CN114837858B - 一种船用液氨燃料存储、加注及供应系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船用液氨燃料存储、加注及供应系统，涉及船舶设计技术领域，包括加注模块、存储模块、燃料供给模块以及回收模块，解决了船用液氨储存供应系统存在的液氨浪费以及压力脉动的问题，实现了液氨的回收利用，防止了压力脉动现象的发生，保证了人员及船舶安全。

Description

一种船用液氨燃料存储、加注及供应系统

技术领域

本发明涉及船舶设计技术领域，特别是涉及一种船用液氨燃料存储、加注及供应系统。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

氨在环境条件下是一种密度低于空气的无色气体，在环境压力下的沸点为-33.5℃。氨是一种有毒气体，具有明显的刺激性气味。低浓度的氨对黏膜有明显的刺激作用，高浓度可造成组织溶解坏死；氨与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高热会引起燃烧爆炸，其爆炸极限为15.7％～27.4％；氨具有一定的腐蚀性。

发明人发现，受氨特性的影响，现有的船舶用液氨储存装置在加注液氨时容易在储存装置的内部产生氨气，不仅减小了液氨的储存空间，还影响了后续的液氨供应；且现有的船舶液氨供应系统在进行液氨的供应工作时，不仅不能很好的应对液氨泄露的问题，还不能对液氨的供给量进行有效的控制，无法对多余的液氨进行回收，从而导致燃料利用率大大降低，增加了使用成本，同时，过多的液氨会导致输出压力出现过大的波动，影响发动机组的工作。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种船用液氨燃料存储、加注及供应系统，解决了船用液氨储存供应系统存在的液氨浪费以及压力波动的问题。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明提供了一种船用液氨燃料存储、加注及供应系统，包括加注模块、存储模块、燃料供给模块以及回收模块，所述加注模块通过循环管路与存储模块连通，所述存储模块设有至少一个存储罐，所述燃料供给模块包括低压供给模块、高压供给模块以及相应的管路和阀门；

所述低压供给模块由第一液氨泵和第一调节阀组成，所述存储罐通过循环管路与低压供给模块连通，所述第一调节阀设置在循环管路上；

所述高压供给模块由缓冲罐和第二液氨泵组成，所述第一液氨泵通过输送管路与缓冲罐连通，所述缓冲罐通过输送管路与发动机组连通，第二液氨泵设置在缓冲罐与发动机组之间的输送管路上，第二液氨泵与发动机组之间的输送管路通过回流管与缓冲罐连通；

所述回收模块由回收罐和第三液氨泵组成，所述回收罐通过管路分别与发动机组、缓冲罐连通，所述第三液氨泵设置在回收罐与缓冲罐之间的管路上。

作为进一步的实现方式，所述储存罐为单层绝热储罐，罐外采用聚氨酯绝热材料喷涂；所述存储罐通过第一进液管、第二进液管以及气相管与加注模块连通，所述存储罐通过返回管以及出液管与第一液氨泵连通。

作为进一步的实现方式，所述第一进液管伸入存储罐的管口高度高于第二进液管，所述第一进液管伸入存储罐内的管口处连接有进液支管，进液支管沿存储罐的长度方向布置，进液支管的底部沿其长度方向间隔布置有若干出液口；所述气相管伸入存储罐内的管口高度高于第一进液管。

作为进一步的实现方式，所述输送管路进入密闭空间内的管道部分为双层管结构，内管用于输送液氨，外管内通有不断流通的空气。

作为进一步的实现方式，还包括温度调节模块，所述温度调节模块由换热器和循环模块组成，所述换热器设置在第二液氨泵与发动机组之间的输送管路上，换热器通过循环管路与循环模块连接，所述循环管路上设有第三调节阀。

作为进一步的实现方式，所述第二液氨泵与发动机组之间的输送管路上还设有蓄压器和流量计，所述蓄压器邻近于第二液氨泵，所述流量计位于换热器与发动机组之间；所述回流管上设有第四调节阀。

