一种船舶氨燃料供给综合管理系统及控制方法与流程

本发明属于船舶氨燃料，具体涉及一种船舶氨燃料供给综合管理系统及控制方法。

背景技术：

1、随着温室效应日益严重，全球范围内掀起了碳减排的热潮，在船舶行业，清洁能源也迅速发展，将逐步取代化石能源成为未来船舶的主要能源。氨作为易获得、易储存的化工品，燃烧排放物中无碳产生，也逐步进入船舶燃料行业，成为最具前景的船舶清洁燃料之一，船舶行业也逐渐加大了对氨燃料的研究力度。

2、氨气作为有毒物质，考虑到船舶安全，船级社对氨燃料系统的氨气管理给出了明确规定：系统中产生的氨气需尽可能回收利用，同时，氨燃料系统产生的氨气不可直接排入大气，需经过氨气处理设备处理后方可排放，排放后不得导致船舶任何位置出现氨气浓度高于30ppm。另外，根据船级社要求，氨气处理系统需长期运行或在氨气排放时能自动启动。目前，船级社建议的氨气管理技术包括氨气再液化、氨吸收、氨燃烧、氨催化氧化等，氨气燃烧和氨催化氧化技术系统组成复杂、启动缓慢、运行成本高，当前并不适用于船舶氨气管理。氨气再液化、氨吸收具有原理简单、安全可靠等特点，适合用于船舶氨气管理。

3、专利cn115675812a《船用燃料供应系统及其bog回收再利用系统和方法》公布了一种用于氨燃料舱中bog再液化回收的方法，该方法的控制方法的系统设计和控制方法并未考虑氨气成分不纯和系统操作压力对安全阀排放的影响，因此该方法仅适用于氨燃料储存舱中的纯氨气进行处理和回收，无法对燃料供给系统在管道吹扫产生的氨气氮气混合气体、安全阀泄放产生的纯氨气等工况下产生的氨气进行回收，导致部分氨气燃料浪费。

4、专利cn114954885b《氨燃料供应系统和船舶》公布了一种利用低温液氨冷能进行氨燃料舱中bog再液化回收的方法，但该方法与专利cn115675812a存在相同问题，也仅适用于氨燃料储存舱中的纯氨气的处理和回收。

5、专利cn112696289a《一种船用液氨燃料供给及燃料回收利用系统》公布了一种氨燃料发动机燃料回流管道吹扫过程中的液氨回收和利用的方法，该方法是通过气液分离罐将管道中产生的液氨和氮气混合物进行气液分离，实现液态氨回收利用。该方法并未对气态氨进行回收处理，且在气体排放过程中由于压力降低，使得部分液氨气化，进而导致部分氨燃料存在浪费的现象。

技术实现思路

1、本发明的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本技术的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

2、本发明公开了一种船舶氨燃料供给综合管理系统，包括：

3、液氨燃料舱；

4、第一气液分离器，其入口与所述液氨燃料舱的出口相连通，并在二者之间设有氨气液化装置，以将所述液氨燃料舱内产生的氨气转化成液氨，且所述第一气液分离器内的设定压力高于液氨温度对应的饱和压力，以保持所述第一气液分离器内液氨的液态化；

5、第一压力传感器，用于检测所述液氨燃料舱内的压力，当所述第一压力传感器监测到所述液氨燃料舱内压力超过设定值时，所述液氨燃料舱出口通过第一流量调节阀的调控，将所述液氨燃料舱内的氨气输送至所述氨气液化装置；

6、第二压力传感器，用于监控所述第一气液分离器内的压力，当第二压力传感器监测到所述第一气液分离器内压力超过设定压力值时，所述第一气液分离器的出液口通过第一调压阀的调控，将所述第一气液分离器内的液氨进行节流降压，节流降压后形成的气液混合氨反排至所述液氨燃料舱的入口内；

7、第二气液分离器，其入口外接氨燃料供给系统燃料管道吹扫管道和/或氨燃料发动机吹扫管道，所述第二气液分离器内的设定压力高于液氨温度对应的饱和压力，以保持所述第二气液分离器内液氨的液态化；

8、第三压力传感器，用于检测所述第二气液分离器内的压力，当第三压力传感器监测到所述第二气液分离器内压力超过设定压力值时，所述第二气液分离器的出液口通过第二调压阀的调控，将所述第二气液分离器内的液氨进行节流降压，节流降压后形成的气液混合氨反排至所述液氨燃料舱的入口内；

