一种燃料管路的惰化控制系统及方法与流程

1.本发明涉及燃料惰化控制系统的技术领域，具体涉及一种燃料管路的惰化控制系统及方法。


背景技术：

2.在传统大型远洋船舶上，一般是使用常规船用柴油作为燃料，柴油燃料挥发性小，不易自燃，使用常规的进油和回油管路作为船舶动力系统的之一即可，主机启动停机不需要做特别的防护措施和吹扫工作。
3.随着imo法规对船舶脱硫脱硝以及碳减排要求越来越严格，传统柴油燃料系统将不能满足相关要求或需要高成本的辅助设施才能帮助减排满足法定排放量。lng/lpg燃料可显著减少no
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、so
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排放，但减少碳排放只有10％-25％，只能作为过渡燃料，而绿色甲醇作为主机燃料可实现接近100％减碳，在甲醇燃料如掺入适当比例的水能减低no
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的排放。同时甲醇在常温常压下为液态，存储运输方便，成本较低，使其成为一种较理想的清洁能源。
4.但甲醇汽化后与空气混合会形成爆炸混合气，而且甲醇有毒，误服和吸入蒸发气都会对人体造成伤害。鉴于以上情况，本技术针对掺水甲醇燃料系统，设计出一套惰化吹除系统控制方法，来配合主机启停使用，以保证主机和燃料供给管路内部一直处于惰化安全状态，也间接保证整个机舱处于安全状态。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种燃料管路的惰化控制系统及方法，来配合主机启停使用，以保证主机和燃料供给管路内部一直处于惰化安全状态，也间接保证整个机舱处于安全状态。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种燃料管路的惰化控制系统，包括：
7.主机管路单元，包括气缸喷嘴；
8.燃料供给单元，包括燃料罐、抽吸泵、进料管路和回料管路，所述抽吸泵设置在所述进料管路上，所述进料管路连接所述主机管路单元的进料端和所述燃料罐，所述进料管路适于向气缸喷嘴持续供给燃料，所述回料管路连接所述主机管路单元的回料端和所述燃料罐；所述主机管路单元与所述燃料供给单元之间设有通断阀；
9.第一惰气单元，具有并联的第一支路、第二支路、第三支路、第四支路和第五支路，与所述主机管路单元和所述燃料供给单元相连接，
10.第二惰气单元，与所述主机管路单元的回料端相连接；
11.燃料掺水单元，与所述进料管路相连接；
12.燃料泄放柜，与所述回料管路相连接，所述通断阀关闭，所述第一惰气单元的惰性气体通过所述第一支路通入到所述进料管路并将掺水的燃料导入至所述燃料泄放柜内收集；所述进料管路上设有第一滤器和第二滤器，所述第一滤器一侧设有第一阀门，所述第二
滤器一侧设有第二阀门，所述第一阀门和所述第二阀门的输出端连接有三通阀，通过所述三通阀可选择至透气桅或至所述燃料泄放柜。
13.进一步地，所述通断阀关闭，所述第一惰气单元的惰性气体通过第二支路通入到所述进料管路并将燃料吹回至所述燃料罐内。
14.进一步地，所述抽吸泵一侧与第一惰气单元连接，另一侧管路上连接有节流孔板和压力传感器。
15.进一步地，本发明还提供一种燃料管路的惰化控制方法，采用上述所述的控制系统，控制方法包括以下步骤：
16.s10：惰化主机管路单元和燃料供给单元，通过第一惰气单元产生惰气并通入主机管路单元和燃料供给单元内将其内的空气吹除惰化；
17.s20：将主机管路单元内的惰气置换成燃料，通过抽吸泵和管路的配合将燃料加注到主机管路单元内，将主机管路单元内的惰气置换成燃料；