作为进一步的实现方式，所述发动机组所需液氨的输入及输出工作通过燃料阀组控制，所述燃料阀组位于第二液氨泵与发动机组之间的输送管路上，所述燃料阀组包含至少两个串联的阀门，并在两个阀门之间设置一个放空阀门。

作为进一步的实现方式，所述燃料阀组通过回收管路分别与缓冲罐、回收罐连通，所述回收管路为分叉管结构，回收管路的总管上设置了第二调节阀，回收管路的分叉支管设有两个，一个支管与缓冲罐连通，另一个与回收罐连通，两个支管上均设有阀门；所述回收罐上设有液位传感器。

作为进一步的实现方式，还设有氨气处理模块，所述存储罐、低压供给模块的管路以及回收罐均通过单独的排气管路与氨气处理模块连通，所述存储罐1和回收罐上布置有压力监测装置，所有的排气管路上均设有泄压阀，所述氨气处理模块与放空桅连通。

作为进一步的实现方式，还设有氮气供应模块，所述氮气供应模块通过氮气供应管路分别与低压供给模块、高压供给模块以及燃料阀组中的管路连通，相应的氮气供应管路上均设有阀门。

上述本发明的有益效果如下：

(1)本发明第一液氨泵循环中多余的液氨会返回存储罐，第二液氨泵多余的液氨返回缓冲罐，而通过发动机组返回的液氨则进入回收罐，回收罐中回收的液氨到达一定储量后会泵送给缓冲罐，进而通过缓冲罐输送给第二液氨泵，实现了不同部位、不同压力液氨的回收利用，有效避免了管道内液氨的压力波动。

(2)本发明第一进液管伸入存储罐的管口高度高于第二进液管，第一进液管伸入存储罐内的管口处连接有进液支管，进液支管邻近于存储罐的顶部，且进液支管沿存储罐的长度方向布置，进液支管的底部沿其长度方向间隔布置有若干出液口，配合第二进液管使得液氨可以均匀快速的注入存储罐内。

(3)本发明气相管伸入存储罐内的管口高度高于第一进液管，在加注过程中用于将存储罐内的氨气排出，降低了储存罐内氨气的含量，避免了氨气对压力波动的影响，有效防止了氨气对供应系统供应工作以及发动机组工作的影响。

(4)本发明在进入机舱等密闭空间后，氨燃料输送管路为双层管，内管用于输送液氨，外管内通有不断流通的空气，当内管发生液氨泄漏时，液氨泄漏到外管后会迅速气化，并被输送到安全排放区域，有效避免了液氨泄露带来的危害。

(5)本发明在第二液氨泵出口处布置有蓄压器，第四调节阀能够根据泵后压力来调节阀门开度，以确保输出压力稳定，进一步减小了压力脉动的影响。

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，本发明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是本发明根据一个或多个实施方式的船用液氨燃料存储、加注及供应系统的船上布置主视结构示意图；

图2是本发明根据一个或多个实施方式的船用液氨燃料存储、加注及供应系统的船上布置俯视结构示意图；

图3是本发明根据一个或多个实施方式的储存罐的结构示意图；

图4是本发明根据一个或多个实施方式的一种船用液氨燃料存储、加注及供应系统的整体结构示意图；

图5是本发明根据一个或多个实施方式的燃料阀组的结构示意图；

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；

其中，1、存储罐；2、加注模块；3、第一液氨泵；4、缓冲罐；5、第二液氨泵；6、换热器；7、流量计；8、燃料阀组；9、发动机组；10、回收罐；11、第三液氨泵；12、氨气处理模块；13、放空桅；14、氮气供应模块；15、循环模块；16、第一调节阀；17、第二调节阀；18、液位传感器；19、第三调节阀；20、第四调节阀；21、蓄压器；22、聚氨酯绝热材料；23、第一进液管；24、第二进液管；25、气相管；26、返回管；27、出液管。

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，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

