汽车运输船甲醇燃料系统应用

汽车运输船甲醇燃料系统应用

李晓婷 霍伟伟 王荣

（招商局重工（江苏）有限公司，海门 226116）

摘要：随着环保政策和标准的不断变化和加强，为了应对环境的限制以及达到国际海事组织2050年以零碳排放为目标的标准，甲醇作为新兴的清洁船舶燃料应运而生，其有害物质排放量与传统的的燃油相比，氮氧化物减少80%，硫化物减少99%，温室气体最多减少25%，本文以某大型汽车运输船为研究对象，简要介绍了双燃料动力船甲醇燃料系统及其辅助系统。

关键词：汽车运输船、甲醇燃料、系统

中图分类号：          文献标志码：    

Application of methanol fuel system in vehicle carrier

Li Xiaoting Huo Weiwei Wangrong

(China Merchants Heavy Industry (Jiangsu) Co., Ltd，Haimen 226116 ,China)

Abstract:With the continuous change and strengthening of environmental protection policies and standards, in order to cope with environmental restrictions and meet the International Maritime Organization's standard of zero carbon emission in 2050, methanol as an emerging clean ship fuel came into being. Compared with traditional fuel, its harmful emissions are reduced by 80% nitrogen oxides and 99% sulfide.Greenhouse gas can be reduced by up to 25%. Taking a large vehicle carrier as the research object, this paper briefly introduces the methanol fuel system and its auxiliary system of the dual-fuel power ship.

Key words:vehicle carrier, methanol fuel, system design

0船舶简要

该船总长220米，型宽38米，设计吃水9.25米，最大航速19节。

该船是一艘单螺旋桨、双燃料(甲醇和MGO/HFO)驱动的船,采用MAN B&W 7S60ME-LGIM甲醇/MGO/HFO双燃料发动机，主机在液体燃料油模式和低冲点燃料(甲醇燃料)模式下均能满足IMO III级要求，该船共设置13层滚装甲板，可装载9300辆汽车，续航力最高可达15,000海里，是一艘节能环保高效的汽车运输船。

1系统简介

甲醇燃料系统及其辅助系统旨在通过监控报警切断等措施确保安全可靠的基础上，遥控或手动操作系统完成甲醇燃料的加注、储存、驳运、燃料供应等功能。

图1甲醇燃料系统示意图

2系统组成

甲醇燃料系统主要由甲醇燃料加注、输送系统、甲醇燃料供给系统、周边辅助系统和控制安保系统等组成。

2.1 甲醇加注、输送系统

  该系统是为了实现甲醇舱的加注，储存舱之间的甲醇互驳，储存舱和日用舱之间的驳运及应急转移情况下从储存舱转移到其它载体上，甲醇储运系统包含：甲醇舱，加注站，驳运泵，管路阀门附件，甲醇舱维护系统等。

2.1.1 甲醇舱

甲醇舱一般包括：储存舱、日用舱及泄放舱，甲醇舱与相邻货舱之间均设置隔离空舱，甲醇舱作为结构舱室需要被四周的隔离空舱保护，甲醇舱与其隔离空舱被划分为危险区域，甲醇舱需要考虑惰化和除气等操作，甲醇隔离空仓需考虑泄露处置和舱底水处理等操作。

2.1.2 加注站

加注站应位于开敞甲板，围蔽或半围蔽需进行风险分析，加注站用于码头或加注船上对甲醇舱进行加注。加注站设计充分考虑加注过程惰性环境的维持和监测，加注站设计考虑实船加注操作所需的空间。加注站集成液相和气相管路，管路上设ESD 阀门、压力传感器和压力表，兼顾取样、泄放、扫线等功能。

加注站周边一般设置气体探测和泄露监测装置，并设有ESL 船岸连接系统接口、ESD 应急停止按钮、高位报警声光指示等确保加注过程安全。

加注站安装不锈钢接液盘，接液盘残液可以通过污液回收系统回收至污液/泄放舱。

半围蔽加注站处所应需设置火灾探测、消防、照明及通风。

2.1.3 驳运泵

甲醇驳运泵用于储存舱之间的甲醇互驳；储存舱和日用舱之间的驳运；应急转移情况下从储存舱转移到其它载体上。驳运管路设计考虑两台泵同时运行的工况。

驳运泵采用深井式泵或离心泵。如采用离心泵，应考虑到甲醇泵汽蚀余量和甲醇的低沸点，此泵的布置需尽可能的低于储存舱。

2.1.4 真空压力阀（PV 阀）

   为保证甲醇舱压力的稳定性，防止正压及负压对甲醇舱的损害，每个甲醇舱设置1只真空压力阀（PV 阀），透气速度最小30m/s，甲醇舱透气管出口的高度应高出露天甲板至少3m，透气管出口应远离起居处所、服务处所的空气进口或开口及着火点至少10m远。

2.1.5 管路阀门附件

  管子、阀附件材料应考虑燃料的腐蚀性和溶胀性，9300车汽车运输船的管路设计压力为10bar，阀门的主要形式为双偏心蝶阀和球阀，管路上的控制阀和ESD阀都配备经EX认证的定位器或限位开关，就地带机械阀位指示。

