一种船舶甲醇燃料供给系统的制作方法

1.本发明涉及船舶的燃料供给系统，更明确的说，涉及配备甲醇燃料发动机的船舶甲醇燃料供给系统。


背景技术：

2.在客户需求和监管的双重压力下，航运业正在朝着低碳化方向发展。目前来看，出于对减排潜力、燃料密度、使用性能和燃料成本的考虑，可以解决方案是多种多样的。
3.新型清洁能源替代燃料的使用迫在眉睫。2023年年底前，航运业将通过提高燃料效率、降低航速和使用lng燃料等方式减少温室气体排放。在目前零排放燃料缺乏基本设施的情况下，为实现中期（2025-2040年）大幅减少温室气体和颗粒物（pm）排放的目标，甲醇作为船用燃料将发挥关键作用。甲醇是托运人熟悉的商品，因此在处理经验和成本方面具有优势。
4.与传统燃料相比，甲醇中不含硫且氮氧化物(nox)排放量较低，因此发动机可以满足氮氧化物tier iii排放标准。同时，甲醇燃烧产生的颗粒物排放也比传统燃料低99%。使用无化石原料的甲醇，温室气体排放量亦可显著降低。船舶可通过使用甲醇作为燃料实现减排。
5.从来源看，天然气是生产甲醇的主要原料，当需求增加时，有足够的天然气来提高产量。甲醇在全球范围内都比较容易获得，现有的基础设施如燃料船和储罐可以便捷地进行转运和储存甲醇。
6.从安全角度看，甲醇与lng具有相同的低闪点特性，但与lng不同的是，它可以储存在稍作改动的普通储罐中。航运业在处理甲醇方面有丰富的经验，不会出现操作上的安全问题。甲醇与大多数船舶发动机兼容，现有发动机使用甲醇的转换成本也明显低于其他替代燃料。


技术实现要素：

7.本发明目的在于提出一种船舶甲醇燃料供给系统。
8.本发明提供的船舶甲醇燃料供给系统，包括：依次连接的甲醇燃料仓（t1）、甲醇输送泵一（p4）、甲醇日用柜（t2）、甲醇供给泵（p1）、甲醇缓冲罐（t3）、甲醇循环泵（p2）、阀组单元和甲醇发动机；所述各个部件由供给管路连接。
9.甲醇燃料仓（t1），用于储存原始的易于储存的甲醇燃料。
10.甲醇日用柜（t2），布置在高于甲醇燃料管路的甲板上，用于储存从所述甲醇燃料仓经过初级过滤以后输送来的甲醇燃料。本发明的甲醇日用柜（t2）是一个常压容器。该甲醇日用柜（t2）的顶部布置惰性气体单元管路，用于维持该甲醇日用柜（t2）内压力稳定。
11.甲醇供给管路，连接各个设备部件，包括甲醇供给管路一（l1）、甲醇供给管路二（l2）、甲醇供给管路三（l3）、甲醇供给管路四（l4）、甲醇供给管路五（l5）、甲醇供给管路六（l6）、甲醇供给管路十一（l11）、甲醇供给管路十二（l12）、甲醇供给管路十三（l13）、甲醇供
给管路十四（l14）、甲醇供给管路十五（l15）、甲醇供给管路十六（l16）。
12.甲醇缓冲罐（t3），安装在甲醇供给泵和甲醇循环泵之间，承压能力与上游的甲醇供给泵出口压力相适应，顶部预留甲醇回流口，甲醇循环泵出口流量大于下游发动机需求流量时，多余的燃料调压以后通过回流口返回该甲醇缓冲罐循环使用。
13.本发明所述船舶甲醇燃料供给系统包括甲醇过滤组件，包含初级过滤器（f1），低压二级过滤器（f2），高压精细过滤器（df3）。
14.初级过滤器（f1）布置在甲醇输送泵一（p4）的下游，对甲醇燃料仓内的燃料进行初级过滤；低压二级过滤器（f2）布置在甲醇供给泵（p1）的上游，对来自甲醇日用柜（t2）的甲醇燃料进行二级过滤。高压精细过滤器（df3）布置在甲醇循环泵（p2）的下游，对即将进入下游发动机的甲醇燃料进行精细过滤以达到发动机需求的燃料颗粒精度。
