CN114320688B - 一种船用甲醇燃料供给系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于燃料供给设备技术领域，涉及一种船用甲醇燃料供给系统，包括甲醇源、第一换热器、混合筒、第二换热器、精滤器、热源、氮气源，甲醇源与第一换热器的甲醇入口连接，第一换热器的甲醇出口与混合筒连接，混合筒与氮气源连接，混合筒的出口与第二换热器通过混合物料管路连接，第二换热器的出口与精滤器连接，精滤器的出口通过输出燃料管路与后续的柴油机连接，第一换热器和第二换热器分别与热源连接。从甲醇燃料的供给为出发点，控制甲醇的流量、温度、压力及清洁度等参数使之符合发动机燃料要求，同时满足发动机启动、正常运行、停车等运行工况及安全性要求。减少船舶硫氧化物的排放。

Description

一种船用甲醇燃料供给系统

技术领域

本发明属于燃料供给设备技术领域，具体涉及一种船用甲醇燃料供给系统。

背景技术

低速柴油机是大型航运船舶的主要动力装置，也是需要重点控制的硫氧化物排放源。为满足排放控制区的要求，常用的解决办法是使用低硫油燃料、加装柴油机废气脱硫设备或者使用LNG等不含硫燃料。

甲醇易获得，价格适中，不含硫，作为燃料可以满足硫氧化物排放要求，同时燃烧过程中产生较低的CO₂量，也不会产生颗粒物或烟尘。甲醇非常有潜力成为大型航运船舶主推进发动机的燃料。尽管甲醇燃料在汽车、工程机械、发电设备等领域已有成功的应用，但是国内大型船舶双燃料发动机尚没用甲醇作为燃料的案例，同时，由于燃料特性不同，现有的LNG燃料供给单元并不适合作为甲醇燃料的供给单元。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种船用甲醇燃料供给系统。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种船用甲醇燃料供给系统，包括甲醇源、第一换热器、混合筒、第二换热器、精滤器、热源、氮气源，甲醇源与第一换热器的甲醇入口连接，第一换热器的甲醇出口与混合筒连接，混合筒与氮气源连接，混合筒的出口与第二换热器通过混合物料管路连接，第二换热器的出口与精滤器连接，精滤器的出口通过输出燃料管路与后续的柴油机连接，第一换热器和第二换热器分别与热源连接。

甲醇通过第一换热器达到出口的温度和压力后，进入到混合筒中与氮气混合，然后进入第二换热器中提高温度，保证柴油机对甲醇温度的需求，换热之后经过精滤器进行过滤来满足主机对甲醇的清洁度要求。最后进入到柴油机中进行使用。

本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：

本发明提供一种船用甲醇燃料供给系统，通过甲醇源、第一换热器、混合筒、第二换热器、精滤器、热源和氮气源的配合实现使甲醇满足柴油机的要求，同时满足惰化的要求，保证安全性，从甲醇燃料的供给为出发点，控制甲醇的流量、温度、压力及清洁度等参数使之符合发动机燃料要求，同时满足发动机启动、正常运行、停车等运行工况及安全性要求。减少船舶硫氧化物的排放。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为船用甲醇燃料供给系统结构图；

其中，01、供给泵，02、流量计，03、混合筒，04、二次增压泵，0501、第一换热器，0502、第二换热器，0503、第三换热器，06、精滤器，07、乙二醇柜，08、乙二醇供给泵，09、卸放隔膜泵，1001、第一压力调节阀，1002、第二压力调节阀，1101、第一温度调节阀，1102、第二温度调节阀，1201、第一联锁三通阀组，1202、第二联锁三通阀组，13、甲醇主管路，1401、第一氮气支管路，1402、第二氮气支管路，1403、第三氮气支管路，1404、第四氮气支管路，1501、第一换热管路，1502、第二换热管路，1503、第三换热管路，1504、第四换热管路，1601、第一卸放支路，1602、第二卸放支路，1603、第三卸放支路，1604、第四卸放支路，1605、第五卸放支路，1606、第六卸放支路，1607、第七卸放支路，1608、第八卸放支路，1609、第九卸放支路，1610、第十卸放支路，17、压力卸放管路，18、氮气源，19、甲醇源，20、去柴油机，21、乙二醇。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