9、第二液位传感器，用于检测所述第二气液分离器内的液位；当所述第二液位传感器监测到所述第二气液分离器内的液位低于设定值时，所述第二气液分离器的出气口通过第二流量调节阀的调控，将所述第二气液分离器内氮氨混合气排入至所述氨气液化装置；通过所述氨气液化装置将所氮氨混合气转化成液氮和氮气并进入所述第一气液分离器内；

10、第一液位传感器，用于检测所述第一气液分离器内的液位；当所述第一液位传感器监测到所述第一气液分离器内的液位低于设定值时，所述第一气液分离器出气口通过通过第四流量调节阀的调控，将所述第一气液分离器内的氮氨混合气排至所述第一气液分离器出气口外接的氨气吸收柜内以对氨气进行回收，并通过所述氨气吸收柜上的透气桅将氮气进行排放。

11、在一些实施方式中，所述氨气液化装置包括依次设置的氨气加热器、压缩机进口缓冲罐、氨气压缩机、压缩机出口缓冲罐、氨气冷凝器。

12、在一些实施方式中，还包括：

13、流量传感器，设于所述氨气液化装置的入口处，用于监控其流量大小；当所述流量传感器的流量低于设定值，通过调节所述第一流量调节阀，以将所述液氨燃料舱内的氨气输送至所述氨气液化装置进行补偿。

14、在一些实施方式中，还包括：

15、氨燃料供给系统燃料管道，与所述第二气液分离器的出液口相连通，并通过第三流量调节阀的调控，将第二气液分离器中未排出的液氨排出。

16、在一些实施方式中，还包括：

17、氨气缓存罐，其一端与所述氨气吸收柜相连通，其另一端与所述氨气液化装置、所述液氨燃料舱的出口以及所述第二气液分离器的出气口相连通；所述氨气缓存罐内设有有第一压力设定值和第二压力设定值，且第一压力设定值小于第二压力设定值；

18、氨燃料供给系统安全阀泄放汇总管，与所述氨气缓存罐相连通；

19、第四压力传感器，用于检测所述氨气缓存罐内的压力，当所述第四压力传感器监测到所述氨气缓存罐内的压力高于所述第一压力设定值时，通过所述氨气缓存罐和所述氨气液化装置之间的第五流量调节阀的调控，将所述氨气缓存罐内的氨气排入至所述氨气液化装置；当所述第四压力传感器监测到所述氨气缓存罐内的压力高于所述第二压力设定值时，通过所述氨气缓存罐和所述氨气吸收柜之间的气动开关阀，将氨气排入至所述氨气吸收柜内。

20、在一些实施方式中，所述液氨燃料舱内产生的氨气通过氨气液化装置以形成温度低于45摄氏度的液氮。

21、本发明还公开了一种船舶氨燃料供给综合管理系统控制方法，包括：

22、氨燃料供给系统和/或氨燃料发动机维护控制方法：通过氮气将氨燃料供给系统燃料管道吹扫管道和/或氨燃料发动机吹扫管道内的液氨吹扫进至第二气液分离器，第二气液分离器的设定压力高于吹扫出的液氨温度的饱和压力，以保持第二气液分离器中的氨维持液态；吹扫前期，随着吹扫进第二气液分离器的液氨逐渐累积第二气液分离器内压力升高，当第三压力传感器检测到压力高于设定值后，通过第二调压阀的调控，使液氨经过节流降压成为气液混合态氨并排往至液氨燃料舱内，以实现吹扫出的液氨回收；吹扫后期，进入第二气液分离器内的流体为氮氨混合物，氨在第二气液分离器中保持液态，氮气保持气态，随着氮气的聚集，第二气液分离器内的气液分界面下降，当第二液位传感器检测到液位低于设定值时，第二流量调节阀开启使第二气液分离器内上部空间的氮气/氨气混合气体被排往氨气加热器，氮气/氨气混合气体升温后再依次经过压缩机进口缓冲罐、氨气压缩机、压缩机出口缓冲罐后进入氨气冷凝器内冷却降温，使氨气被液化且氮气保持气态并进入第一气液分离器，此时第一气液分离器通过调控其内部压力和温度，使在第一气液分离器内的氨处于过冷状态以保持液态，而氮气处于过热状态以保持气态，氮气在气液分离器顶部聚集，液氨在气液分离器底部聚集，随着气液分离器内介质的聚集其压力逐渐升高，当第二压力传感器监测到压力超过设定值后，通过第一调压阀的调控，使液氨将被节流降压成气液混合氨进入液氨燃料舱内，实现吹扫后期氨气的回收；第一气液分离器中的氮气聚集，其气液分界面将逐渐下移，第一液位传感器检测到液位低于设定值时，控制第四流量调节阀开启，第一气液分离器内上部空间的氮气/氨气混合气体被排往氨气吸收柜，氨气被吸收剂吸收，氮气通过透气桅排往大气以实现排放。