15.本发明的甲醇燃料过滤组件中，初级过滤器和低压二级过滤器的过滤精度20-50μm，不容易堵塞，维护保养方便，使用周期长。高压精细过滤器的过滤精度较高不小于10μm，满足船舶发动机对甲醇燃料的颗粒度需求，布置在高压换热器的下游。初级过滤器和低压二级过滤器可以为分别的2个过滤器，过滤精度依次升高，也可以合并为一个。高压精细过滤器因其过滤精度高，较易堵塞，优选双联滤器，也可选择两台或多台常规滤器并联，以提高安全和使用级别。
16.本发明所述船舶甲醇燃料供给系统包括惰性气体单元，分别布置在甲醇燃料仓（t1）和甲醇日用柜（t2）的顶部。需要时对燃料管路进行吹扫和惰化，也可以维持日用柜内压力稳定，同时防止有毒的蒸发气体挥发至大气中造成风险。
17.惰性气体单元与甲醇燃料仓和甲醇日用柜的顶部空间相连，甲醇燃料仓和甲醇日用柜的顶部被惰性气体覆盖，一方面防止蒸发的甲醇燃料气体挥发至安全区域造成安全隐患，另一方面保护甲醇燃料仓和甲醇日用柜的安全使用，防止负压损坏。
18.本发明的船舶甲醇燃料供给系统包括甲醇换热组件，包括低压换热器（h1）和高压换热器（h2）,低压换热器（h1）与甲醇供给泵（p1）并联；用于维持甲醇初始温度在系统设计设定范围内；高压换热器（h2）安装在甲醇循环泵（p2）的下游供给管路中，用于将最终供给发动机的甲醇燃料升高到发动机工作需求的温度。
19.本发明的换热组件中所述换热器的形式不受限制。所述低压换热器（h1）与甲醇供给泵（p1）并联，其承压能力和换热能力与甲醇供给泵的出口压力和流量相适应。所述高压换热器（h2）布置在甲醇循环泵（p2）的下游，其承压能力和换热能力与甲醇循环泵（p2）的出口压力和流量相适应。所述低压换热器和高压换热器可根据实际工况布置一台或多台，以满足使用工况。
20.所述船舶甲醇燃料供给系统包括甲醇泄放回收系统，甲醇泄放回收系统由甲醇泄放收集柜（t4）、甲醇输送泵二（p3）和甲醇泄放管路组成。
21.进一步的，在船舶甲醇燃料供给系统的各个部件和连接的供给管路上可以根据需要设置若干甲醇泄放管路与甲醇泄放收集柜（t4）连接，甲醇泄放收集柜（t4）又通过甲醇输送泵二（p3）与甲醇燃料仓（t1）相连。
22.更优选的，所述甲醇泄放收集柜（t4）位于整个甲醇燃料供给系统的最低处。任何设备或者管路泄露的甲醇燃料都可以通过泄放管线重力自流入该燃料泄放收集柜内。甲醇泄放收集柜（t4）中布置液位开关（ls）。当所述燃料泄放收集柜中的燃料达到设置液位便可
以回收入所述甲醇燃料仓中。
23.本发明所述的甲醇泄放管路包括甲醇泄放管路一（x1）、甲醇泄放管路二（x2）、甲醇泄放管路三（x3）、甲醇泄放管路四（x4）、甲醇泄放管路五（x5）、甲醇泄放管路六（x6）、甲醇泄放管路七（x7）、甲醇泄放管路八（x8）、甲醇泄放管路九（x9）、甲醇泄放管路十（x10）、甲醇泄放管路十一（x11）、甲醇泄放管路十二（x12）。
24.甲醇泄放管路一（x1）至甲醇泄放管路十（x10）上分别设置阀门七（v 7）、阀门八（v 8）、阀门九（v 9）、阀门十（v 10）、阀门十一（v 11）、阀门十二（v 12）、阀门十三（v 13）、阀门十四（v 14）、阀门十五（v 15）、阀门十六（v 16）。
