CN114992016B - 氨燃料供给系统及船舶 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种氨燃料供给系统及船舶，包括储罐、预热器、稳定罐、高压泵、主机、流量控制系统以及温度压力控制系统；储罐内设置有低压泵，低压泵将氨燃料从储罐内泵出；预热器获取来自储罐的氨燃料，对氨燃料进行预热；预热后的氨燃料输送至稳定罐；高压泵泵取稳定罐内的氨燃料，对氨燃料增压；增压后的氨燃料输送至主机；主机设置有回流管道，回流管道经过预热器，回流管道内温度较高的氨燃料与预热器内温度较低的氨燃料进行换热，预热器换热后的氨燃料经过第二减压阀减压后汇合进入稳定罐中；流量控制系统采集稳定罐内的液位和压力；流量控制系统采集回流管道的流量和主机的需求流量；温度压力控制系统采集主机前端的温度和主机后端的压力。

Description

氨燃料供给系统及船舶
技术领域
本发明涉及燃料供应系统技术领域，具体涉及一种氨燃料供给系统及船舶。
背景技术
目前船舶主要使用的传统燃料还是以柴油为主，其燃烧产物中的氮氧化物、二氧化碳、碳氢化物等是污染地球主要污染物来源。而氨作为一种重要的化工原料，在化学医药及农药领域、冶金工业领域等存在着广泛应用，早在20世纪60年代，以氨为燃料的发动机在汽车、船舶及航天火箭等领域已经具有实际应用。由于氨不含碳元素和硫元素，不存在碳排放、硫排放问题，可作为燃料使用，其燃烧产物为仅氮气和水，是一种十分清洁的燃料，因此受到广泛关注，具有广阔的市场前景。
由于氨的沸点较低，易气化，而氨燃料发动机要求高压液氨进机且需保证进机参数稳定，因此氨燃料供给系统需要有灵活可调的温度、压力控制方法，避免供应系统中出现气体产生。此外，氨燃料主机运行过程中会产生较高温度的回流液，其不仅会造成泵间流量波动，且处理不当系统内部会发生气化。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的在于提供一种氨燃料供给系统及船舶，以确保进入主机的氨燃料满足发动机参数要求，同时维持供应系统流量、压力以及温度稳定，且系统运行过程中无氨气释放，保证船舶航行的安全。
本发明实施例提供一种氨燃料供给系统，包括储罐、预热器、稳定罐、高压泵、主机、流量控制系统以及温度压力控制系统；
所述储罐内设置有低压泵，所述低压泵将氨燃料从所述储罐内泵出；所述预热器获取来自所述储罐的氨燃料，并对氨燃料进行预热；预热后的氨燃料输送至所述稳定罐；所述高压泵泵取所述稳定罐内的氨燃料，并对氨燃料增压；增压后的氨燃料输送至主机，以供所述主机使用；
所述主机设置有回流管道，所述回流管道经过所述预热器，所述回流管道内温度较高的氨燃料与所述预热器内温度较低的氨燃料进行换热，所述预热器换热后的氨燃料经过第二减压阀减压后汇合进入所述稳定罐中；
所述流量控制系统采集所述稳定罐内的液位和压力，以控制氨燃料进入所述预热器的流量；所述流量控制系统采集所述回流管道的流量和所述主机的需求流量，以控制所述高压泵的工作频率；
所述温度压力控制系统采集所述主机前端的温度和所述主机后端的压力，以控制所述主机的工作状态。
进一步地，所述储罐与所述预热器通过第一主流管道连接，所述储罐还连接有用于辅助调节输入所述预热器流量的第一旁路管道，所述第一旁路管道连接所述第一主流管道，以对多余的氨燃料进行回流至所述储罐内；
所述第一旁路管道上设置有用于调节所述第一旁路管道的旁路调节阀，所述旁路调节阀与所述流量控制系统连接，以通过所述流量控制系统控制所述旁路调节阀的开度；
所述第一旁路管道上还设置有第一减压阀，以对回流的氨燃料进行减压；
所述第一旁路管道上设置有第一旁路温度传感器，所述第一旁路温度传感器与所述温度压力控制系统电性连接。
进一步地，所述氨燃料供给系统还包括制冷系统，所述第一旁路管道上设置有回流冷却器，所述制冷系统通过第二制冷管道与所述回流冷却器连接，所述第二制冷管道上设置有第二冷液调节阀，所述第二冷液调节阀与所述温度压力控制系统电性连接，以通过所述温度压力控制系统控制所述第二冷液调节阀的开度。
进一步地，所述稳定罐内设置有第一冷却盘管，所述制冷系统通过第一制冷管道与所述第一冷却盘管连接，所述第一制冷管道上设置有第一冷液调节阀，所述第一冷液调节阀与所述温度压力控制系统电性连接，以通过所述温度压力控制系统控制所述第一冷液调节阀的开度。
进一步地，所述氨燃料供给系统还包括动态调压系统，所述动态调压系统包括氨气处理装置和氮气发生器；
所述氨气处理装置与所述稳定罐顶部的出气端连接，所述稳定罐内的气体通过所述氨气处理装置处理后排出；