18.s30：通过第二惰气单元产生的惰气吹除回料管路内的燃料并置换成惰气，其中通过设置多个控制阀的切换来保留气缸喷嘴内的燃料；
19.s40：燃料供给单元将燃料供给主机管路单元，主机管路单元的主机运行，惰气对抽吸泵进行泵轴密封；进料管路上连接有混合罐，第一惰气单元通过第三支路连接至混合罐；
20.s50：主机停机，惰气分别吹除各管路并泄压，对抽吸泵的惰气密封停止。
21.进一步地，在s20步骤中，抽吸泵运行时，通过第一惰气源对抽吸泵进行惰气流通密封，抽吸泵的进口管路上具有控制阀和调压阀，出口管路上具有节流孔板和压力传感器，出口管路的端部接至透气桅。
22.进一步地，惰气密封经调压阀后压力设定为1.5bar，当压力传感器检测到压力达到2bar时，则判定为抽吸泵轴机械密封已泄漏，报警信号传送给控制盘。
23.进一步地，在s50步骤中包括如下子步骤：
24.s51：第一惰气单元的惰性气体通过第一支路通入到进料管路并将掺水的燃料导入至燃料泄放柜内收集；
25.s52：第一惰气单元的惰性气体通过第二支路通入到进料管路并将燃料吹回至燃料罐内。
26.进一步地，在上述s52步骤中，具体三步如下：
27.第一步，开启阀门第二支路上的阀门和燃料罐的出料端的阀门，惰气经第二支路，将燃料供应单元内燃料吹除回燃料罐；
28.第二步，开启第二支路上的阀门和第一滤器上的第一阀门，关闭燃料罐的出料端口的阀门和第二滤器上的阀门,惰气将燃料供给单元管路内残留燃料吹除至燃料泄放柜进行收集；
29.第三步，开启第五支路上的阀门和第二滤器上的阀门，关闭燃料罐的出料端口的阀门和第一滤器上的第一阀门，惰气将燃料供给单元管路内残留燃料吹除至泄放柜进行收集。
30.进一步地，第一惰气单元的第二支路，第三支路和第五支路的压力小于安全阀设定压力触发阈值的90％。
31.进一步地，在上述s40步骤中，阀门和混合罐之间连接有管路，此管路连接燃料泄放柜,此管路上依次设有阀门和单项阀，第三支路提供消除燃料管路中气阻和进行压力平衡控制功能,控制方法为：进料管路内气阻可被收集在混合罐，并能导致混合罐内压力变化，当混合罐上的压力传感器显示罐内压力过低，低于设定值时，报警给控制盘，随后控制阀打开进行惰气补充，以让压力恢复到指定区域，此时阀门保持关闭；当混合罐上的压力传感器显示罐内压力过高，超过设定值时，阀门打开，进行开度调节，将混合罐内气体排放至燃料泄放柜，以让压力恢复到指定区域，此时阀门保持关闭；若开启阀门不能降低混合罐内压力，压力进一步上升到安全阀设定的触发阈值，则安全阀开启进行紧急泄压至燃料泄放柜,单向阀用于避免燃料泄放柜内气体回流混入进料管路。
32.本发明的有益效果在于：
33.1、针对使用甲醇燃料的主机，在主机启停时，利用氮气进行惰化，为发动机及其管路提供安全保障，通过五个步骤s10,s20,s30,s40,s50，提供五种可辨识的状态和对应的惰化吹除方法和阀门操作方案，为主机启停操作提供判断依据，形成一套精准控制的惰化系统。
34.2、具有可对主机控制阀块进行惰化吹除使用的双惰气源，多种吹除方式进一步保障管路处于惰化状态，增强防爆安全。
35.3、分别配置泄放柜和燃料罐，将甲醇掺水混合物收集到泄放柜，而甲醇燃料回到燃料罐，即可回收利用，又避免甲醇被随意排放带来浪费、污染和安全隐患。
36.4、具有甲醇泵氮气密封功能，利用既有氮气系统分支即可实现密封，避免甲醇泄漏带来危害。
37.5、具有混合罐调压和泄放功能，消除甲醇管路中的气阻和压力不平衡。
38.6、利用燃料供应单元里滤器泄放管作为氮气吹除出口，并将混合物排放到泄放柜或至透气桅，一举多得，节省管路，并通过在燃料供应单元内双向吹除，提高了吹除效率和效果，安全性高。
附图说明
39.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
