一种氨燃料供给系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及船舶工程装备技术领域，具体涉及一种氨燃料供给系统及其使用方法。

背景技术

面对日益严峻的环境问题，国际和国内公约对航运业污染物排放的要求日趋严格，发展船用清洁能源是寻求航运业绿色低碳发展的重要途径。近年来液化天然气、甲醇、氢和氨等清洁能源在船上的应用日益增加，从长远来看，氢、氨等“零碳”燃料可能成为减少排放的最优选择。

氨是无机化合物，由氢和氮组成，在燃烧时不会产生二氧化碳和二氧化硫以及其他含碳的空气污染物。氨气易于液化，在一个大气压下，将气态氨冷却至-33℃，或在常温下加压到0.7-0.8MPa,氨气就能液化成无色的液体。液氨的体积约为等量气态氨体积的1/922。为了节省燃料储存空间和有效增大船舶的航程和自持力，氨燃料以液态存储在船舶上。目前可预期的氨双燃料机，都是以液氨作为燃料，尚无法直接利用储存过程中蒸发的氨气作为燃料。

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种氨燃料供给系统及其使用方法，系统在供给氨燃料的同时，能有效处理和控制液氨的蒸发，防止舱压升高，避免氨气排放的危险发生，保证船上人员的安全。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案如下:

一种氨燃料供给系统一种氨燃料供给系统，包括储罐、输送泵、缓冲罐、增压泵、射流喷射器、热交换器和氨燃料设备，设备之间通过管路依次连接，管路包括液氨输送管路、第一管路、第二管路、挥发气管路、氨燃料供给管路和回舱管路，挥发气管路的一端与储罐内的顶部气相空间连通，挥发气管路的另一端与射流喷射器的抽吸口连接，输送泵的出口与液氨输送管路连接，液氨输送管路通过并联的第一管路和第二管路分别与缓冲罐连接，缓冲罐内设有液态氨，液态氨通过增压泵增压后经氨燃料供给管路输送至氨燃料设备，缓冲罐底部连接有回舱管路，回舱管路与储罐连通。

作为优选的技术方案，储罐为A型、B型、C型和薄膜型围护系统中的任意一种。

作为优选的技术方案，输送泵是潜液泵或深井泵，输送泵安装在储罐内部。

作为优选的技术方案，输送泵是卧式或立式泵,输送泵安装在储罐外部。

作为优选的技术方案，第一管路和第二管路并行设置，第一管路上设有第一压力控制阀，第二管路上依次设有第二压力控制阀、射流喷射器和第一热交换器、单向止回阀，储罐的顶部设有压力传感器，第一压力控制阀和第二压力控制阀与压力传感器通过信号连接，根据储罐内气相空间的压力控制第一压力控制阀和第二压力控制阀的开关状态，射流喷射器设有引流口、抽吸口和排出口，引流口与第二压力控制阀相连接，抽吸口与挥发气管路连接，排出口与第一热交换器连接，第一热交换器对来自射流喷射器的液态氨与氨挥发气的混合液进行降温、液化，单向止回阀安装在第一热交换器和缓冲罐之间的管路上。

作为优选的技术方案，缓冲罐接收来自第一管路或第二管路的液态氨，缓冲罐上设置有液位传感器,缓冲罐与氨燃料供给管路和液氨回舱管路连接，氨燃料供给管路上设有增压泵和第二热交换器，增压泵和第二热交换器将液态氨进行增压、降温至常温后供给氨燃料设备使用，液氨回舱管路的一端连接缓冲罐底部，液氨回舱管路的另一端延伸至储罐内靠近底部的位置。

作为优选的技术方案，液氨回舱管路上设有液位控制阀和节流阀，液位控制阀由安装在缓冲罐本体上的液位传感器控制开关，节流阀对回舱的液氨进行节流、减压。

作为优选的技术方案，一种氨燃料供给系统的使用方法，包括以下步骤：

步骤一，输送泵将储罐内的液态氨经液氨输送管路输出，通过压力传感器监测储罐内气相空间的压力，根据储罐内的压力对并行的第一管路、第二管路择一选用；

步骤二，当储罐内的压力低于设定值时，第一压力控制阀打开，第二压力控制阀关闭，液态氨经第一管路输送至缓冲罐；

步骤三，当储罐内的压力高于设定值时，第一压力控制阀关闭，第二压力控制阀打开，来自输送泵的液态氨由引流口进入射流喷射器，经过射流喷口，液态氨的压力降低，流速增大，在射流喷射器内形成一个低压区，低压区通过抽吸口与挥发气管路连接，储罐内的过量挥发氨气在压差作用下，经挥发气管路由抽吸口进入射流喷射器，并在射流喷射器内与液态氨混合形成气液混合液，由射流喷射器排出的混合液经第一热交换器降温、液化后进入缓冲罐；