所述氮气发生器还连接有氮气缓冲罐，所述氮气发生器产生的氮气输送至所述氮气缓冲罐存储；所述氮气缓冲罐的气体输出端并联设置有至少两条氮气输送管道，其中一条所述氮气输送管道连接所述稳定罐的进气端，以供氮气调节所述稳定罐内压力；其余的所述氮气输送管道连接任意管道，以供氮气在停机状态下吹扫氨燃料供给系统的管道。
进一步地，所述回流管道上设置有背压阀，所述背压阀与所述温度压力控制系统电性连接，以通过所述温度压力控制系统控制所述背压阀。
进一步地，所述主机上设置有电子喷射阀，所述回流管道上还设置有回流管路压力传感器，所述主机前端管路设置有主机前端温度传感器，所述电子喷射阀、所述回流管路压力传感器以及所述主机前端温度传感器均与所述温度压力控制系统电性连接，以实现所述电子喷射阀、所述回流管路压力传感器以及所述主机前端温度传感器联锁。
进一步地，所述回流管道上设置有回流管路流量传感器，所述回流管路流量传感器、所述高压泵以及所述主机均与所述流量控制系统电性连接；所述流量控制系统采集所述回流管路流量传感器的流量值和所述主机的流量需求，以调节所述高压泵的工作频率。
进一步地，所述氨燃料供给系统还包括有换热器，所述换热器设置于所述增压泵和所述主机之间；所述换热器与来自热媒的第一热媒换热器的水乙二醇溶液进行换热，所述换热器与所述第一热媒换热器之间的管路设置有第一流量调节阀，所述第一流量调节阀与所述温度压力控制系统电性连接。
进一步地，所述回流管道上还连接有第二旁路管道，所述第二旁路管道连接至所述高压泵与所述换热器之间的管路上；所述第二旁路管道上设置有第一旁路调节阀。
进一步地，所述回流管道上还连接有第三旁路管道，所述第三旁路管道连接至所述高压泵与所述换热器之间的管路上；所述第三旁路管道上设置有第二旁路调节阀；所述第一旁路调节阀和所述第二旁路调节阀均为止回阀，且所述第一旁路调节阀和所述第二旁路调节阀方向相反；
所述氨燃料供给系统还包括稳定系统，所述高压泵、所述第一旁路调节阀和所述第二旁路调节阀均与所述稳定系统电性连接。
进一步地，所述稳定罐设置有稳定罐压力传感器、稳定罐液位传感器以及稳定罐温度传感器，所述稳定罐压力传感器分别与所述流量控制系统和所述温度压力控制系统电性连接；所述稳定罐液位传感器与所述流量控制系统电性连接；所述稳定罐温度传感器与所述温度压力控制系统电性连接。
进一步地，所述预热器连接有第二热媒换热器，所述预热器与所述第二热媒换热器之间的管路设置有第二流量调节阀，所述第二流量调节阀与所述温度压力控制系统电性连接；所述稳定罐内设置有第二冷却盘管，所述第二冷却盘管与所述第二热媒换热器通过第二制冷管道连接，所述第二制冷管道上设置有第二冷液调节阀；所述第二冷液调节阀与所述温度压力控制系统电性连接。
本发明实施例还提供一种船舶，包括上述的氨燃料供给系统。
本实施例提供的氨燃料供给系统及船舶，其有益效果在于：
(1)多种控制方法实现系统精准调节，可实现非变频调节下的泵出口流量调节；采用的前馈-反馈控制、带压力补偿的温度控制等多种控制方法可实现系统流量、温度以及压力的精准调节，保证系统稳定运行。
(2)通过设置第一旁路管道来对低压泵泵出的氨燃料进行回流，旁路调节阀和稳定罐中的压力或液位建立联锁控制，可针对系统工况迅速进行反应。低压泵出口流量调节无需通过变频调节，拓宽了泵的选型范围，避免了变频器的使用，降低了设备成本。
(3)低压泵和高压泵间设置稳定罐，当低压泵的流量和高压泵的流量不匹配或主机的回流流体波动时可对流量波动进行平抑，避免了高压泵入口参数的不稳定；通过设置稳定罐，流量控制系统可对高压泵和低压泵进行顺序调节，高压泵流量随主机流量需求迅速变化，高压泵参数变化后，稳定罐内压力、液位也相应发生变化，从而带动低压泵进行相应调节，使得系统可迅速根据主机需求进行相应调节，通过稳定罐的设置，保障了系统调节过程中的参数平稳变化，提高了系统的稳定性。
(4)氨燃料供给系统还设置有动态调压系统，可防止稳定罐内发生气化或超压。
(5)当系统在较长时间内停机时，为防止稳定罐中的液氨吸收环境热量而发生气化，温度压力控制系统实时监测稳定罐内温度，当稳定罐罐内温度接近饱和温度时，调节制冷系统的第一冷液调节阀，保证稳定罐内温度低于液氨饱和温度，防止液氨气化。
(6)主机运行产生的较高温度的回流液在预热器中由低温供应主流体冷却，有效防止了回流液在减压过程中发生气化，提高了系统运行的可靠性并避免了回流液气化造成氨气消耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明第一实施例中氨燃料供给系统的结构示意图。
图2为本发明第二实施例中氨燃料供给系统的结构示意图。