40.图1为本发明实施例提供的燃料管路的惰化控制系统的整体示意图；
41.图2为本发明实施例提供的燃料管路的惰化控制方法的流程图；
具体实施方式
42.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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。
43.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了
便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
44.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
45.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
46.实施例1
47.参照图1，作为本发明实施例提供的一种燃料管路的惰化控制系统，包括主机管路单元206、燃料供给单元204、第一惰气单元和第二惰气单元，主机管路单元包括气缸喷嘴189；燃料供给单元204包括燃料罐201、抽吸泵、进料管路和回料管路，抽吸泵设置在进料管路上，进料管路连接主机管路单元206的进料端和燃料罐，进料管路适于向气缸喷嘴持续供给燃料，回料管路连接主机管路单元206的回料端和燃料罐201；主机管路单元与燃料供给单元204之间设有通断阀；第一惰气单元与主机管路单元和燃料供给单元204相连接；第二惰气单元与主机管路单元的回料端相连接。
48.具体地，本实施例中的燃料采用甲醇，氮气为一种常见的气体，可通过氮气发生装置获得，是一种性价比较高的惰化用气体，本实施例中的惰气主要是指氮气。主机管路单元206与燃料供给单元204之间设有双通断阀，双通断阀分别为截止阀304和截止阀305，通过截止阀304和截止阀305将整个惰化控制系统切断为主机管路单元206和燃料供给单元204两个区域进行吹除惰化。进料管路包括第一进料段108、第二进料段107和第三进料段101，第一进料段108上设有控制阀316、第一滤器113和低压泵b1,第一进料段108分别连接燃料罐201和混合罐202。第二进料段107上设有第二滤器114和高压泵b2，第二进料段107分别连接混合罐202和截止阀305，第三进料段101连接截止阀304和主机管路单元206。第一滤器113的一侧设有第一阀门317，第二滤器114的一侧设有第二阀门318,混合罐202上设有安全阀330。第一阀门317和第二阀门318的输出端连接有三通阀333。
49.作为可变实施例，燃料还可以采用乙醇等可燃液体。惰气还可以采用氦气或氩气等惰性气体。
50.燃料管路的惰化控制系统还包括燃料掺水单元，燃料掺水单元与进料管路相连接。燃料掺水单元包括淡水源138和管路103，淡水源138通过管路103与第三进料段101相连接，管路103上设有双截止控制阀组301，双截止控制阀组301开启以让淡水源138经管路103按比例汇入第三进料段101。
51.燃料管路的惰化控制系统还包括燃料泄放柜203，燃料泄放柜203与回料管路相连接，通断阀关闭，第一惰气单元的惰性气体通过第一支路通入到进料管路并将掺水的燃料导入至燃料泄放柜内收集。分别配置泄放柜和燃料罐，将甲醇掺水混合物收集到泄放柜，而甲醇燃料回到燃料罐，即可回收利用，又避免甲醇被随意排放带来浪费、污染和安全隐患。
52.通断阀关闭，第一惰气单元的惰性气体通过第二支路通入到进料管路并将燃料吹
回至燃料罐内。利用燃料供应单元里滤器泄放管作为氮气吹除出口，并将混合物排放到泄放柜或至透气柜，一举多得，节省管路，并通过在燃料供应单元内双向吹除，提高了吹除效率和效果，安全性高。
53.实施例2
