claims (21)

1.一种用于在不同类型的燃料油之间切换发动机用船舶燃料油的系统，所述系统包括：
供应单元，供应燃料油；
循环单元，使从所述供应单元接收的所述燃料油循环；以及
控制器，控制所述供应单元及所述循环单元，
其中所述供应单元包括分别存储所述不同类型的燃料油的多个油箱；
所述发动机从所述循环单元接收所述燃料油；
在使用后残留在所述发动机中的所述燃料油通过所述循环单元再循环；且
所述控制器通过控制从所述多个油箱排放出的所述不同类型的燃料油的流速来调节待被送到所述发动机的所述燃料油的掺合比。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述供应单元还包括：多条排放管线，通过所述多条排放管线从所述多个油箱排放相应的所述不同类型的燃料油；以及分别设置在所述多条排放管线上的多个控制阀，且所述控制器通过调整所述多个控制阀的开口率来调节所述燃料油的所述掺合比。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述供应单元还包括第一流量计，所述第一流量计测量待被送到所述循环单元的所述燃料油的流速。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述第一流量计指示等于所述发动机每小时的燃料油消耗量的流速。
5.根据权利要求2所述的系统，其中所述供应单元还包括分别设置在所述多条排放管线上的多个止回阀。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述循环单元还包括循环泵，所述循环泵对所述燃料油进行加压及循环。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述循环泵将通过所述循环单元循环的所述燃料油的压力保持在8到10bar。
8.根据权利要求1所述的系统，其中通过所述循环单元循环的所述燃料油的流速对应于所述发动机的最大燃料消耗量的约三倍。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器包括比率计算单元；所述循环单元还包括第一温度传感器及粘度传感器，所述第一温度传感器测量待被供应到所述发动机的所述燃料油的温度，所述粘度传感器测量待被供应到所述发动机的所述燃料油的粘度；由所述第一温度传感器测得的所述燃料油的温度值以及由所述粘度传感器测得的所述燃料油的粘度值被传送到所述比率计算单元；且所述比率计算单元计算通过所述循环单元循环的所述燃料油中所述不同类型的燃料油的掺合比。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述比率计算单元根据以下方程式得到粘度掺合指数(VBI)，"VBI＝14.534×ln(ln(v+0.8))+10.975"，其中v表示通过所述循环单元循环的所述燃料油的每一组分以cSt为单位的粘度，并根据以下方程式得到w_A及w_B，"VBI_blend＝(w_A×VBI_A)+(w_B×VBI_B)"，其中w_A表示燃料油掺合物中组分A的重量比例且各组分的重量比例(w)是在给定温度下确定的，"v_blend＝{exp(exp(VBI_blend-10.975)÷14.534}-0.8"，其中v_blend表示所述燃料油掺合物的粘度。
11.根据权利要求9所述的系统，其中所述控制器还包括集成自动化系统，所述集成自动化系统从所述比率计算单元接收：由所述比率计算单元计算的所述燃料油的所述掺合比的值；从所述第一温度传感器传送到所述比率计算单元的所述燃料油的所述温度值；以及从所述粘度传感器传送到所述比率计算单元的所述燃料油的所述粘度值。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述集成自动化系统调节所述燃料油的所述温度及掺合比，使得从所述比率计算单元接收的所述燃料油的所述粘度值满足所述发动机所需的粘度水平，基于由所述第一温度传感器测得且从所述比率计算单元接收的所述温度值而接收对所述燃料油的经调节的所述温度的反馈，并基于由所述粘度传感器测得且从所述比率计算单元接收的所述粘度值而接收对所述燃料油的经调节的所述掺合比的反馈。
13.根据权利要求1所述的系统，其中所述循环单元还包括加热器，且当通过所述循环单元循环的所述燃料油的粘度高于所述发动机所需的粘度水平时，所述加热器对所述燃料油进行加热。
14.根据权利要求1所述的系统，其中所述循环单元还包括冷却器，且当通过所述循环单元循环的所述燃料油的粘度低于所述发动机所需的粘度水平时，所述冷却器对所述燃料油进行冷却。
15.根据权利要求1所述的系统，其中所述循环单元还包括设置在所述发动机下游的燃料油管道，以临时存储在使用后残留在所述发动机中的所述燃料油。
16.一种用于在不同类型的燃料油之间切换发动机用船舶燃料油的方法，所述方法包括以下步骤：
1)通过打开到100％的供应第二类型的燃料油的第二控制阀并关闭到0％的供应第一类型的燃料油的第一控制阀而仅向所述发动机供应所述第二类型的燃料油；
2)通过比率计算单元计算待被供应到所述发动机的燃料油中所述不同类型的燃料油的掺合比；
3)接收来自用户的燃料油转换信号；
4)逐渐打开所述第一控制阀，使得所述第一类型的燃料油以每小时流速的预定变化速率渐增排放出；
5)在所述第一控制阀被打开到100％时，逐渐关闭所述第二控制阀，使得所述第二类型的燃料油以每小时流速的预定变化速率渐减排放出；
6)当所述第二控制阀被关闭到0％且由所述比率计算单元计算的所述第一类型的燃料油的比例大于或等于预定值时，确定已完成燃料油转换。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述比率计算单元利用所述燃料油的温度及粘度作为变量来计算待被供应到所述发动机的燃料油的掺合比。
18.根据权利要求17所述的方法，其中当在步骤3)中从所述用户接收到所述燃料油转换信号时，自动设定待被供应到所述发动机的燃料油的粘度，且在步骤6)中确定已完成燃料油转换时，自动设定待被供应到所述发动机的所述燃料油的所述粘度。
19.一种用于在第一类型的燃料油与第二类型的燃料油之间切换供应到船用发动机的燃料油的方法，
其中所述第一类型的燃料油具有与所述第二类型的燃料油的粘度不同的粘度，且对所述第一类型的燃料油的流速及所述第二类型的燃料油的流速进行控制，使得将所述第一类型的燃料油与所述第二类型的燃料油混合并将燃料油掺合物送到发动机所需的时间小于或等于预定值且在将所述第一类型的燃料油与所述第二类型的燃料油混合时的温度变化小于或等于预定值。
20.根据权利要求19所述的方法，其中当仅向所述发动机供应所述第一类型的燃料油时，使所述第二类型的燃料油的馈送率增加直到所述第二类型的燃料油的所述馈送率达到其最大值，然后降低所述第一类型的燃料油的馈送率，使得仅向所述发动机供应所述第二类型的燃料油。
21.根据权利要求19所述的方法，其中通过利用所述燃料油的粘度及温度作为变量来计算待被供应到所述发动机的燃料油的掺合比而接收对流速控制的反馈。
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