图3为本发明第三实施例中氨燃料供给系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
此外，流量控制系统70、温度压力控制系统80、制冷系统90以及稳定系统可以是例如是具有ROM或RAM等存储器和CPU的计算机，存储在ROM中的程序由CPU执行；还可以是单一的设备，也可以分割为多个设备。
[第一实施例]
请参阅图1，本发明实施例提供一种氨燃料供给系统，包括储罐10、预热器20、稳定罐30、高压泵40、换热器50、主机60、流量控制系统70以及温度压力控制系统80，其中储罐10用于存储氨燃料。
储罐10内设置有低压泵11，低压泵11将氨燃料从储罐10内泵出，预热器20获取来自储罐10的氨燃料，并对氨燃料进行预热。预热后的氨燃料经过第一截止阀V21输送至稳定罐30中。高压泵40泵取稳定罐30内的氨燃料，并对氨燃料增压至主机60所需要的压力，以供主机60使用。增压后的氨燃料进入换热器50加热至主机60所需要的温度，并将加热后的氨燃料输送至主机60，以供主机60使用。
主机60设置有回流管道L60，以回收再利用主机60未消耗的氨燃料。回流管道L60经过除油器21再进入预热器20，回流管道L60内温度较高的氨燃料与预热器20内来自储罐10中温度较低的氨燃料进行换热，预热器20换热后的氨燃料经过第二减压阀V20减压后汇合再经过第一截止阀V21进入稳定罐30中。
流量控制系统70采集稳定罐30内的液位和压力，以控制氨燃料进入预热器20的流量；流量控制系统70采集回流管道L60的流量和主机的需求流量，以控制高压泵40的工作频率；
温度压力控制系统80采集主机60前端的温度和主机60后端的压力，以控制主机60的工作状态。
具体地，稳定罐30设置有用于监测稳定罐30内压力的稳定罐压力传感器(图未标)、用于监测稳定罐30内液位的稳定罐液位传感器(图未标)以及用于监测稳定罐30内温度的稳定罐温度传感器(图未标)，稳定罐压力传感器分别与流量控制系统70和温度压力控制系统80电性连接。稳定罐液位传感器与流量控制系统70电性连接。稳定罐温度传感器与温度压力控制系统80电性连接。
具体地，储罐10与预热器20通过第一主流管道L11连接，储罐10还连接有用于辅助调节输入预热器20流量的第一旁路管道L12，第一旁路管道L12连接第一主流管道L11，以对多余的氨燃料进行回流至储罐10内。
当低压泵11不配备变频调节或变频调节后的流量仍高于主机60需求流量时，可通过第一旁路管道L12调节。通过第一旁路管道L12回流氨燃料，以减少进入预热器20的氨燃料，以控制氨燃料的输入量。
第一旁路管道L12上设置有用于调节第一旁路管道L12的旁路调节阀V11，旁路调节阀V11与流量控制系统70连接，以通过流量控制系统70控制旁路调节阀V11的开度。
第一旁路管道L12上氨燃料的回流流量可为根据稳定罐30内液位控制调节，可为根据稳定罐30内压力控制调节，还可以根据稳定罐30内液位和压力同时控制调节。流量控制系统70可以采集稳定罐30内的液位值和/或稳定罐30内的压力值，以控制旁路调节阀V11的开度。
在实际使用的过程中，通常采用根据稳定罐30内压力调节或根据稳定罐30内液位调节。
作为本实施例一种可选地实施方式，第一旁路管道L12采用根据稳定罐30内的压力调节。高压泵40的流量随主机60流量及时发生变化，而低压泵11的流量尚未发生变化时，稳定罐30内的压力值会随之发生变化，并被流量控制系统70采集。流量控制系统70通过控制旁路调节阀V11的开度，直至稳定罐30内的压力值为设定压力值。
作为本实施例一种可选地实施方式，根据稳定罐30内的液位调节。高压泵40的流量随主机60流量及时发生变化，而低压泵11的流量尚未发生变化时，稳定罐30内的液位随之发生变化，并被流量控制系统70采集。流量控制系统70通过控制旁路调节阀V11的开度，直至稳定罐30内的液位值为设定液位值。
值得一提的是，为了保障氨燃料供给系统的安全，稳定罐30内设置有高液位报警和低液位报警，当稳定罐30高液位报警时，旁路调节阀V11全开；当稳定罐30低液位报警，旁路调节阀V11全关。
第一旁路管道L12上还设置有第一减压阀V12，以对回流的氨燃料进行减压至储罐10压力后进入储罐10存储。
第一旁路管道L12上设置有第一旁路温度传感器93，以采集第一旁路管道L12中氨燃料的温度，第一旁路温度传感器93与温度压力控制系统80电性连接。
具体地，氨燃料供给系统还包括制冷系统90，稳定罐30内设置有第一冷却盘管91，第一旁路管道L12上设置有回流冷却器92，制冷系统90分别连接第一冷却盘管91和回流冷却器92。