54.参照图1和2，作为本发明实施例提供的一种燃料管路的惰化控制方法，采用实施例1中所述的控制系统，控制方法包括以下步骤：
55.s10：惰化主机管路单元206和燃料供给单元204，通过第一惰气单元产生惰气并通入主机管路单元和燃料供给单元内将其内的空气吹除惰化；
56.s20：将主机管路单元206内的惰气置换成燃料，通过抽吸泵和管路的配合将燃料加注到主机管路单元内，将主机管路单元内的惰气置换成燃料；
57.s30：通过第二惰气单元产生的惰气吹除回料管路内的燃料并置换成惰气，其中通过设置多个控制阀的切换来保留气缸喷嘴内的燃料；
58.s40：燃料供给单元将燃料供给主机管路单元，主机管路单元的主机运行，惰气对抽吸泵进行泵轴密封；
59.s50：主机停机，惰气分别吹除各管路并泄压，对抽吸泵的惰气密封停止。
60.本实施例中的燃料采用甲醇，氮气为一种常见的气体，可通过氮气发生装置获得，是一种性价比较高的惰化用气体，本实施例中的惰气主要是指氮气。针对使用甲醇燃料的主机,在主机启停时，利用氮气进行惰化，为发动机及其管路提供安全保障，通过五个步骤s10，s20，s30，s40，s50，提供五种可辨识的状态和对应的惰化吹除方法和阀门操作方案，为主机启停操作提供判断依据，形成一套精准控制的惰化系统。
61.作为可变实施例，燃料还可以采用乙醇等可燃液体。惰气还可以采用氦气或氩气等惰性气体。
62.具体地，在s10步骤中，第一惰气单元包括第一惰气源121和双截止控制阀组303，第一惰气单元具有并联的第一支路124、第二支路126、第三支路128、第四支路129和第五支路127，第一惰气源121连接第一支路124、第二支路126、第三支路128、第四支路129、第五支路127和第六支路134，。第二惰气单元包括第二惰气源122和双截止控制阀组302，第二惰气源122通过管路132连接主机管路单元206。主机管路单元206与燃料供给单元204之间设有双通断阀，双通断阀分别为截止阀304和截止阀305，通过截止阀304和截止阀305将整个惰化控制系统切断为主机管路单元206和燃料供给单元204两个区域进行吹除惰化。进料管路包括第一进料段108、第二进料段107和第三进料段101，第一进料段108上设有控制阀316、第一滤器113和低压泵b1,第一进料段108分别连接燃料罐201和混合罐202。第二进料段107上设有第二滤器114和高压泵b2，第二进料段107分别连接混合罐202和截止阀305，第三进料段101连接截止阀304和主机管路单元206。第一滤器113的一侧设有第一阀门317，第二滤器114的一侧设有第二阀门318,混合罐202上设有安全阀330。第一阀门317和第二阀门318的输出端连接有三通阀333。
63.在s10步骤中进料两个区域的吹除惰化过程如下：
64.s11：燃料供给单元204的吹除惰化，第一惰气单元包括相连接的第一惰气源121和双截止控制阀组303，通过第一惰气源121经管路131对燃料供应单元204内部进行惰化和控制，管路131连接有第二支路126、第三支路128、支路129和第五支路127，第二支路126上设
有阀门311，第三支路128上设有阀门313，支路129上设有阀门314，第五支路127上设有阀门312，开启阀门311、阀门313阀门312、第一阀门317和第二阀门318，关闭阀门314和控制阀316，惰气由第二支路126、第五支路127和第三支路128三路支管进入进行惰化操作，第二支路126、第五支路127和第三支路128吹除压力小于安全阀330设定压力触发阈值的90％,空气由第一滤器113下第一阀门317和第二滤器114下第二阀门318排出,经三通阀333开启排放至透气桅。