正如背景技术所介绍的，受氨特性的影响，现有的船舶用液氨储存装置在加注液氨时容易在储存装置的内部产生氨气，不仅减小了液氨的储存空间，还影响了后续的液氨供应；且现有的船舶液氨供应系统在进行液氨的供应工作时，不能对液氨的供给量进行有效的控制，无法对多余的液氨进行回收，从而导致燃料利用率大大降低，增加了使用成本的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种船用液氨燃料存储、加注及供应系统。

实施例1

本发明的一种典型的实施方式中，如图1-图5所示，提出一种船用液氨燃料存储、加注及供应系统，包括，通过管道依次连接的加注模块、存储模块以及布置在燃料准备间中的燃料供给模块，存储模块和加注模块布置在船舶甲板的通风处，如图1-图2所示，加注模块至少设有两个，本实施例以两个为例，两个加注模块相对设置，分别为加注模块-A和加注模块-B，左右船舷各布置一个，以方便来自不同舷侧的燃料管道接入加注模块。

储存模块由至少一个储存罐1构成，如图3所示，储存罐1为单层绝热储罐，罐外采用聚氨酯绝热材料22喷涂，氨以液态形式存储在储罐中；

存储罐1设有若干管道，分别为第一进液管23、第二进液管24、气相管25、返回管26以及出液管27，其中，第一进液管23伸入存储罐1内部的管口邻近于储存罐1的顶部，第二进液管24伸入存储罐1内部的管口邻近于存储罐1的底部，使得第一进液管23伸入存储罐1的管口高度高于第二进液管24，第一进液管23、第二进液管24均与加注模块2连接；

可以理解的是，第一进液管23、第二进液管24可以独立设置，也可以连通设置，具体的设置方式根据实际需求进行选择，这里不做过多的限制。

第一进液管23伸入存储罐1内的管口处连接有进液支管，进液支管邻近于存储罐1的顶部，且进液支管沿存储罐1的长度方向布置，进液支管的底部沿其长度方向间隔布置有若干出液口，配合第二进液管24使得液氨可以均匀快速的注入存储罐1内。

返回管26一端伸入存储罐1并靠近存储罐1的底部，另一端与燃料供给模块内的低压供给模块连接，用于将多余的液氨回收至存储罐1内，避免液氨的浪费；气相管25一端与加注模块2连接，另一端伸入至存储罐1且靠近于存储罐1的顶部，气相管25伸入存储罐1内的管口高度高于第一进液管23，在加注过程中用于将存储罐1内的氨气排出；出液管27与燃料供给模块连通，用于向供应系统内提供氨气，其中，出液管27和返回管26构成循环管路，使得存储罐1排入低压供给模块中的多余液氨收回。

燃料准备间放置在顶层甲板上，燃料准备间内放置燃料供给模块，燃料供给模块包括低压供给模块、高压供给模块、以及相应的管路和阀门，另外，发动机组9所需的FVT(燃料阀组8)也布置在燃料准备间内。

如图5所示，燃烧阀组8为一整套阀组单元，用于隔离燃料供应系统与用气设备，包含至少两个串联的阀门，并在两个阀门之间设置一个放空阀门，能够对发动机组9液氨流入、流出以及放空工作的独立控制。

经过加压调温后的液氨从燃料准备间引入到布置在机舱中的发动机组9。其中，在进入机舱等密闭空间后，氨燃料输送管路为双层管，内管用于输送液氨，外管内通有不断流通的空气，当内管发生液氨泄漏时，液氨泄漏到外管后会迅速气化，并被输送到安全排放区域，布置在外管下游的泄漏探测器会发出报警，以告知船上人员采取相应措施，大大降低了液氨的使用风险。

燃料准备间还设有进风口和出风口，在出风口设置通风机对燃料准备间进行负压抽风，在出风口设置有泄漏探测器，如果燃料准备间内发生燃料泄漏，泄漏的液氨在环境温度和环境压力下迅速气化，被抽吸至出风口并被泄漏探测器探测到，及时发出警报并自动切断燃料供应。