23、在一些实施方式中，还包括：当第二气液分离器排出的氮气/氨气混合气体流量不能满足氨气压缩机的运行流量需求时，即流量传感器监测到的流量低于设定值，通过控制第一流量调节阀开度，进而将液氨燃料舱内的氨蒸气输送至氨气压缩机中以补偿其流量，当吹扫过程完成后，将第二气液分离器中未排出的液氨暂存，通过开启第三流量调节阀将液氨排往氨燃料供给管道以供氨燃料发动机燃烧。

24、在一些实施方式中，还包括：

25、安全泄压过程的氨气回收控制方法：

26、泄放出的氨气进入氨气缓存罐进行缓存，且氨气缓存罐内设有第一压力设定值和第二压力设定值，第一压力设定值小于第二压力设定值；当第四压力传感器监测到氨气缓存罐压力高于第一设定值后，控制第五流量调节阀开启，氨气缓存罐内的氨气经过氨气加热器、压缩机进口缓冲罐、氨气压缩机、压缩机出口缓冲罐后，再经由氨气冷凝器冷却降温，以将液氨输送至第一气液分离器内，随着第一气液分离器中的液氨聚集，第一气液分离器的压力会升高，当第二压力传感器监测到压力超过设定值时，控制第一调压阀开启，将第一气液分离器中的液氨进行节流降压以形成气液混合态氨并排往至液氨燃料舱内；当氨气缓存罐排出的氨气流量不能满足氨气压缩机的运行流量需求时，流量传感器监测到的流量低于设定值，此时控制第一流量调节阀开度，通过液氨燃料舱内的氨蒸气增加进入氨气压缩机的流量，保障氨气压缩机的稳定运行；当超过氨气压缩机处理量时，会使氨气缓存罐内的氨气聚集导致压力继续升高，当第四压力传感器监测到氨气缓存罐压力高于第二设定值后，控制气动开关阀开启，另部分氨气进入氨气吸收柜被吸收处理，余量部分氨气则通过透气桅排往大气。

27、在一些实施方式中，还包括：

28、液氨燃料舱内的氨蒸气再液化控制方法：液氨燃料舱吸收环境热量后产生的氨蒸气聚集，通过第一压力传感器检测到液氨燃料舱内压力达到设定值时，第一流量调节阀开启，液氨燃料舱内的氨气会经由第一流量调节阀排往氨气加热器进行加热至氨气压缩机可承受的温度，并通过流量传感器检测进入氨气加热器中的氨气流量，再通过控制第一流量调节阀的开度维持进入氨气加热器中的氨气流量维持在氨气压缩机设定的处理流量值上；氨气经过氨气加热器升温后，进入压缩机入口缓冲罐进行稳压，再经过氨气压缩机压缩增压，而后进入压缩机出口缓冲罐进行稳压，稳压后的氨气进入氨气冷凝器进行降温以形成液氨进入第一气液分离器内，第一分离器的设定压力高于液氨温度对应的饱和压力，以保持第一分离器中的氨保持液态；随着第一气液分离器中的液氨聚集，第一气液分离器压力升高，当第二压力传感器监测到压力超过设定值时，第一调压阀开启将第一气液分离器中的液氨进行节流降压，节流降压后的液氨会形成气液混合态氨，气液混合氨将被排往液氨燃料舱内，实现液氨燃料舱内的氨蒸气再液化。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明适用于以液氨作为燃料的船舶，以增压液化作为氨气处理的主技术路线、氨气吸收为辅技术路线，通过对液氨燃料舱、系统管道吹扫、发动机吹扫、安全泄放产生的氨气进行回收利用以实现系统氨气综合管理，进而提高氨燃料的利用率并降低氨气排放，节约船舶运行成本，提高系统安全性。发明仅采用一套氨气再液化装置，就可实现液氨燃料舱闪蒸汽再液化、系统吹扫产生的氮气/氨气混合气体氨气再液化、安全阀起跳泄放氨气再液化等所有工况，具有系统组成简单、功能齐全等优势。同时，通过对排放的氮气或氨气进行吸收处理，降低氨气排放量，提高安全性。

30、附图说明

31、此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

32、图1为本发明的结构示意图。