65.s12：主机管路单元206部分的吹除惰化，管路131一侧并联有第一支路路124，第一支路124上设有阀门309，第一支路124连接第三进料段101，通过第一惰气源121经第一支路124开启阀门309，氮气从第三进料段101进主机管路单元206、经管线110、111、109、102和106吹除惰化，管线106一侧连接透气桅，另一侧连接燃料罐201，连接燃料罐201的管路上设有阀308，连接透气桅的管路上设有阀307。阀308关闭，阀307打开将吹除的气体排放至透气桅。氮气压力6-8bar(bar为压强单位)。吹除惰化结束信号为管路上检测仪(图上未示出)检测到管内氧气含量低于2％。支路129对泵b1的氮气密封不运行。
66.具体地，在s20步骤中，低压泵b1运行，将主机管路单元206内氮气置换成甲醇，低压泵b1驱动甲醇从燃料罐201出发，经燃料供应单元204，管路101、110、189、111、109、102、106，开启阀门308，关闭阀门307，甲醇回到燃料罐201,将惰气全部驱除到201，并可经燃料罐201上的透气阀排出(图上未示出)，以达到所经管路内充满甲醇,为主机启动做准备。氮气管132,第一支路124、第二126、第三支路128、第五支路127及其阀门保持关闭，支路129上阀门314开启。阀门301关闭，管路103不提供淡水进入管路101。这一步结束信号为：阀308前具有液位计188,甲醇液体触发液位计188报警，信号给控制盘205，判断为置换过程结束。
67.进一步地，在s20步骤中，抽吸泵运行时，通过第一惰气源对抽吸泵进行惰气流通密封，抽吸泵的进口管路上具有控制阀和调压阀，出口管路上具有节流孔板和压力传感器，出口管路的端部接至透气桅。
68.具体地，低压泵b1运行时，通过第一惰气源121经第四支路129对低压泵b1进行氮气流通密封，第四支路129上具有控制阀314，调压阀352，出口管路133上具有节流孔板361，压力传感器141，氮气管出口接至透气桅。氮气密封作为泵轴机械密封的进一步密封措施，避免泵机械密封失效泄漏后的甲醇带来爆炸危险。节流孔板361可以保持氮气在低压泵b1内具有一定的压力，当有甲醇泄漏汽化后进入管路133将导致管内压力增加。氮气经352调压阀调节后压力范围为1.5-1.8bar，当压力低于1.3bar或高于2bar时，压力传感器141提供报警信号给控制盘205，高压泵b2与低压泵b1配置方式相同，故此不赘述。
69.进一步地，氮气密封经调压阀352后压力设定为1.5bar，当压力传感器141检测到压力达到2bar，则判定为甲醇泵轴机械密封已泄漏，报警信号给控制盘205。
70.进一步地，在s30步骤中，通过第二惰气源122经管路132吹除惰化醇回路。阀门v2，v3关闭，v4开启，三通阀332开启为向燃料罐201方向流通,氮气经路线102,106将醇回路上甲醇吹除至燃料罐201，阀门308开启，307关闭。结束信号为液位计188处因流体被吹除而低位报警，信号给控制盘205。吹除时v2，v3保持关闭，保持v2阀前的管路110、111、101和气缸喷嘴189内为甲醇。(因甲醇掺水系统工作时，燃料供应单元204根据主机负荷实施精准供给，没有燃料回流，管路102和106进行吹除惰化，以保证管内安全)。第二惰气源122吹除压力范围为6-8bar。其中，除低位报警信号作为结束信号，还可以具体设定吹除时间。
71.进一步地，在s40步骤中，甲醇掺水供给主机管路单元206，主机处于一定负荷运转状态。此时泵b1、b2运行，阀门316、304、305、v1开启，甲醇燃料经泵驱动从燃料罐201经燃料供应单元204，管路101进入主机燃烧做工，双截止控制阀组301开启以让淡水源138经管路103按比例汇入甲醇供给管101。阀门v2关闭,甲醇掺水系统工作时，燃料供应单元204根据主机负荷调节泵b1,b2实施精准供给，此时管路109,102上没有燃料回流。