25.甲醇泄放管路一（x1）至甲醇泄放管路十（x10）分别都和甲醇泄放管路十一（x11）相连接。
26.甲醇泄放管路十一（x11）、甲醇泄放收集柜（t4）、甲醇泄放管路十二（x12）、甲醇输送泵二（p3）和甲醇燃料仓（t1）依次连接。
27.本发明的船舶甲醇燃料供给系统，还包括甲醇回流管路。根据下游发送机的负荷变动，多余的甲醇燃料由回流管路回流到甲醇燃料仓（t1），甲醇日用柜（t2）或甲醇缓冲罐（t3）保证甲醇循环使用。
28.进一步的，本发明甲醇回流管路具体包括循环管路一（h1）、循环管路二（h2）、循环管路三（h3）、循环管路四（h4）、循环管路五（h5）、循环管路六（h6）、循环管路七（h7）、循环管路八（h8）。
29.其中循环管路四（h4）、循环管路五（h5）、循环管路六（h6）、循环管路七（h7）、循环管路八（h8）将低压换热器（h1）与甲醇供给泵（p1）并联起来，低压换热器（h1）的下游管路设有阀门三（v3）。
30.优选的，本发明循环管路一（h1）分别与甲醇供给管路十四（l14）和甲醇缓冲罐（t3）相连接，循环管路一（h1）上设置阀门四（v4）；循环管路二（h2）分别与燃料阀组和甲醇日用柜（t2）相连接，循环管路二（h2）设置阀门五（v5）；循环管路三（h3）分别与甲醇发动机和甲醇日用柜（t2）相连接，循环管路三（h3）设置阀门六（v6）。
31.本发明用到多种甲醇泵，具体包括甲醇输送泵一（p4）、甲醇供给泵（p1）和甲醇循环泵（p2）；甲醇输送泵一（p4）连接甲醇燃料仓（t1）和甲醇日用柜（t2），将甲醇燃料仓（t1）中的原始甲醇燃料输送给甲醇日用柜（t2）；甲醇日用柜（t2）的下游布置甲醇供给泵（p1），用于抽出甲醇日用柜（t2）中的甲醇燃料并给燃料初步加压后输送给下游的甲醇缓冲罐（t3），甲醇缓冲罐（t3）的下游布置甲醇循环泵（p2），用于将甲醇缓冲罐中的燃料抽出加压到下游发动机的压力需求，并输送给下游发动机燃烧。本发明的甲醇泵分甲醇供给泵和甲醇循环泵。所述甲醇供给泵位于甲醇燃料供给系统的始端，对甲醇初级加压到5-8bar；甲醇循环泵位于甲醇燃料供给系统的尾端，把甲醇加压到船舶甲醇发动机需求的燃料压力10-14bar。甲醇供给泵和甲醇循环泵的流量根据甲醇发动机的燃料消耗量确定，在选择时变频泵和普通泵都可，与甲醇燃料供给系统配置相适应。
32.燃料阀组单元，布置在甲醇燃料供给系统和甲醇发动机之间，是甲醇进入发动机的最后一道保险隔离屏障；由甲醇供给管路十四（l14）、甲醇供给管路十五（l15）、燃料阀组、甲醇供给管路十六（l16）和甲醇发动机依次顺序连接。
33.进一步的，本发明甲醇供给管路上还设有阀门一（v1）和阀门二（v2），阀门一（v1）
设置在甲醇日用柜（t2）和低压二级过滤器（f2）之间；阀门二（v2）设置在甲醇供给管路十四（l14）和甲醇供给管路十五（l15）之间。
34.本发明用到多种甲醇燃料管路，包括甲醇供给管路、甲醇回流管路和甲醇泄放管路，其中甲醇供给管路和甲醇回流管路均为单壁不锈钢管；甲醇泄放管路分为两部分，与甲醇供给管路连接的部分均为单壁不锈钢管，所有与甲醇供给管路连接的泄放管路最后汇集到一根具有一定坡度与甲醇泄放柜连接的双壁管，该双壁管往甲醇日用柜方向倾斜，以便于泄放甲醇顺利流入甲醇日用柜中。所述双壁管的外管设计最低点，该最低点可根据安装位置，难易程度，成型难易度设计各种形状。