制冷系统90的低温冷媒进入稳定罐30内的第一冷却盘管91，以对稳定罐30内的氨燃料进行冷却，保证稳定罐30内的温度低于液氨饱和温度，避免氨燃料在稳定罐30内气化。在实际使用的过程中，第一冷却盘管91设置于稳定罐30内胆外壁。
为了对稳定罐30进行保温，还可以在稳定罐30的内胆外壁填充保温材料(图未示)，保温材料可为三聚酯、聚氨酯泡沫塑料、发泡玻璃、改性酚醛泡沫、气凝胶等，但不限定于此。
制冷系统90通过第一制冷管道L91与第一冷却盘管91连接，第一制冷管道L91上设置有第一冷液调节阀V91，第一冷液调节阀V91与温度压力控制系统80电性连接，以通过温度压力控制系统80控制第一冷液调节阀V91的开度。
为了避免稳定罐30内温度测量的滞后效应影响温度调节的准确性，稳定罐30内的温度采取带压力补偿的温度控制。稳定罐内的压力和温度、第一冷液调节阀V91与温度压力控制系统80联锁，即稳定罐压力传感器、第一冷液调节阀V91、稳定罐温度传感器以及温度压力控制系统80联锁，温度压力控制系统80矫正后的温度T＝f(T′，p)，其中T′为稳定罐温度传感器测得的稳定罐30内的温度值，p为稳定罐压力传感器测得的稳定罐30内的压力值。
制冷系统90通过第二制冷管道L92与回流冷却器92连接，第二制冷管道L92上设置有第二冷液调节阀V92，第二冷液调节阀V92与温度压力控制系统80电性连接，以通过温度压力控制系统80控制第二冷液调节阀V92的开度。温度压力控制系统80通过第一旁路温度传感器93采集第一旁路管道L12上氨燃料的温度，以根据第一旁路管道L12上氨燃料的温度调节第二冷液调节阀V92的开度，从而调节第一旁路管道L12上氨燃料的温度。第二冷液调节阀V92、第一旁路温度传感器93以及温度压力控制系统80联锁。
也就是说，第一旁路管道L12上氨燃料的温度调节采用前馈-反馈控制，温度压力控制系统80根据低压泵11额定流量和主机60的需求流量确定回流的流量，根据回流的流量调节第二冷液调节阀V92的开度，以改变低温冷媒流量实现前馈调节。为确保回流冷却器92的冷却效果，防止低温冷媒参数变化引起回流冷却器92出口处的回流流体温度高于储罐10中液氨温度，第一旁路温度传感器93设置于回流冷却器92的出口处，通过监测回流冷却器92输出的氨燃料温度反馈调节第二冷液调节阀V92的开度。
具体地，主机60上设置有电子喷射阀61，回流管道L60上还设置有回流管路压力传感器62，主机60前端管路设置有主机前端温度传感器63，电子喷射阀61、回流管路压力传感器62以及主机前端温度传感器63均与温度压力控制系统80电性连接，以实现电子喷射阀61、回流管路压力传感器62以及主机前端温度传感器63联锁。回流管路压力传感器62设置于回流管道L60靠近主机60的端部，以准确获得主机60后端管路的压力值。
为了防止氨燃料供给系统在启动或停机过程中不满足进机条件的氨燃料进入主机60中燃烧，主机前端温度传感器63、回流管路压力传感器62同主机60内的电子喷射阀61联锁，当主机前端温度传感器63和回流管路压力传感器62测得的温度和压力均满足主机60需求时，电子喷射阀61才开启，否则电子喷射阀61关闭。
回流管道L60上设置有背压阀V60，背压阀V60与温度压力控制系统80电性连接，以通过温度压力控制系统80控制背压阀V60。背压阀V60可以在管路压力不稳的状态下，能保持管线所需压力，使泵能正常输出流量。
值得一提的是，回流管路压力传感器62设置于主机60后端，背压阀V60的前端，以同时获得主机60后端管路的压力值和背压阀V60阀前压力值。
在稳定罐30中的氨燃料经过高压泵40加压，再经过换热器50加热后经主机60进入回流管道L60，并返回值稳定罐30的过程中，温度压力控制系统80得到回流管路压力传感器62的压力值，从而调节背压阀V60的开度，直至背压阀V60阀前压力达到设定压力且稳定。
回流管道L60上设置有回流管路流量传感器64，回流管路流量传感器64、高压泵40以及主机60均与流量控制系统70电性连接。流量控制系统70采集回流管路流量传感器64的流量值和主机60的流量需求，以调节高压泵40的工作频率。
具体地，换热器50与来自热媒的第一热媒换热器51的水乙二醇溶液进行换热，换热器50与第一热媒换热器51之间的管路设置有第一流量调节阀V51，第一流量调节阀V51与温度压力控制系统80电性连接。温度压力控制系统80采集换热器50的出口温度、稳定罐30内的温度以及主机60的需求流量，采用前馈-反馈控制。也就是说，温度压力控制系统80先根据稳定罐30内的温度以及主机60的氨燃料需求流量调节第一流量调节阀V51的开度，实现前馈调节。通过换热器50出口温度反馈调节第一流量调节阀V51的开度，从而实现换热器50的温度控制。