船用液氨燃料存储、加注及供应系统的具体结构如图4所示，加注模块2包含两个接口，分别为液相接口(L)和气相接口(V)，存储罐1的进液管(第一进液管23、第二进液管24)与加注模块2的液相接口连接，气相管25与气相接口连接；

当需要加注燃料时，经由加注模块2从陆基液氨储罐或液氨加注船将液氨输送至存储罐1中，加注时，外部液氨经过液相接口和进液管流入存储罐1中，由于存储罐1中的气相空间减少，压力升高，储罐中的氨气经过气相接口返回至外部液氨来源，采用气相返回既可以控制存储罐1中的压力维持在较低水平，也可以减少氨气排放。

当发动机组9使用液氨作为燃料时，存储在存储罐1中的液氨经由低压供给模块和高压供给模块加压调温后，通过燃料阀组8输送给发动机组9。

具体的，存储罐1的出液管27与低压供给模块连通，低压供给模块设有第一液氨泵3，出液管27与第一液氨泵3连通，第一液氨泵3采用低压液氨泵，用于液氨燃料的初步加压，第一液氨泵3为离心泵结构，为确保供给压力，第一液氨泵3会输出比实际需求要多一些的液氨。

第一液氨泵3通过液氨输送管路与高压供给模块中的缓冲罐4连通，初步加压后的液氨输送至缓冲罐4中，以进行后续的二次加压。

第一液氨泵3与缓冲罐4之间的液氨输送管路还与存储罐1上的返回管26连通，并在返回管26上设置了第一调节阀16，多余的液氨经由第一调节阀16返回存储罐1，第一调节阀16根据缓冲罐中的压力来调节阀门开度，以确保输出压力的稳定。

高压供给模块设有第二液氨泵5，第二液氨泵5为高压液氨泵，其加压压力高于第一液氨泵3，用于液氨的二次加压，第二液氨泵5可选用齿轮泵或柱塞泵等类型。

缓冲罐4通过管路与第二液氨泵5连通，缓冲罐4中的液氨经由第二液氨泵5升压至80bar，第二液氨泵5的出口处通过液氨输送管路与发动机组9连通；

第二液氨泵5与发动机组9之间的液氨输送管路上设有回流管与缓冲罐4连通，该回流管上设有第四调节阀20，多余的液氨经由第四调节阀20返回缓冲罐4中。

为减弱压力脉动，在第二液氨泵5出口处布置有蓄压器21，第四调节阀20能够根据泵后压力来调节阀门开度，以确保输出压力稳定。

通常而言，存储在存储罐1中的液氨温度要低于发动机组9所需的燃料温度，因此，在第二液氨泵5与发动机组9之间的液氨输送管路上还设有温度调节模块，温度调节模块由换热器6和循环模块15组成，换热器6不与回流管连通，换热器6仅对第二液氨泵5输出的用于发动机组9使用的液氨进行供给温度的调节，回流至缓冲罐4内的液氮不进行温度调节。

换热器6采用独立的循环模块15将液氨加热至所需温度，换热器6通过进水管和出水管与循环模块15构成循环，循环模块15内存储有换热介质，在换热器6的进水管和出水管之间连接有第三调节阀19，可根据进入换热器6内的液氨温度调节阀门开度，致使流经换热器6的换热介质流量变化，进而控制液氨温度，其中，换热介质采用50％的水乙二醇溶液。

第二液氨泵5与发动机组9之间的液氨输送管路上还设有流量计7，流量计7位于换热器6与发动机组9之间，用于计量输送给发动机组9的燃料流量。

第二液氨泵5与发动机组9的连通管路上还设有燃料阀组8(FVT)，燃料阀组8位于流量计7与发动机组9之间，燃料阀组8与发动机组9之间通过两条独立的管路连通，分别为输入管路和输出管路，输入管路用于控制液氨流入发动机组9，输入管路用于接收从发动机组9流出的液氨。