35.本发明所述还包括多种仪器仪表，仪器仪表中的温度传感器和流量计分别对燃料供给管路中的温度和流量进行反馈，通过控制系统的作用满足不同工况下的船舶甲醇发动机的燃料需求及整个系统的安全保障。其中压力调节装置用于调节回流管路中的甲醇压力以达到与供给管路合并的目的。
36.进一步的，本发明提供一种仪器仪表的设置构造，具体为：温度传感器（tt1）设置在低压二级过滤器（f2）上游管路。
37.流量计（fmt1）设置在甲醇供给泵（p1）和甲醇缓冲罐（t3）之间的管路上。
38.温度传感器（tt2）设置在高压换热器（h2）和高压精细过滤器（df3）之间的管路上压力传感器（pit）设置在高压精细过滤器（df3）和阀门二（v2）之间的管路上，即甲醇供给管路十四（l14）的尾端上。
39.本发明所述燃料供给系统可以安装在任何需要该燃料的船舶上。
40.本发明的运行工作流程和原理如下：本发明提供的船舶甲醇燃料供给系统，甲醇输送泵将储存在甲醇燃料仓中的原始甲醇燃料经过初级过滤器的过滤后输送到甲醇日用柜中，该日用柜常压存储，甲醇的初始温度范围为-25~ 45℃。初始状态打开甲醇燃料供给系统入口阀门，让甲醇日用柜中的甲醇慢慢的充满整个甲醇供给管路，并将管路中的惰性气体排出。然后开启甲醇供给泵和甲醇循环泵，在泵开启以后，换热组件也开启，开始与供给管路中的甲醇进行热量交换，保证甲醇供给管路中的甲醇温度维持在25-50℃温度范围内，满足下游甲醇发动机对燃料的温度需求。甲醇供给泵将甲醇燃料通过甲醇供给管路输送给甲醇缓冲罐，在这个过程中，甲醇供给泵将甲醇的压力升高至5-8bar。甲醇缓冲罐具备与甲醇供给泵出口相适应的承压能力，同时可以维持下游甲醇循环泵的吸口稳定。甲醇循环泵再将甲醇缓冲罐中的甲醇通过甲醇供给管路继续往下游输送，甲醇循环泵的出口压力与市面上目前有的船舶甲醇发动机对甲醇燃料的需求压力相符合，为9.5-13.5bar。甲醇循环泵输送来的甲醇经过高压换热器和精细过滤器的处理后满足船舶甲醇发动机燃烧需求，然后通过燃料阀组的，输送给下游的船舶甲醇发动机燃烧。
41.根据船舶甲醇发动机负荷的变化，对甲醇燃料的消耗量会有差异，则需要配备甲醇回流管线将多余的甲醇经过压力装置调压后通过回流管线回流至甲醇缓冲罐、甲醇日用柜或者甲醇燃料仓继续储存和使用。
42.该船舶甲醇燃料供给系统的每条可形成封闭段的甲醇供给管路都可以通过甲醇泄放管路重力自流入甲醇收集柜中，甲醇泄放管路有一定的斜度，该斜度以便于甲醇能自由泄放到甲醇收集柜中为主。该收集柜中布置液位开关，到达设定液位点，泄放收集的甲醇
燃料可流回甲醇日用柜或甲醇燃料仓中。
43.本发明的有益效果为：本发明提供的船舶甲醇燃料供给系统结构可以根据实际需要进行调整，灵活多变，适应不同船舶类型的需要。
附图说明
44.图1为本发明船舶甲醇燃料供给系统实施1的船舶甲醇燃料供给系统的原理示意图。
45.图中：甲醇燃料仓（t1），甲醇日用柜（t2），甲醇缓冲罐（t3），甲醇泄放收集柜（t4），液位开关（ls）；甲醇输送泵一（p4），甲醇供给泵（p1），甲醇循环泵（p2），甲醇输送泵二（p3）；低压换热器（h1），高压换热器（h2）；初级过滤器（f1），低压二级过滤器（f2），高压精细过滤器（df3）；阀门一（v1），阀门二（v2），阀门三（v3），阀门四（v4）；阀门五（v5）；阀门六（v6），阀门七（v7），阀门八（v8），阀门九（v9），阀门十（v10），阀门十一（v11），阀门十二（v 