热媒来源包括但不限定于主机缸套水、海水、锅炉蒸汽等。
高压泵40可采用容积式泵(如隔膜泵、活塞泵)或离心式泵。
具体地，回流管道L60上还连接有第二旁路管道L61和第三旁路管道L62，第二旁路管道L61和第三旁路管道L62均连接至高压泵40与换热器50之间的管路上。第二旁路管道L61上设置有第一旁路调节阀V61，第三旁路管道L62上设置有第二旁路调节阀V62，第一旁路调节阀V61和第二旁路调节阀V62均为止回阀，第一旁路调节阀V61和第二旁路调节阀V62方向相反。
更具体地，氨燃料供给系统还包括稳定系统(图未标)，高压泵40、第一旁路调节阀V61和第二旁路调节阀V62均与稳定系统电性连接，使得高压泵40、第一旁路调节阀V61、第二旁路调节阀V62与稳定系统联锁。
在本实施例中，高压泵40采用容积式泵，泵的出口流量和压力处于波动状态，当活塞杆运动到上止点时，出口流量、压力最大，当活塞杆运动到下止点时，出口流量、压力最小。当高压泵40活塞杆运动到上止点时，出口流量、压力大，由于回流管路L60的压力约为高压泵40额定输出压力，小于此时高压泵40的出口压力，通过第二旁路调节阀V62打开，实现高压富余流体流入回流管道L60。当高压泵40活塞杆运动到下止点时，出口流量、压力小，回流管路L60压力大于此时高压泵40的出口压力，通过第一旁路调节阀V61打开，实现回流管路L60流体补入高压泵40的出口管路，从而实现了容积式泵出口流量和压力的稳定。
高压泵40选用容积式泵时，其流量调节范围广且效率较高，因此优选采用变频调节。主机运行时，需满足回流流量Q′为主机60需求流量Q的0.2～0.3倍。高压泵40、主机60、回流管路流量传感器64和流量控制系统70联锁。当系统流量需求发生变化时，高压泵40流量根据主机60流量需求变化，同时根据回流流量Q′进行调节，确保回流流量Q′为主机需求流量Q的0.2～0.3倍。高压泵40流量调节可为比例调节控制，为避免采用除法器的比值控制系统在低流量下容易引起系统增益过大，进而产生振荡，优选使用乘法器的比值控制系统。此外，回流流量同主机60流量比值为一范围，故同时采取条件控制，当回流流量Q′<0.2Q或Q′>0.3Q时，高压泵40输出流量Qo＝Q1+aQ-Q′，其中Q1为高压泵40上一时刻输出流量，a为比例系数，可为0.2～0.3，优选为0.25。
具体地，氨燃料供给系统还包括动态调压系统，动态调压系统包括用于释放压力的氨气处理装置31和补充压力的氮气发生器32。
氨气处理装置31与稳定罐30顶部的出气端连接，稳定罐30内的气体通过氨气处理装置31处理后排出。在氨气处理装置31与稳定罐30的连接管道上还设置有泄放阀(图未标)，以自动控制气体的排放。当稳定罐30中液位发生急剧上升时，泄放阀打开，稳定罐30内的气体进入氨气处理装置31进行处理后排出，防止气体中携带的氨气直接排出引起人员伤害或环境危害。当稳定罐30压力降至设定压力后，泄放阀自动回落关闭。
氮气发生器32还连接有氮气缓冲罐33，氮气发生器32产生的氮气输送至氮气缓冲罐33存储，以供使用。氮气缓冲罐33的气体输出端并联设置有至少两条氮气输送管道，其中一条氮气输送管道连接稳定罐30的进气端，且该条氮气输送管道上配置有氮气调节阀(图未标)，以供氮气调节稳定罐30内压力。氮气调节阀与稳定罐30内的压力联锁，即稳定罐30与稳定罐压力传感器联锁，当稳定罐30中液位发生急剧下降时，为了防止稳定罐30压力下降引起的氨燃料气化，同时造成高压泵40入口前压力波动，打开氮气调节阀以供氮气输入至稳定罐30内。当稳定罐30内的压力达到预设的压力值后，氮气调节阀关闭即可停止氮气输入。
其余的氮气输送管道连接任意管道，这些管道可以是氨燃料供应管路，也可以是氨燃料的回流管路，以供氮气在停机状态下吹扫氨燃料供给系统的管道。在用于吹扫氨燃料供给系统的氮气输送管道上配置有截止阀(图未标)，在主机停机状态下，打开截止阀即可将输入氮气。
本发明实施例还提供一种船舶，包括上述的氨燃料供给系统。船舶可以是氨燃料动力船舶或者带有氨燃料动力的双燃料动力船舶。
本发明第一实施例的氨燃料供给系统主要的工作原理及流程如下：
(1)主机启动前准备阶段
主机启动前需先在氨燃料供给系统中营造稳定的温度、压力条件。储罐10中的氨燃料通过低压泵11升压后进入稳定罐30中，第一旁路管道L12的旁路调节阀V11的开度可根据稳定罐30内的稳定罐压力传感器或稳定罐液位传感器调节，当稳定罐30中压力/液位达到设定压力/液位后旁路调节阀V11的开度达到最大。
