一种船用甲醇燃料供给系统及其控制方法与流程

本发明涉及船舶燃料供给系统，具体涉及一种船用甲醇燃料供给系统及其控制方法。

背景技术：

1、绿色甲醇作为一种新型清洁能源，与传统燃料相比，在减少碳排放、降低空气污染、改善环境质量等方面具有明显的优势。同时，作为一种液体产品，甲醇在世界上125个最大的港口都有供应，甲醇可以通过采用与柴油机的操作相似的标准安全程序进行运输、储存和加注，具备技术过渡较成熟、法规明确、基础设施改造难度小费用低、加注便利等优势。

2、随着imo海上环境保护委员会第80届会议(mepc 80)的顺利召开，国际海事组织进一步收紧了国际航运温室气体减排要求，明确在2050年左右实现航运业净零排放。目前甲醇船舶燃料已成为船东的重要选择，甲醇动力船舶订单增长显著。

3、随着甲醇发动机商用产品的成熟，国内甲醇燃料供给系统开始迅速发展。但是，现有甲醇燃料供给系统还存在以下一些问题：1)甲醇燃料供给系统普遍采用两级换热系统对甲醇燃料进行换热处理，避免了甲醇燃料和换热介质之间的泄漏对船舶造成安全隐患，增加了设备成本和设备尺寸；2)配备的过滤器不具备自清洁功能，需要打开过滤器后对滤网进行人工清洁，增加了甲醇燃料暴露造成的火宅隐患；3)甲醇泄放到泄放柜后再通过泄放泵抽回到甲醇储存舱中，需要排净泄放系统时甲醇残液很难完全排回甲醇储存舱，造成不必要的甲醇损失；4)甲醇管路上没有空气排放装置，容易造成管路内部的腐蚀；5)对泵的保护缺乏相应机制。

技术实现思路

1、本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种船用甲醇燃料供给系统，以提高系统的安全性，降低人工清洗滤网带来的风险。

2、一种船用甲醇燃料供给系统，包括通过甲醇供给管道系统依次连接的甲醇日用舱、粗滤器组、甲醇供给泵、除气罐、甲醇循环泵、换热单元、精滤器组；所述精滤器组外接甲醇消耗设备；所述船用甲醇燃料供给系统还包括第一控制盘和第二控制盘；所述甲醇日用舱用于甲醇燃料的存储，设有用于监测甲醇日用舱内甲醇燃料的液面高度的高液位开关和低液位开关；所述甲醇供给泵用于将甲醇日用舱内的甲醇燃料泵出，并最终将甲醇传输至外接甲醇消耗设备；所述粗滤器组和/或精滤器组为冗余设计，分别包括至少两个相互并联的滤器构件，所述滤器构件设有自清洁机构，所述自清洁机构包括清洁刷和设于所述滤器构件顶部的驱动机构；所述第一控制盘，用于控制甲醇日用舱的燃料加注和舱内液面上部空间的气体压力；所述第二控制盘，用于控制甲醇燃料供给系统的运行状态；当处于备用状态的一侧滤器构件执行自清洁操作时，清洁刷在驱动机构的带动下开始旋转，清洁刷在旋转的过程中与滤器内的滤网内表面接触，附着在滤网内表面的杂质就会脱落。

3、进一步的，所述换热单元为双壁板式换热器，所述双壁板式换热器包括构成甲醇燃料通道的第一壁板和构成冷/热源通道的第二壁板，所述第一壁板和第二壁板之间形成气隙，当甲醇燃料或冷/热源任一侧的壁板发生泄漏时，另一侧的液体不会被污染；所述船用甲醇燃料供给系统还包括接液盘和废液舱；所述接液盘设于所述换热单元的外部下侧；用于收集换热单元发生泄漏时渗透出来的液体；所述废液舱设于所述接液盘的下端，用于接收换热单元的漏液。

4、进一步的，所述甲醇供给管道系统包括连接甲醇日用舱出口和粗滤器组进口的第一供给管路、连接粗滤器组出口和甲醇供给泵进口的第二供给管路、连接甲醇供给泵出口和除气罐进口的第三供给管路、第三供给管路的第一旁通管路、连接除气罐出口和甲醇循环泵进口的第四供给管路、连接甲醇循环泵出口和换热单元进口的第五供给管路、连接换热单元出口和精滤器组进口的第六供给管路、连接精滤器组出口和甲醇消耗设备进口的第七供给管路；所述甲醇供给管道系统还包括连接甲醇供给泵的第一出口管路和甲醇日用舱的第一回流管路、连接精滤器组的第三出口管路和除气罐的第二回流管路。