72.具体地，在s40步骤中还包括如下步骤：
73.s41：第一支路124、第二126、第五支路127上阀门保持关闭，阀门314开启，氮气经第四支路129对低压泵b1进行氮气密封。高压泵b2具有与b1相同的氮气密封配置，在高压泵b2工作时进行同样的操作(图上未示出)。
74.s42：泵b1,b2运行时，第三支路128提供消除甲醇管路中气阻和进行压力平衡控制功能，该功能主要由第三支路128、混合罐202、开度阀328，单向阀329，安全阀330，压力传感器140等组成。控制方法为，甲醇供给管内气阻可被收集在混合罐202，并能导致罐内压力变化。当压力传感器140显示罐内压力过低且低于设定值时，报警给控制盘205，控制阀313打开进行氮气补充，以让压力恢复到指定区域，此时阀门328保持关闭。当压力传感器140显示罐内压力过高，超过设定值时，阀门328打开，进行开度调节，将罐202内气体排放至泄放柜203，以让压力恢复到指定区域，此时阀门313保持关闭。如开启328不能降低罐202内压力，压力进一步上升到安全阀设定的触发阈值，安全阀330开启进行紧急泄压至泄放柜203,单向阀329用于避免泄放柜内气体回流混入氮气管。具有混合罐调压和泄放功能，消除甲醇管路中的气阻和压力不平衡。
75.分别配置泄放柜203和燃料罐201，将甲醇掺水混合物收集到泄放柜203，而甲醇燃料回到燃料罐201，即可回收利用，又避免甲醇被随意排放带来浪费、污染和安全隐患。
76.进一步地，在s50步骤中，主机停机，关闭双截止阀304、305，将整个甲醇供给管路切断为主机供给部分和燃料供给单元204两个区域进行吹除惰化。管路105上阀306开启进行泄放释压，然后阀门310开启，管路125提供氮气将105吹除惰化。淡水管路103上的阀组301内双截止阀关闭,停止供水汇入管路101，阀组301内泄放阀开启，通过管路104进行泄放释压。对泵b1,b2的氮气密封停止。s50的结束信号为，利用检测仪检测到各管内甲醇蒸发气浓度为低于20％lel。
77.具体地，在s50步骤中包括如下子步骤：
78.s51：氮气系统吹除惰化主机供给部分,阀门301、304、305关闭，开启阀门309、v2，氮气经第一支路124进行吹除管路内掺水甲醇燃料，路线为管路101、110、喷嘴189、管路111、109、102，经三通阀332至泄放柜203内收集。
79.s52：氮气吹除燃料供给单元204，具体包括以下步骤：
80.第一步，开启阀门311、316，氮气经第二支路126，将燃料供应单元204内甲醇燃料吹除回燃料罐201；
81.第二步，开启阀门311、第一阀门317，关闭阀门316、第二阀门318，氮气将燃料供给单元204管路内残留甲醇吹除至泄放柜203，路线依次为管路107、混合罐202、管路108，并经第一滤器113底部第一阀门317通道泄放，再开启三通阀333至泄放柜203进行收集。
82.第三步，开启阀门312、第二阀门318，关闭阀门316、第一阀门317，氮气将燃料供给单元204管路内残留甲醇吹除至泄放柜203,路线依次为管路108，混合罐202，管路107，并经
第二滤器114底部第二阀门318通道泄放,再开启三通阀333至泄放柜203进行收集。
83.利用燃料供给单元204里滤器泄放管作为氮气吹除出口，并将混合物排放到泄放柜203或至透气桅，一举多得，节省管路，并通过在燃料供应单元内双向吹除，提高了吹除效率和效果，安全性高。
84.本技术中的燃料管路惰化控制系统具有可对主机控制阀块进行惰化吹除使用的双惰气源，多种吹除方式进一步保障管路处于惰化状态，增强防爆安全。
85.本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。