第一旁路管道L12中回流的氨燃料经回流冷却器92冷却，通过温度压力控制系统80调节制冷系统90中第二冷液调节阀V92的开度，将回流的氨燃料冷却到设置温度，第二冷液调节阀V92可对回流温度进行前馈调节，第一旁路温度传感器93可对回流温度进行反馈调节，冷却后的氨燃料经第一减压阀V12减压至储罐10的压力后进入储罐10。
稳定罐30中氨燃料经高压泵40加压和换热器50加热后，经主机60进入回流管路L60，回流的氨燃料完成回流管路L60充装后返回到稳定罐30中。此过程中温度压力控制系统80得到背压阀V60阀前的回流管路压力传感器62的压力值及主机60入口前主机前端温度传感器63的温度值，调节第一热媒换热器51中第一流量调节阀V51的开度和背压阀V60的开度，直至主机60入口前温度稳定，背压阀V60阀前压力达到设定压力且稳定。此时，温度压力控制系统80控制主机60的电子喷射阀61打开，主机60进入正常运行状态。
(2)主机正常运行状态
主机正常运行时，储罐10中的氨燃料经低压泵11加压后进入预热器20，在预热器20中，低温主流体对高温回流液进行冷却，升温后的主流体经第一截止阀V21进入稳定罐30中。同时，冷却后的回流液经第二减压阀V20减压后同主流体混合并一同进入稳定罐30中。
稳定罐30中的氨燃料经高压泵40加压后流出，高压泵40、第一旁路调节阀V61、第二旁路调节阀V62以及稳定系统联锁。当高压泵40活塞杆运动到上止点时，第二旁路调节阀V62打开，实现高压富余流体流入回流管路L60；当高压泵40活塞杆运动到下止点时，第一旁路调节阀V61打开，实现回流管路L60的氨燃料补入高压泵40的出口管路，从而实现了容积式泵出口流量和压力的稳定。经过高压泵40加压后的氨燃料经换热器50加热到设定温度后进入主机60中燃烧。
主机60剩余的氨燃料在回流管路L60中经除油器21除油后进入预热器20冷却，冷却后的回流液经第二减压阀V20减压至低压泵11泵出主流体压力后同主流体混合进入稳定罐30中，从而实现回流液的回用。
(3)主机停机状态
主机停机时，主机60的电子喷射阀61、低压泵11以及高压泵40关闭，打开氮气输送管道上的截止阀，氮气将供应管路和回流管路L60中的液氨吹扫入稳定罐30中。在长时间停机时，温度压力控制系统80实时监测稳定罐30内温度，当罐内温度接近饱和温度时，调节制冷系统90的第一冷液调节阀V91，保证稳定罐30内温度低于液氨饱和温度，防止液氨气化。
本发明实施例提供的氨燃料供给系统及船舶，其有益效果如下：
(1)多种控制方法实现系统精准调节，可实现非变频调节下的泵出口流量调节；采用的前馈-反馈控制、带压力补偿的温度控制等多种控制方法可实现系统流量、温度以及压力的精准调节，保证系统稳定运行。
(2)通过设置第一旁路管道L12来对低压泵11泵出的氨燃料进行回流，旁路调节阀V11和稳定罐30中的压力或液位建立联锁控制，可针对系统工况迅速进行反应。低压泵11出口流量调节无需通过变频调节，拓宽了泵的选型范围，避免了变频器的使用，降低了设备成本。
(3)低压泵11和高压泵40间设置稳定罐30，当低压泵11的流量和高压泵40的流量不匹配或主机60的回流流体波动时可对流量波动进行平抑，避免了高压泵40入口参数的不稳定；通过设置稳定罐30，流量控制系统70可对高压泵40和低压泵11进行顺序调节，高压泵40流量随主机60流量需求迅速变化，高压泵40参数变化后，稳定罐30内压力、液位也相应发生变化，从而带动低压泵11进行相应调节，使得系统可迅速根据主机60需求进行相应调节，通过稳定罐30的设置，保障了系统调节过程中的参数平稳变化，提高了系统的稳定性。
(4)氨燃料供给系统还设置有动态调压系统，可防止稳定罐30内发生气化或超压。
(5)当系统在较长时间内停机时，为防止稳定罐中的液氨吸收环境热量而发生气化，温度压力控制系统80实时监测稳定罐30内温度，当稳定罐30罐内温度接近饱和温度时，调节制冷系统90的第一冷液调节阀V91，保证稳定罐30内温度低于液氨饱和温度，防止液氨气化。
(6)主机60运行产生的较高温度的回流液在预热器20中由低温供应主流体冷却，有效防止了回流液在减压过程中发生气化，提高了系统运行的可靠性并避免了回流液气化造成氨气消耗。
[第二实施例]
请参阅图2，本实施例与上一实施例的区别在于，回流管道L60上连接有第二旁路管道L61，第二旁路管道L61连接至所高压泵40与换热器50之间的管路上。第二旁路管道L61上设置有第二旁路调节阀V61，第二旁路调节阀V61与流量控制系统70电性连接。