12），阀门十三（v 13），阀门十四（v 14），阀门十五（v 15），阀门十六（v 16）；甲醇供给管路一（l1），甲醇供给管路二（l2），甲醇供给管路三（l3），甲醇供给管路四（l4），甲醇供给管路五（l5），甲醇供给管路六（l6），甲醇供给管路十一（l11），甲醇供给管路十二（l12），甲醇供给管路十三（l13），甲醇供给管路十四（l14），甲醇供给管路十五（l15），甲醇供给管路十六（l16），循环管路一（h1），循环管路二（h2），循环管路三（h3），循环管路四（h4），循环管路五（h5），循环管路六（h6），循环管路七（h7），循环管路八（h8）；甲醇泄放管路一（x1），甲醇泄放管路二（x2），甲醇泄放管路三（x3），甲醇泄放管路四（x4），甲醇泄放管路五（x5），甲醇泄放管路六（x6），甲醇泄放管路七（x7），甲醇泄放管路八（x8），甲醇泄放管路九（x9），甲醇泄放管路十（x10），甲醇泄放管路十一（x11），甲醇泄放管路十二（x12），温度传感器（tt1）、流量计（fmt1）、温度传感器（tt2）、压力传感器（pit）。
具体实施方式
46.下文将结合附图和实施例，来对本发明具体的实施方式进行详细的阐述。以下实施例用来说明本发明，但不是用来限制本发明的范围。
47.在本发明的示意图中，各种管线与甲醇燃料仓、甲醇日用柜的连接位置仅仅是为了方便说明技术原理，阀门和仪器仪表同样只是为了便于表述技术原理，不代表所述系统只有图示阀门和仪器仪表；示意图中仅绘制甲醇燃料的供给管线、回流管线和泄放管线，未表示与甲醇燃料供给相关联的更多管线，不代表所述燃料管线仅有此三类；示意图中各部件的接口仅为了方便表述过程和原理，示意出了相关的接口，不代表仅有图示的接口；仅各绘制一组甲醇燃料发动机来表述下游用户，不代表只能供给一组。
48.实施例1
图1为根据本发明船舶甲醇燃料供给系统一个实施例的船舶甲醇燃料供给系统的原理示意图。该系统包括甲醇燃料仓t1，甲醇输送泵p4，初级过滤器f1，低压二级过滤器f2，高压精细过滤器df3，甲醇日用柜t2，其中甲醇燃料仓t1用来储存常温常压状态的原始甲醇燃料，甲醇输送泵p4将甲醇燃料仓t1中的原始甲醇燃料送入甲醇日用柜t2中，过程中通过初级过滤器f1对初始甲醇燃料进行初级过滤，去除燃料中较大的杂质和颗粒物。甲醇输送泵p4将甲醇燃料仓t1中的原始甲醇燃料通过甲醇供给管路l1，l2，l3，初级过滤器f1输送入甲醇日用柜t2中，甲醇日用柜是常温常压储存容器，f1是初级过滤器，对该甲醇燃料仓t1内的原始甲醇燃料进行初级过滤，可以过滤掉进入后端甲醇日用柜t2的大颗粒杂质，降低后期的清理维护工作。
49.甲醇日用柜t2的高度高于其下游的甲醇供给管路和管路中的各个部件，v1阀门打开，其他阀门关闭，甲醇会缓慢充满甲醇供给管路l4，l5，l6，l11，l12，l13，l14，充满后开启甲醇供给泵p1和甲醇循环泵p2，燃料阀门v3，v4，甲醇随机充满循环管路h1，h4，h5，h6，h7，h8，同时开启换热系统h1和h2，系统自循环开始，温度传感器tt1监测甲醇供给管线入口端甲醇初始温度，温度传感器tt2监测换热器h2出口甲醇温度，即甲醇燃料供给系统最终输送给甲醇发动机的甲醇温度25-50℃。甲醇供给泵p1和甲醇循环泵p2进出口均配置压力表，与甲醇泵的技术参数相适应，其中甲醇供给泵p1的出口压力为5-8bar，甲醇循环泵p2的出口压力为10-16bar，满足下游甲醇发动机对甲醇燃料的压力需求。