具体的，经高压供给模块调温调压后的液氨经过燃料阀组8输送给发动机组9，供发动机燃烧做功；多余的液氨也经由燃料阀组8再返回高压供给模块；

燃料阀组8还通过回收管路分别与缓冲罐4、回收罐10连通，回收管路为分叉管结构，回收管路的总管上设置了第二调节阀17，用于调节返回的液氨的背压，回收管路的分叉支管设有两个，一个支管与缓冲罐4连通，另一个与回收罐10连通，两个支管上均设有阀门，用于控制从发电机组9返回的液氨的输送路径。

一般情况下，液氨先进入回收罐10进行储存，储存一定量后排入缓冲罐4内，具体的，回收罐10通过管路与缓冲罐4连通，回收罐10与缓冲罐4连通的管路上设有第三液氨泵11，回收罐10上还设有液位传感器18，返回的高压液氨回到液氨回收模块中的液回收罐10后，液位传感器18用于监测回收罐10中的液位，当到达设定液位时，即开启第三液氨泵11将回收罐10中的液氨泵入高压供给模块中的缓冲罐4中，实现液氨的回收工作。

可以理解的是，回收罐10与缓冲罐4的连通管路上也设有阀门，用于控制回收罐10与缓冲罐4之间的通断。

存储罐1、低压供给模块的管路以及回收罐10均通过单独的排气管路与氨气处理模块12连通，用于氨气的排出，所有的排气管路上均设有泄压阀，氨气处理模块12通过管路与放空桅13连通，当氨气处理模块12将氨气处理完成后通过放空桅13排出。

其中，存储罐1和回收罐10上还布置有压力监测装置，当存储罐1或回收罐10中的氨气压力过高时，泄压阀开启，将氨气导入船上的氨气处理模块12，经处理后达到排放标准，再通过放空桅13排入大气，避免了氨气的直接排放，由于氨气的毒性和可燃性，直接排放的氨气具有相当程度的危险，并导致大气污染，因此，所有排放的氨气都需要经过氨气处理模块12处理后排放，氨气处理模块一般会采用水吸收法，利用氨气易溶于水的特性，将其存储在水中，并在靠泊时将含氨废水运至陆上处理。

可以理解的是，氨气处理模块12也可采用燃烧法等处理方法对氨气进行处理，具体的处理方法根据实际需求进行选择，这里不做过多的限制。

还设有氮气供应模块14，氮气供应模块通过氮气供应管路分别与低压供给模块、高压供给模块以及燃料阀组8中的液氮输送管路连通，相应的氮气供应管路上均设有阀门，用于控制不同氮气供应管路的通断。

在系统投入运行前，液氨输送管道需使用惰性气体(氮气)置换管道中的空气，并去除水分，氮气来自于船上的氮气供应模块14，同样，在系统停止运行后，如果短时间内不会再投入运行，则需要使用氮气将管道中残留的液氨吹扫，氮气同样来自于氮气供应模块14。

通过上述船用液氨燃料存储、加注及供应系统的设置，第一液氨泵3循环中多余的液氨会返回存储罐1，第二液氨泵5多余的液氨返回缓冲罐4，而通过发动机组9返回的液氨则进入回收罐10，回收罐10中回收的液氨到达一定储量后会泵送给缓冲罐4，进而通过缓冲罐4输送给第二液氨泵5，实现了不同部位、不同压力液氨的回收利用，有效避免了管道内液氨的压力波动。

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 (9)

1.一种船用液氨燃料存储、加注及供应系统，其特征在于，包括加注模块、存储模块、燃料供给模块以及回收模块，所述加注模块通过循环管路与存储模块连通，所述存储模块设有至少一个存储罐，所述燃料供给模块包括低压供给模块、高压供给模块以及相应的管路和阀门；