5、进一步的，甲醇燃料供给系统还包括甲醇泄放回收系统，所述甲醇泄放回收系统包括甲醇泄放泵、u形部件、甲醇泄放管路以及压缩空气管线以及液位开关；所述甲醇泄放泵为气动隔膜泵，用于将甲醇泄放回收系统内的甲醇燃料输送回甲醇日用舱内；所述压缩空气管线包括依次连接第一手动截止阀和空气过滤器，用于给甲醇泄放泵提供动力；所述u形部件一侧设有液位开关，所述u形部件设于甲醇泄放回收系统的最低点，甲醇泄放系统中的甲醇燃料可以流入所述u形部件中，所述液位开关用于监测所述u形部件内甲醇燃料液体的高度；所述甲醇泄放管路包括一端连接所述u形部件的泄放主管路、连接泄放主管路和粗滤器组的第一泄放支管路和第二泄放支管路、连接泄放主管路和甲醇供给泵的第三泄放支管路、连接泄放主管路和流量计所在管段的第四泄放支管路、连接泄放主管路和甲醇供给泵的第一出口管路的第五泄放支管路、连接泄放主管路和甲醇循环泵的第六泄放支管路、连接泄放主管路和甲醇循环泵的第二出口管路的第七泄放支管路、连接泄放主管路和换热单元的第八泄放支管路、连接废液舱和换热单元外部的接液盘的第九泄放支管路、连接泄放主管路和精滤器组的第十泄放支管路和第十一泄放支管路、连接泄放主管路和精滤器组的第三出口管路的第十二泄放支管路、连接u形部件和甲醇泄放泵的第十三泄放支管路、连接甲醇泄放泵和甲醇日用舱的第十四泄放支管路，以及连接甲醇日用舱的甲醇泄放泵的第二旁通管路；

6、进一步的，所述甲醇泄放管路上设有多个遥控截止阀，用于泄放甲醇燃料供给系统各个管段内的甲醇燃料；所述第四泄放支管路包括依次连接的第二手动截止阀和第一止回阀，用于对流量计上游的第三手动截止阀和下游的第四手动截止阀之间的管段进行泄放；所述第九泄放支管路包括依次连接的液位传感器和第一遥控截止阀，所述液位传感器安装在接液盘下部的管路上，信号传送给第二控制盘，由第二控制盘对第一遥控截止阀进行控制；

7、所述第十四泄放支管路包括依次连接的第二止回阀、第二遥控截止阀和第三止回阀；第二遥控截止阀由第二控制盘控制。

8、进一步的，甲醇燃料供给系统还包括用于对船用甲醇燃料供给系统进行氮气吹扫的氮气吹扫管路系统，所述氮气吹扫管路系统包括分别与甲醇日用舱、粗滤器组、甲醇供给泵和除气罐之间的管路；和除气罐、换热单元、精滤器组、甲醇泄放主管路连接的多条管路；以及设于管路上的多个遥控隔离阀和多个止回阀；所述遥控隔离阀分别由第一控制盘或第二控制盘进行控制。

9、进一步的，甲醇燃料供给系统还包括第一排气管路和第二排气管路，第一排气管路用于除气罐的排气，第二排气管路对甲醇循环泵出口管路的高点进行排气；所述第一排气管路上设有第二遥控截止阀，第一排气管路的一端连接泄放主管路，另一端与氮气吹扫管路连接，所述第二遥控截止阀由第二控制盘进行控制；所述第二排气管路包括依次连接的第五手动截止阀和观察镜，所述观察镜用于目视检查第一排气管路内部是否还有未排完的气体。

10、进一步的，甲醇燃料供给系统还包括压力泄放系统，包括第一压力泄放管路和第二压力泄放管路；所述第一压力泄放管路设有自动启闭的第一安全阀，一端连接除气罐的顶部，另一端连接甲醇日用舱，从第一压力泄放管路排出的气体和液体流回甲醇日用舱上的燃料沉淀区内；所述第二压力泄放管路设有自动启闭的第二安全阀，一端连接甲醇循环泵的第五供给管路，另一端连接第一压力泄放管路上第一安全阀与甲醇日用舱之间的管段，从第二压力泄放管路排出的液体通过甲醇泄放回收系统流回甲醇日用舱上的燃料沉淀区内。

11、本发明还提供所述船用甲醇燃料供给系统的控制方法，包括氮气吹扫步骤、甲醇保存在甲醇日用舱内时的维护步骤、甲醇燃料加注步骤、甲醇燃料供给步骤、甲醇泄放回收步骤；

12、所述氮气吹扫步骤：第一供给管路上的第一遥控隔离阀和第七供给管路上的第二遥控截止阀处于关闭状态，甲醇泄放泵的第二旁通管路上的第三遥控截止阀处于开启状态，让氮气对整个系统进行吹扫，吹扫完毕，关闭上述第三遥控截止阀外的其他遥控截止阀；