步骤四，缓冲罐内的液态氨，经增压泵和第二热交换器增压、冷却后，压力和温度满足氨燃料设备的需求，作为燃料输送给氨燃料设备使用；

步骤五，当来自储罐的液态氨的量超过氨燃料设备需求时，缓冲罐内液态氨的液位上升，当液位超过高位设定值时，安装在缓冲罐上的液位传感器发出信号，控制液位控制阀打开，缓冲罐与储罐通过液氨回舱管路连通，回舱液氨经节流阀节流、降压的同时温度降低，回舱液氨被输送至储罐底部时，受到储罐内液位静压的作用，在降温和静压的双重作用下，回舱液氨处于过冷状态，即部分冷能随回舱液氨进入储罐；

步骤六，当缓冲罐内液位下降至低位设定值时，储罐上的液位传感器控制液位控制阀关闭，液氨返舱停止，在步骤5和步骤6的操作过程中，向氨燃料设备输送燃料的步骤4不受影响。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种氨燃料供给系统，结构简单，控制逻辑清晰，可根据储罐压力灵活选择液氨燃料供给流程。

(2)本发明的一种氨燃料供给系统，引入的射流喷射器，不存在运动部件，确保了系统运转的高可靠性。

(3)本发明的一种氨燃料供给系统，以输送的氨燃料作为射流喷射器的引流液，利用射流喷射器抽吸特性，抽出储罐内的挥发气，无需额外的功率消耗，有效提升系统的效率及经济性。

(4)本发明的一种氨燃料供给系统，利用氨的沸点随压力升高而升高，通过射流喷射器对储罐内的挥发气抽吸、混合、升压，使得后续常温液化得以实现。

(5)本发明的一种氨燃料供给系统，对于回舱液态氨，综合节流阀减压、降温，以及储罐内液位静压,使得回舱液氨达到过冷状态，能有效减少储罐内液氨的挥发，进一步提升整个系统的工作效率。

附图说明

图1是本发明的一种氨燃料供给系统的结构示意图；

图中，1.储罐；2.输送泵；3.射流喷射器；4.第一热交换器；5.缓冲罐；6.增压泵；7.第二热交换器；8.第一压力控制阀；9.第二压力控制阀；10.液位控制阀；11.节流阀；12.单向止回阀；13.压力传感器；14.液位传感器；15.液氨输送管路；16.第一管路；17.第二管路；18.挥发气管路；19.氨燃料供给管路；20.回舱管路；21.氨燃料设备。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步的描述：

如图1所示，一种氨燃料供给系统，包括储罐1、输送泵2、缓冲罐5、增压泵6、射流喷射器3、热交换器和氨燃料设备，设备之间通过管路依次连接，具体地，储罐1顶部设有挥发气管路18，挥发气管路18的一端与储罐1内的顶部气相空间连通，挥发气管路18的另一端与射流喷射器3的抽吸口连接，输送泵2的出口与液氨输送管路15连接，液氨输送管路15通过并联的第一管路16和第二管路17分别与缓冲罐5连接，缓冲罐5内设有液态氨，液态氨通过增压泵6增压后经氨燃料供给管路19输送至氨燃料设备21，缓冲罐5底部连接有回舱管路20，回舱管路20与储罐1连通。

具体地，储罐1可以是IMO(国际海事组织)定义的A型、B型、C型和薄膜型围护系统的任意一种，储罐1设置在船体结构内部或者甲板上，用于储存液氨。储罐1的顶部设有压力传感器13，用于实时监测储罐1气相空间的压力。

具体地，输送泵2的出口压力约23bar，可以是潜液泵或深井泵，安装在储罐1内部，也可以是卧式或立式泵,安装在储罐1外部。

具体地，第一管路16和第二管路17并行设置，二者择一选用，第一管路16上设有第一压力控制阀8，第二管路17上依次设有第二压力控制阀9、射流喷射器3和第一热交换器4、单向止回阀12。