一种船用甲醇燃料供给系统，包括甲醇源19、第一换热器0501、混合筒03、第二换热器0502、精滤器06、热源、氮气源18，甲醇源19与第一换热器0501的甲醇入口连接，第一换热器0501的甲醇出口与混合筒03连接，混合筒与氮气源连接，混合筒的出口与第二换热器0502通过混合物料管路连接，第二换热器0502的出口与精滤器06连接，精滤器06的出口通过输出燃料管路与后续的柴油机连接，第一换热器0501和第二换热器0502分别与热源连接。

现有的甲醇供给系统，仅包括甲醇供给模块或甲醇燃料供给系统的概念，没有考虑甲醇作为燃料供给需要具有哪些必须的要点。比如，现有的只是考虑甲醇源，然后通过气源辅助甲醇源进行供给到发动机。但是，没有考虑到甲醇如果直接作为燃料，其温度、压力、流量如果达不到所需要求，在发动机中就无法正常使用。甲醇的汽化潜热高，比如在低温的季节，或者在船航行的环境下，温度较低，所以低温启动性能较差。本发明的船用甲醇燃料供给系统完成甲醇燃料的输送、燃料加热、燃料过滤、氮气吹扫惰化的功能，满足船用柴油机对甲醇燃料的压力、流量、温度、精度及使用安全的需求。

而且，本发明的船用甲醇燃料供给系统，还需要考虑整体的安全性。甲醇的特性有毒、低闪点、易燃易爆，空气达到一定浓度后会发生爆炸，所以如果输送管路整体要进行惰化；而且当燃料系统长时间停机的情况下，需要进行卸放，保证整个系统无甲醇。

作为进一步的技术方案，甲醇源19与第一换热器通过两条管路连接，分别是甲醇主管路13和甲醇支管路；进一步，甲醇主管路上设置供给泵01，甲醇支管路上设置第一压力调节阀1001。供给泵01使甲醇达到设计的压力。

作为进一步的技术方案，第一换热器0501与混合筒03连接的管路上设置流量计02。通过流量计02得到甲醇燃料的流量数值。

作为进一步的技术方案，氮气源18与甲醇输送管路、精滤器06连接。氮气源与甲醇输送管路通过第一氮气支管路1401连接，与混合筒通过第二氮气支管路1402连接，与精滤器06通过第三氮气支管路1403连接。

作为进一步的技术方案，混合筒03的出口与第二换热器0502连接通过主管路连接，主管路上设置二次增压泵04。二次增压泵04用于甲醇燃料的二次增压，达到设计要求。

作为进一步的技术方案，混合筒03的出口与输出燃料管路通过副管路连接，副管路上设置第二压力调节阀1002。为了使主机可以更加稳定的运行二次增压泵04的流量一般要超过所需要的流量要求，通过第二压力调节阀1002来调整压力和流量满足主机需要，第二压力调节阀1002和混合筒03相连。混合筒03作用保证二次增压泵04前压力稳定、收集二次增压泵04后第一压力调节阀1001的回液，以便混合筒03前面流量计02可以精准测量进口流量。

作为进一步的技术方案，精滤器设置两个，并联连接。并联的两个精滤器06配备第一联锁三通阀组1201、第二联锁三通阀组1202用于保证安全运行；

作为进一步的技术方案，还包括乙二醇柜07，乙二醇柜07与第一换热器0501、第二换热器0502分别连接。

作为进一步的技术方案，还包括第三换热器0503，乙二醇柜07的换热介质出口与第三换热器0503连接，第三换热器0503的出口分别与第一换热器0501、第二换热器0502连接。进一步，乙二醇柜07与第三换热器0503连接的管路上设置乙二醇供给泵08。乙二醇系统用于给第一换热器0501和第二换热器0502提供加热源，乙二醇供给泵08将乙二醇加压输送到第三换热器0503与船厂提供的冷却水系统进行热交换达到所需要的温度要求。进一步，第三换热器0503与第一换热器0501、第二换热器0502连接的管路上分别设置第一温度调节阀1101（三通调节阀）和第二温度调节阀1102。从第三换热器0503出去后分两路，通过第一温度调节阀1101、第二温度调节阀1102控制去第一换热器0501、第二换热器0502的温度。