13、所述维护步骤为：当甲醇保存在甲醇日用舱内时：通过第一压力传感器检测到甲醇日用舱内液面上部空间气体压力达到设定范围上限时，打开透气管路上的第一压力调节阀，排出部分氮气，待气体压力恢复到设定值时，关闭第一压力调节阀；通过第一压力传感器检测到甲醇日用舱内液面上部空间气体压力达到设定范围下限时，打开氮气吹扫管路上的第一遥控隔离阀，充入氮气，待气体压力恢复到设定值时，关闭第一遥控隔离阀；当甲醇日用舱液面上部空间气体压力无法恢复到设定范围内，且甲醇日用舱内液面上部的压力/真空度达到允许的最大上限或下限时，透气管路上压力/真空阀自动打开，排出部分氮气或充入部分空气，保持甲醇日用舱内液面上部的压力和真空度在阈值范围内；

14、所述甲醇燃料加注步骤为：打开甲醇燃料注入管路上的第四遥控截止阀，当甲醇液面的高度到达高液位开关所在位置时，关闭第四遥控截止阀，停止加注；加注过程中，打开透气管路上的第一压力调节阀，排出甲醇日用舱内被甲醇燃料置换的部分氮气；

15、甲醇燃料供给步骤包括：所述第七供给管路上的第二遥控截止阀关闭；所述甲醇供给泵向除气罐内注入甲醇燃料，当第三供给管路上的第二压力传感器检测到甲醇供给泵出口的甲醇燃料的压力到达设定范围的上限时，甲醇第一回流管路上的第二压力调节阀被打开，甲醇供给泵出口的甲醇燃料全部流入到甲醇日用舱进行循环；同时，第七供给管路上的第三压力传感器检测到甲醇循环泵出口的甲醇燃料的压力到达设定范围的上限，甲醇第二回流管路上的第三压力调节阀被打开，甲醇循环泵出口的甲醇燃料全部流入到除气罐进行循环；循环过程中，所述换热单元对甲醇燃料进行冷却/加热，以使甲醇燃料的温度满足外接甲醇消耗设备的要求；当甲醇消耗设备向第二控制盘发出燃料供给命令时，第二控制盘打开第七供给管路上的第二遥控截止阀，所需甲醇燃料被输送到甲醇消耗设备中；

16、所述甲醇泄放回收步骤可用于回收所述甲醇燃料供给过程中产生的甲醇气体和部分甲醇液体，包括：甲醇气体通过甲醇泄放回收系统直接进入到甲醇日用舱内，部分甲醇液体随着气流进入到u形部件内，所述液位开关检测到甲醇液体，并将信号传送给第二控制盘，第二控制盘打开氮气吹扫管路上的遥控隔离阀，氮气进入到甲醇泄放回收系统，把u形部件内的甲醇液体吹扫进入甲醇日用舱内，待吹扫完毕，关闭遥控隔离阀，实现甲醇气液的回收。

17、所述甲醇泄放回收步骤还可以用于系统启动前，提供氮气对整个系统进行吹扫的部分通路。

18、进一步的，所述甲醇燃料供给步骤中还包括针对换热单元发生泄漏时的液体回收步骤：渗漏的液体流入换热单元外部的接液盘，泄放支管路上的液位传感器检测到甲醇液体后，打开第一遥控截止阀，甲醇液体排出到废液舱，泄放支管路内的甲醇液体排完后，关闭第一遥控截止阀。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

20、(1)本发明的过滤器为冗余设计，一用一备，备用的滤器可以接替运行过程中严重堵塞的滤器继续工作，且滤器本身具有自清洁机构，可以对堵塞的滤器进行自动清洁，当甲醇燃料供给系统停止运行后，对系统进行吹扫时，从滤器内表面清扫下来的杂质随同滤器内的甲醇燃料一同回到甲醇日用舱的燃料沉淀区内，减少了对滤器进行维护的时间。

21、(2)本发明甲醇日用舱上安装了低位开关，保证吸口处的压力满足甲醇供给泵的净吸压头的要求，为甲醇供给泵的安全运行提供了安全保护机制。

22、(3)本发明除气罐上安装了低位开关，为甲醇循环泵的安全运行提供了安全保护机制。

23、(4)且本发明换热单元为双壁板式换热器，甲醇燃料通道的壁板和冷/热源通道的壁板之间形成气隙，不再设置甲醇燃料供应系统与冷/热源之间的中间换热循环回路，节省空间。

24、(5)本发明换热单元的冷/热源进液管路和回液管路上，设置了反向冲洗管路，可以对换热单元内构成冷/热源通道的壁板进行冲洗、清洁，保持换热单元热交换的高效性。

25、(6)本发明还设计了甲醇泄放回收系统，其中u形部件位于系统的最低点，有利于系统内甲醇燃料的集中收集，形成甲醇液柱，在氮气的吹扫下，能够有效的将甲醇泄放回收系统内的甲醇燃料排出到甲醇日用舱的燃料沉淀区内。

26、(7)在甲醇循环泵出口管路的相对高点提供了排气管路，并在排气管路上安装了用于目视检查的观察镜，减少了甲醇燃料供给系统运行过程中对管道系统产生的腐蚀。