在本实施例中，高压泵40选用离心式泵。由于离心式泵调节范围较窄，最佳工况区后效率大幅下降，故可不设置变频调节器。第二旁路调节阀V61与流量控制系统70联锁，根据主机60流量需求调节第二旁路调节阀V61的开度，控制更简单便捷。
[第三实施例]
本实施例与第一实施例的区别在于，本实施例仅仅通过预热器20将氨燃料加热至主机60所需要的温度，同时对来自回流管路L60的氨燃料进行冷却。采用稳定罐30前加热，有利于降低系统建造成本。
预热器20连接有来自热媒的第二热媒换热器23，预热器20与第二热媒换热器23之间的管路设置有第二流量调节阀V23，第二流量调节阀V23与温度压力控制系统80电性连接。
稳定罐30内设置有第二冷却盘管22，第二冷却盘管22与第二热媒换热器23通过第二制冷管道L22连接，第二制冷管道L22上设置有第二冷液调节阀V22，第二冷液调节阀V22与温度压力控制系统80电性连接，以通过温度压力控制系统80控制第二冷液调节阀V22的开度。
也就是说，制冷系统90仅对回流冷却器92进行冷却，可以降低制冷系统90的设备规模。
在本实施例中，稳定罐30可以不用设置保温措施，同时将稳定罐30加热到35～55℃。采用该种方式有利于高压泵40的选型，避免低温条件下高压泵40难以选型及密封而增加额外成本。此外，氨燃料预先加热后，系统停机后稳定罐30上的第二冷却盘管22可利用常温热媒进行冷却，减少了制冷系统的功率，从而有利于降低系统成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (13)

1.一种氨燃料供给系统，其特征在于，包括储罐(10)、预热器(20)、稳定罐(30)、高压泵(40)、主机(60)、流量控制系统(70)以及温度压力控制系统(80)；
所述储罐(10)内设置有低压泵(11)，所述低压泵(11)将氨燃料从所述储罐(10)内泵出；所述预热器(20)获取来自所述储罐(10)的氨燃料，并对氨燃料进行预热；预热后的氨燃料输送至所述稳定罐(30)；所述高压泵(40)泵取所述稳定罐(30)内的氨燃料，并对氨燃料增压；增压后的氨燃料输送至主机(60)，以供所述主机(60)使用；
所述主机(60)设置有回流管道(L60)，所述回流管道(L60)经过所述预热器(20)，所述回流管道(L60)内温度较高的氨燃料与所述预热器(20)内温度较低的氨燃料进行换热，所述预热器(20)换热后的氨燃料经过第二减压阀(V20)减压后汇合进入所述稳定罐(30)中；
所述流量控制系统(70)采集所述稳定罐(30)内的液位和压力，以控制氨燃料进入所述预热器(20)的流量；所述流量控制系统(70)采集所述回流管道(L60)的流量和所述主机的需求流量，以控制所述高压泵(40)的工作频率；
所述温度压力控制系统(80)采集所述主机(60)前端的温度和所述主机(60)后端的压力，以控制所述主机(60)的工作状态；
所述储罐(10)与所述预热器(20)通过第一主流管道(L11)连接，所述储罐(10)还连接有用于辅助调节输入所述预热器(20)流量的第一旁路管道(L12)，所述第一旁路管道(L12)连接所述第一主流管道(L11)，以对多余的氨燃料进行回流至所述储罐(10)内；
所述第一旁路管道(L12)上设置有用于调节所述第一旁路管道(L12)的旁路调节阀(V11)，所述旁路调节阀(V11)与所述流量控制系统(70)连接，以通过所述流量控制系统(70)控制所述旁路调节阀(V11)的开度；
所述第一旁路管道(L12)上还设置有第一减压阀(V12)，以对回流的氨燃料进行减压；
所述第一旁路管道(L12)上设置有第一旁路温度传感器(93)，所述第一旁路温度传感器(93)与所述温度压力控制系统(80)电性连接。
2.根据权利要求1所述的氨燃料供给系统，其特征在于，所述氨燃料供给系统还包括制冷系统(90)，所述第一旁路管道(L12)上设置有回流冷却器(92)，所述制冷系统(90)通过第二制冷管道(L92)与所述回流冷却器(92)连接，所述第二制冷管道(L92)上设置有第二冷液调节阀(V92)，所述第二冷液调节阀(V92)与所述温度压力控制系统(80)电性连接，以通过所述温度压力控制系统(80)控制所述第二冷液调节阀(V92)的开度。
3.根据权利要求2所述的氨燃料供给系统，其特征在于，所述稳定罐(30)内设置有第一冷却盘管(91)，所述制冷系统(90)通过第一制冷管道(L91)与所述第一冷却盘管(91)连接，所述第一制冷管道(L91)上设置有第一冷液调节阀(V91)，所述第一冷液调节阀(V91)与所述温度压力控制系统(80)电性连接，以通过所述温度压力控制系统(80)控制所述第一冷液调节阀(V91)的开度。