第三换热器0503的出口与第一换热器0501通过第一换热管路1501和第二换热管路1502连接，第三换热器0503的出口与第二换热器0502通过第三换热管路1503和第四换热管路1504连接。

作为进一步的技术方案，还包括甲醇卸放管路，卸放管路设置若干支管路，若干支管路分别与第一换热器、混合筒、第二换热器和精滤器及相互之间的管路连接，卸放管路的出口与甲醇源连接。进一步，甲醇卸放管路的末端设置卸放隔膜泵。

作为进一步的技术方案，甲醇卸放管路包括第一卸放支路、第二卸放支路、第三卸放支路、第四卸放支路、第五卸放支路、第六卸放支路、第七卸放支路、第八卸放支路、第九卸放支路，第一卸放支路与甲醇主管路连接，第二卸放支路与第一换热器连接，第三卸放支路与供给泵连接，第四卸放支路与氮气源连接，第五卸放支路与混合物料管路连接，第六卸放支路与第二换热器连接，第七卸放支路与精滤器连接，第八卸放支路和第九卸放支路分别与输出燃料管路连接。进一步，第八卸放支路和第九卸放支路分别与输出燃料管路上的阀门的上游和下游位置连接。

作为进一步的技术方案，还包括压力卸放管路17，分别与混合筒03和氮气源的连接管路、第二换热器0502连接。氮气源与压力卸放管路17通过第二氮气支管路1402连接。压力卸放管路17的出口连接油渣舱。

船用甲醇燃料供给系统的运行过程：

如图1所示：来自日用柜的甲醇通过供给泵01加压到供给泵后的设计压力，并通过与其并联的第一压力调节阀1001和第一换热器0501来满足甲醇燃料供给单元出口设计的温度和压力要求；之后通过流量计02至混合筒03，然后通过二次增压泵04二次增压达到二次增压泵后设计的压力要求，之后通过第二换热器0502来保证柴油机对甲醇温度的需要，最后到双联精滤器06进行过滤以满足主机对甲醇的清洁度要求，过滤后的甲醇去柴油机20中使用。

为了使主机可以更加稳定的运行，二次增压泵04的流量一般要超过所需要的流量要求，通过第二压力调节阀1002来调整压力和流量满足主机需要，第二压力调节阀1002和混合筒03相连。混合筒03作用保证二次增压泵04前压力稳定、收集二次增压泵04后压力调节阀1001的回液，以便混合筒03前面流量计02可以精准测量进口流量。

甲醇有毒易燃，需要保证零泄漏，故需磁力泵保证无泄漏，首先系统通过供给泵01增加到7bar，再通过二次增压泵04增压到13bar，来满足柴油所需要的压力要求，其中第一压力调节阀1001用于保证供给泵01后的压力稳定，混合筒03也可以缓冲压力保持压力稳定；系统最后面的第二调压阀1002用于保证整个系统的压力稳定。

系统通过第一换热器0501和第二换热器0502两个换热器进行两级换热，加热平稳，防止甲醇气化（甲醇沸点65摄氏度）。

乙二醇柜将乙二醇21输送到第三换热器与冷却水进行热交换，然后乙二醇从第三换热器分别被输送到第一换热器和第二换热器与甲醇进行换热。

甲醇的特性有毒、低闪点、易燃易爆，空气达到一定浓度后会发生爆炸，因此甲醇供给系统运行前需要对整个管路系统进行惰化即通过第一氮气支管路1401、第二氮气支管路1402、第三氮气支管路1403对整个系统惰化；第二氮气支管路1402除了用于进入混合筒中的氮气，还用于混合筒上方的氮气密封，防止空气进入。第三氮气支管路1403用于给双联精滤器提供动力清洗滤片。还包括第四氮气支管路1404，第四氮气支管路1404一端与第二氮气支管路1402连接，另一端与卸放隔膜泵09连接。