所述低压供给模块由第一液氨泵和第一调节阀组成，所述第一液氨泵与存储罐的出液管连通；

所述高压供给模块由缓冲罐和第二液氨泵组成，所述第一液氨泵通过输送管路与缓冲罐连通，第一液氨泵与缓冲罐之间的液氨输送管路与存储罐上的返回管连通，并在返回管上设置所述第一调节阀，多余的液氨经由第一调节阀返回存储罐，第一调节阀根据缓冲罐中的压力调节阀门开度，以确保输出压力的稳定；

所述缓冲罐通过输送管路与发动机组连通，第二液氨泵设置在缓冲罐与发动机组之间的输送管路上，第二液氨泵与发动机组之间的输送管路通过回流管与缓冲罐连通；所述第二液氨泵与发动机组之间的输送管路上还设有蓄压器和流量计，所述蓄压器邻近于第二液氨泵，所述第二液氨泵与发动机组之间的输送管路上还设有换热器，所述流量计位于换热器与发动机组之间；所述回流管上设有第四调节阀，所述第四调节阀能够根据第二液氨泵泵后压力来调节阀门开度，以确保输出压力稳定；多余的液氨经由第四调节阀返回缓冲罐中；

所述回收模块由回收罐和第三液氨泵组成，所述回收罐通过管路分别与发动机组、缓冲罐连通，所述第三液氨泵设置在回收罐与缓冲罐之间的管路上。

2.根据权利要求1所述的一种船用液氨燃料存储、加注及供应系统，其特征在于，所述存储罐为单层绝热储罐，罐外采用聚氨酯绝热材料喷涂；所述存储罐通过第一进液管、第二进液管以及气相管与加注模块连通，所述存储罐通过返回管以及出液管与第一液氨泵连通。

3.根据权利要求2所述的一种船用液氨燃料存储、加注及供应系统，其特征在于，所述第一进液管伸入存储罐的管口高度高于第二进液管，所述第一进液管伸入存储罐内的管口处连接有进液支管，进液支管沿存储罐的长度方向布置，进液支管的底部沿其长度方向间隔布置有若干出液口；所述气相管伸入存储罐内的管口高度高于第一进液管。

4.根据权利要求1所述的一种船用液氨燃料存储、加注及供应系统，其特征在于，所述连通缓冲罐与发动机组的输送管路进入密闭空间内的管道部分为双层管结构，内管用于输送液氨，外管内通有不断流通的空气。

5.根据权利要求1所述的一种船用液氨燃料存储、加注及供应系统，其特征在于，还包括温度调节模块，所述温度调节模块由换热器和循环模块组成，换热器通过循环管路与循环模块连接，所述循环管路上设有第三调节阀。

6.根据权利要求1所述的一种船用液氨燃料存储、加注及供应系统，其特征在于，所述发动机组所需液氨的输入及输出工作通过燃料阀组控制，所述燃料阀组位于第二液氨泵与发动机组之间的输送管路上，所述燃料阀组包含至少两个串联的阀门，并在两个阀门之间设置一个放空阀门。

7.根据权利要求6所述的一种船用液氨燃料存储、加注及供应系统，其特征在于，所述燃料阀组通过回收管路分别与缓冲罐、回收罐连通，所述回收管路为分叉管结构，回收管路的总管上设置了第二调节阀，回收管路的分叉支管设有两个，一个支管与缓冲罐连通，另一个与回收罐连通，两个支管上均设有阀门；所述回收罐上设有液位传感器。

8.根据权利要求1所述的一种船用液氨燃料存储、加注及供应系统，其特征在于，还设有氨气处理模块，所述存储罐、低压供给模块的管路以及回收罐均通过单独的排气管路与氨气处理模块连通，所述存储罐和回收罐上布置有压力监测装置，所有的排气管路上均设有泄压阀，所述氨气处理模块与放空桅连通。

9.根据权利要求6所述的一种船用液氨燃料存储、加注及供应系统，其特征在于，还设有氮气供应模块，所述氮气供应模块通过氮气供应管路分别与低压供给模块、高压供给模块以及燃料阀组中的管路连通，相应的氮气供应管路上均设有阀门。

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