50.甲醇供给管路十四（l14）的尾端配置pit压力传感器，实时监测显示甲醇燃料供给管路尾端的甲醇压力，即甲醇燃料供给系统最终输送给甲醇发动机的甲醇压力。待整个甲醇燃料供给系统处理的甲醇温度和压力满足下游甲醇发动机需求时，整个系统处于稳定适用状态，此时，便可开启阀门v2，处理合格的甲醇燃料便会通过甲醇供给管路l15，燃料阀组，甲醇供给管路l16直接输送给甲醇发动机使用。在该实施例中，高压精细过滤器df3选择双联滤器，滤器的进出口配置压差传感器pdi实时监测滤芯进出口压差，当双联滤器df3运行的一侧出现高压差报警时，可在不影响整个甲醇燃料供给系统运行的前提下切换到df3的备用一侧继续运行，同时切断高压差报警一侧，以便检修和维护。
51.在系统停机时，甲醇供给管路上的阀门v1，v2和甲醇回流管线上的阀门v3，v4关闭，然后甲醇循环管路上的自动阀门v7-v16开启，每段可形成封闭管段的甲醇输送管路均可经过甲醇泄放管路x1-x10自行汇集到泄放管线x11中，经泄放管路x11重力自流入甲醇泄放收集柜t4中，其中，甲醇泄放收集柜t4中布置液位开关ls，当液位超过设定值时，启动甲醇输送泵p3，将甲醇泄放收集柜t4中的甲醇燃料输送回甲醇燃料仓t1，防止甲醇泄放收集柜t4超限。甲醇泄放收集柜t4的位置一般低于甲醇输送管线，泄放管线x1-x11的布置要能便于泄放燃料重力自流入泄放收集柜t4中。
52.在该实施例中泄放管线x11是布置在安全区域具有一点斜度的双壁管，这样更能降低燃料泄露的风险。除了泄放管线，燃料阀组单元和甲醇发动机单元都分别配备了循环管路h2和h3，剩余的甲醇燃料经过循环管路h2和h3，调节阀v5和v6返回甲醇日用柜t2中循环使用。
53.甲醇燃料仓t1和甲醇日用柜t2的顶部配置惰性气体单元，用于维持内部压力稳定，压力高时，惰性气体从甲醇燃料仓t1和甲醇日用柜t2顶部排出返回惰性气体单元，压力降低时，惰性气体进入甲醇燃料仓t1和甲醇日用柜t2顶部空间，这样的布置既可以维持压
力稳定，又避免甲醇挥发到安全区域造成安全隐患。
54.实施例1中，温度传感器tt1、流量计fmt1、温度传感器tt2、压力传感器pit，用来监测和反馈该船舶甲醇燃料供给系统提供的甲醇的温度、压力和流量是否满足各个发动机的需求，如果不满足提供反馈信号给控制系统进行优化调节，此处不再赘述详细的调节过程。各个设备代号，管路代号只是为了方面描述船舶燃料供给系统的原理，并不代表其他意义。
55.很明显，本发明的上述实施例仅仅是为了表达清楚该发明所做的举例，并不是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变动或组合。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的原理和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
56.管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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。