甲醇为有毒易燃易爆液体停机后需要对系统内的甲醇进行收集。停机后系统内压力很高，首先通过第二压力调节阀1002降甲醇溢流至混合筒03，混合筒03内的液体又通过供给泵01的第一压力调节阀1001所在管路溢流至日用柜，慢慢降压力降低至1~2bar。甲醇卸放管路可以用于快速惰化，另外，当燃料系统长时间停机时可以用于快速卸放，泄放隔膜泵09用于提供动力更快捷安全卸放，各个卸放管路还用于单段管路出现故障进行维修卸放。卸放管路可以通过卸放隔膜泵09卸放，也可以通过与其并联的第十卸放支路1610卸放，管路加斜度避免有存液。第四氮气支管路1404用于吹扫隔膜泵死角液体，保证整个系统无甲醇。

具体的甲醇卸放管路包括第一卸放支路1601、第二卸放支路1602、第三卸放支路1603、第四卸放支路1604、第五卸放支路1605、第六卸放支路1606、第七卸放支路1607、第八卸放支路1608、第九卸放支路1609，第一卸放支路1601用于甲醇主管路的卸放，第二卸放支路1602用于第一换热器的卸放，第三卸放支路1603用于供给泵的卸放，第四卸放支路1604用于氮气混合筒前管路的卸放，第五卸放支路1605用于混合筒后管路的卸放，第六卸放支路1606用于第二换热器的卸放，第七卸放支路1607用于精滤器的卸放，第八卸放支路1608和第九卸放支路1609分别用于输出燃料管路上的阀门的上游和下游的卸放。

压力卸放管路17分别与混合筒03和氮气源的连接管路、第二换热器0502连接，压力卸放管路17用于系统压力卸放，同时也用于系统的除气。第二氮气支管路1402与混液筒和压力卸放管路17连接，用于后续对整个系统管路进行吹扫。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种船用甲醇燃料供给系统，其特征在于：包括甲醇源、第一换热器、混合筒、第二换热器、精滤器、乙二醇柜、氮气源，甲醇源与第一换热器的甲醇入口连接，第一换热器的甲醇出口与混合筒连接，氮气源分别与甲醇输送管路、混合筒、精滤器连接，混合筒的出口与第二换热器通过主管路连接，第二换热器的混合物料出口与精滤器连接，精滤器的出口通过输出燃料管路与后续的柴油机连接，第一换热器和第二换热器分别与乙二醇柜连接；第一换热器与混合筒连接的管路上设置流量计；甲醇源与第一换热器通过两条管路连接，分别是甲醇主管路和甲醇支管路，甲醇主管路上设置供给泵，甲醇支管路上设置第一压力调节阀；主管路上设置二次增压泵；混合筒的出口与输出燃料管路通过副管路连接，副管路上设置第二压力调节阀；还包括第三换热器，乙二醇柜的乙二醇出口与第三换热器的乙二醇入口连接，第三换热器的乙二醇出口分别与第一换热器、第二换热器连接；第三换热器与第一换热器、第二换热器连接的管路上分别设置第一温度调节阀和第二温度调节阀；乙二醇与冷却水在第三换热器进行热交换，乙二醇从第三换热器出去后分两路，通过第一温度调节阀、第二温度调节阀控制去第一换热器、第二换热器的温度，第一温度调节阀和第二温度调节阀为三通调节阀；

还包括甲醇卸放管路，甲醇卸放管路设置若干支管路，若干支管路分别与第一换热器、混合筒、第二换热器和精滤器及相互之间的管路连接，甲醇卸放管路的出口与甲醇源连接。

2.如权利要求1所述的船用甲醇燃料供给系统，其特征在于：甲醇卸放管路包括第一卸放支路、第二卸放支路、第三卸放支路、第四卸放支路、第五卸放支路、第六卸放支路、第七卸放支路、第八卸放支路、第九卸放支路，第一卸放支路与甲醇主管路连接，第二卸放支路与第一换热器连接，第三卸放支路与供给泵连接，第四卸放支路与氮气源连接，第五卸放支路与混合物料管路连接，第六卸放支路与第二换热器连接，第七卸放支路与精滤器连接，第八卸放支路和第九卸放支路分别与输出燃料管路连接。

3.如权利要求1所述的船用甲醇燃料供给系统，其特征在于：还包括压力卸放管路，分别与混合筒和氮气源的连接管路、第二换热器连接。

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