具体地，第一压力控制阀8和第二压力控制阀9可以是电动、气动或液压驱动，由储罐1顶部的压力传感器13控制，根据储罐1内气相空间的压力控制第一压力控制阀8和第二压力控制阀9的开关状态，射流喷射器3设有引流口、抽吸口和排出口，引流口与第二压力控制阀9相连接，抽吸口与挥发气管路18连接，排出口与第一热交换器4连接，第一热交换器4可以是板壳式换热器、管壳式换热器或绕管式换热器，第一热交换器4对来自射流喷射器3的液态氨与氨挥发气的混合液进行降温、液化，用于降温的冷却介质可以是淡水、海水或乙二醇溶液，单向止回阀12安装在第一热交换器4和缓冲罐5之间的管路上，用于防止缓冲罐5内的氨回流。

具体地，缓冲罐5用于接收来自第一管路16或第二管路17的液态氨，缓冲罐5上设置有液位传感器14,液位传感器14可以是雷达式、浮子式，缓冲罐5与氨燃料供给管路19和液氨回舱管路20连接，氨燃料供给管路19上设有增压泵6和第二热交换器7，增压泵6可以是容积泵或离心泵，出口压力约为83bar表压，第二热交换器7可以是板壳式换热器、管壳式换热器或绕管式换热器，增压泵6对液态氨进行增压后，第二热交换器7将液态氨降温至常温(25-40℃)，满足氨燃料设备21的使用需求，降温用的冷却介质可以是淡水、海水或乙二醇溶液，液氨回舱管路20的一端连接缓冲罐5底部，液氨回舱管路20的另一端延伸至储罐1内靠近底部的位置。液氨回舱管路20上设有液位控制阀10和节流阀11，液位控制阀10可以是电动、气动或液压驱动，液位控制阀10由安装在缓冲罐5本体上的液位传感器14控制开关，节流阀11对回舱的液氨进行节流、减压，使得回舱液氨的压力由储罐1内约20bar表压，降至略高于储罐1气相空间压力。

一种氨燃料供给系统的使用方法，包括以下步骤：

步骤一，输送泵2将储罐1内的液态氨经液氨输送管路15输出，通过压力传感器13监测储罐1内气相空间的压力，根据储罐1内的压力对并行的第一管路16、第二管路17择一选用；

步骤二，当储罐1内的压力低于设定值(设定值可以在储罐1最大设计压力和正常压力间任意选取)时，第一压力控制阀8打开，第二压力控制阀9关闭，液态氨经第一管路16输送至缓冲罐5；

步骤三，当储罐1内的压力高于设定值时，第一压力控制阀8关闭，第二压力控制阀9打开，来自输送泵2的液态氨由引流口进入射流喷射器3，经过射流喷口，液态氨的压力降低，流速增大，在射流喷射器3内形成一个低压区，低压区通过抽吸口与挥发气管路18连接，储罐1内的过量挥发氨气在压差作用下，经挥发气管路18由抽吸口进入射流喷射器3，并在射流喷射器3内与液态氨混合形成气液混合液，由射流喷射器3排出的混合液经第一热交换器4降温、液化后进入缓冲罐5；

步骤四，缓冲罐5内的液态氨，经增压泵6和第二热交换器7增压、冷却后，压力和温度满足氨燃料设备21的需求，作为燃料输送给氨燃料设备21使用；

步骤五，当来自储罐1的液态氨的量(包括输送泵2输送的量以及挥发氨气液化的量)超过氨燃料设备21需求时，缓冲罐5内液态氨的液位上升，当液位超过高位设定值时，安装在缓冲罐5上的液位传感器14发出信号，控制液位控制阀10打开，缓冲罐5与储罐1通过液氨回舱管路20连通，回舱液氨经节流阀11节流、降压，使得回舱液氨的压力由储罐1内约20bar表压，降至略高于储罐1气相空间压力，降压后的液氨，其温度也随之降低，同时由于回舱液氨被输送至储罐1底部，受到储罐1内液位静压的作用，在降温和静压的双重作用下，回舱液氨处于过冷状态，也就意味着部分冷能随返舱液氨进入储罐1，从而进一步降低储罐1内液氨的蒸发量；

步骤六，当缓冲罐5内液位下降至低位设定值时，储罐1上的液位传感器14控制液位控制阀10关闭，液氨返舱停止，在步骤5和步骤6的操作过程中，向氨燃料设备21输送燃料的步骤4不受影响。

本实施例只是对本发明的进一步解释，并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性的修改，但是只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。