4.根据权利要求1所述的氨燃料供给系统，其特征在于，所述氨燃料供给系统还包括动态调压系统，所述动态调压系统包括氨气处理装置(31)和氮气发生器(32)；
所述氨气处理装置(31)与所述稳定罐(30)顶部的出气端连接，所述稳定罐(30)内的气体通过所述氨气处理装置(31)处理后排出；
所述氮气发生器(32)还连接有氮气缓冲罐(33)，所述氮气发生器(32)产生的氮气输送至所述氮气缓冲罐(33)存储；所述氮气缓冲罐(33)的气体输出端并联设置有至少两条氮气输送管道，其中一条所述氮气输送管道连接所述稳定罐(30)的进气端，以供氮气调节所述稳定罐(30)内压力；其余的所述氮气输送管道连接任意管道，以供氮气在停机状态下吹扫氨燃料供给系统的管道。
5.根据权利要求1所述的氨燃料供给系统，其特征在于，所述回流管道(L60)上设置有背压阀(V60)，所述背压阀(V60)与所述温度压力控制系统(80)电性连接，以通过所述温度压力控制系统(80)控制所述背压阀(V60)。
6.根据权利要求1所述的氨燃料供给系统，其特征在于，所述主机(60)上设置有电子喷射阀(61)，所述回流管道(L60)上还设置有回流管路压力传感器(62)，所述主机(60)前端管路设置有主机前端温度传感器(63)，所述电子喷射阀(61)、所述回流管路压力传感器(62)以及所述主机前端温度传感器(63)均与所述温度压力控制系统(80)电性连接，以实现所述电子喷射阀(61)、所述回流管路压力传感器(62)以及所述主机前端温度传感器(63)联锁。
7.根据权利要求1所述的氨燃料供给系统，其特征在于，所述回流管道(L60)上设置有回流管路流量传感器(64)，所述回流管路流量传感器(64)、所述高压泵(40)以及所述主机(60)均与所述流量控制系统(70)电性连接；所述流量控制系统(70)采集所述回流管路流量传感器(64)的流量值和所述主机(60)的流量需求，以调节所述高压泵(40)的工作频率。
8.根据权利要求1所述的氨燃料供给系统，其特征在于，所述氨燃料供给系统还包括有换热器(50)，所述换热器(50)设置于所述高压泵(40)和所述主机(60)之间；所述换热器(50)与来自热媒的第一热媒换热器(51)的水乙二醇溶液进行换热，所述换热器(50)与所述第一热媒换热器(51)之间的管路设置有第一流量调节阀(V51)，所述第一流量调节阀(V51)与所述温度压力控制系统(80)电性连接。
9.根据权利要求8所述的氨燃料供给系统，其特征在于，所述回流管道(L60)上还连接有第二旁路管道(L61)，所述第二旁路管道(L61)连接至所述高压泵(40)与所述换热器(50)之间的管路上；所述第二旁路管道(L61)上设置有第一旁路调节阀(V61)。
10.根据权利要求9所述的氨燃料供给系统，其特征在于，所述回流管道(L60)上还连接有第三旁路管道(L62)，所述第三旁路管道(L62)连接至所述高压泵(40)与所述换热器(50)之间的管路上；所述第三旁路管道(L62)上设置有第二旁路调节阀(V62)；所述第一旁路调节阀(V61)和所述第二旁路调节阀(V62)均为止回阀，且所述第一旁路调节阀(V61)和所述第二旁路调节阀(V62)方向相反；
所述氨燃料供给系统还包括稳定系统，所述高压泵(40)、所述第一旁路调节阀(V61)和所述第二旁路调节阀(V62)均与所述稳定系统电性连接。
11.根据权利要求1所述的氨燃料供给系统，其特征在于，所述稳定罐(30)设置有稳定罐压力传感器、稳定罐液位传感器以及稳定罐温度传感器，所述稳定罐压力传感器分别与所述流量控制系统(70)和所述温度压力控制系统(80)电性连接；所述稳定罐液位传感器与所述流量控制系统(70)电性连接；所述稳定罐温度传感器与所述温度压力控制系统(80)电性连接。
12.根据权利要求1所述的氨燃料供给系统，其特征在于，所述预热器(20)连接有第二热媒换热器(23)，所述预热器(20)与所述第二热媒换热器(23)之间的管路设置有第二流量调节阀(V23)，所述第二流量调节阀(V23)与所述温度压力控制系统(80)电性连接；所述稳定罐(30)内设置有第二冷却盘管(22)，所述第二冷却盘管(22)与所述第二热媒换热器(23)通过第二制冷管道(L22)连接，所述第二制冷管道(L22)上设置有第二冷液调节阀(V22)；所述第二冷液调节阀(V22)与所述温度压力控制系统(80)电性连接。
13.一种船舶，其特征在于，包括如权利要求1-12中任一项所述的氨燃料供给系统。
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