甲醇管路按规范要求静电接地，管道和船体之间的电阻应不大于1 MΩ。

2.1.6 甲醇舱监测系统

9300车汽车运输船的每个甲醇舱设置如下传感器，传感器的选用满足IEC60092-502，IEC60079的要求，并按规范要求提供证书。

(1)两套液位传感器

(2)一套高位报警和溢流报警

(3)一套温度监测传感器

(4)一套压力监测传感器

(5)甲醇隔离保护舱设置一套液位浮球开关

2.2 甲醇燃料供给系统

 9300车汽车运输船根据甲醇/MGO/HFO双燃料发动机厂家MAN的推荐，设计一套甲醇燃料供应系统，甲醇工作压力为13bar±0.5bar，甲醇供给的最高温度为50℃，最低温度为25℃，冷却/加热介质为水乙二醇，该系统集合成撬块单元。甲醇从日用舱经甲醇燃料供给单元处理后达到主机厂家的需求的压力流量温度要求，再经FVT阀组进入主机。甲醇燃料供给系统设计应确保主机各种工况正常操作，并考虑潜在风险的安全措施，燃料供给过程中，氮气保持对甲醇舱的补气状态，补气压力不超过0.2 Bar，机器处所外的甲醇燃料管路不应穿过起居处所、服务处所、电气设备间或控制站，如穿过其他围蔽处所时，应采用双壁管（燃料准备间等除外）。

甲醇燃料供给单元内包括滤器、甲醇供应泵、流量计、甲醇换热器、乙二醇泵、乙二醇换热器、泄放泵、控制阀门、手动阀门、接线箱、应急停止按钮。

图2甲醇燃料供给系统原理图

2.2.1 甲醇燃料准备间

甲醇燃料供给单元布置在甲醇燃料准备间。燃料准备间不得位于A 类机器处所或其他重要机器处所内。燃料准备间应相对于邻近处所为气密和液密，并向开敞甲板进行连续负压抽风。燃料准备间需为气密舱壁封闭的空间，在系统故障的情况下，可以探测并处理甲醇泄漏而不会对船舶的其他部分造成危险。燃料准备间除了布置甲醇供给撬块外，还布置辅助的氮气、舱底、通风、消防等系统。

2.3 辅助系统

辅助系统包含氮气惰化吹扫、除气、残液回收、双壁管通风等。

2.3.1氮气系统

氮气系统主要包含氮气空压机、空气缓冲罐（仅PSA形式需要）、氮气发生器及氮气瓶等设备。加注前，甲醇舱应用氮气进行惰化，加注后，甲醇液管道应采用约8bar 氮气进行吹扫进舱。甲醇管路特别是供给系统管路，也应保持惰化的环境，以便随时启用供应系统。航行过程中，氮气瓶通过管路连接至甲醇舱透气管路，在甲醇舱失压时进行自动补气，确保0.01bar以上的正压。氮气系统包含以下功能：

(1)管路和发动机内部的吹扫

(2)甲醇舱及管路的惰化、补气和扫气

(3)隔离舱泄露后的处置

(4)发动机和双壁管密性检测

图3氮气系统原理图

2.3.2甲醇残液泄放和回收系统

该系统用来收集加注站、接液盘的甲醇残液将其泄放至甲醇泄放舱，收集泄露至隔离空舱的甲醇残液，并将甲醇残液通过排放泵排放至通岸或者直接排海。

2.3.3双壁管通风系统

9300车汽车运输船双壁管通风系统根据规范及主机厂推荐进行设计，双壁管采用负压机械通风方式，其可监测内管泄露；监测外管泄露；满足IMO 30次/h负压换气要求，风机的数量和功率应满足：从主配电板或应急配电板由独立线路供电的一个风机失效，或者从主配电板或应急配电板由公用线路供电的一组风机失效时，通风能力下降不应超过50%。

2.3.4驱气除气系统

在维修、特涂检查和干船坞状态下， 需要进行甲醇舱驱气和除气。

驱气：甲醇舱除气前，需进行氮气驱气操作，氮气通过连接在液相输送管路上的可拆接头，通过液相注入管进入甲醇舱，排出的混合气体通过PV 阀除气盖排放到大气中，直到可燃气体含量低于2%的体积浓度。

除气：氮气驱气完成后，采用除气风机进行除气，使舱内空气达到正常氧浓度水平。

2.4 控制安保系统

控制安保系统包含ESD系统、气体探测系统、火警探测、系统检测和安全控制系统。

2.4.1 ESD系统

紧急关闭(ESD)系统是为了保护系统和设备安全所设置的，ESD阀门为失效安全性，当出现异常情况时，将自动或手动关闭各种设备。以下处所需布置手动按钮：

(1)燃料准备间

(2)甲醇舱区域

(3)集控室

(4)驾驶室

(5)消防控制站

(6)加注站

(7)机舱逃口或者合适的走道处所

2.4.2

气体探测系统

可燃气体探测系统能够在保护区域内泄漏可燃气体的浓度低于爆炸下限的条件下提前报警从而干预由于可燃气体泄漏而引发的火灾和爆炸事故。以下区域布置可燃气体探测：

(1)加注站

(2)燃料准备间

(3)水乙二醇膨胀箱

(4)双壁管

(5)甲醇相关的通风管路

(6)甲醇舱隔离舱以及机舱甲醇处所

2.4.3 消防和火警探测

应对燃料准备间、燃料舱、加注站及穿过滚装处所的燃料管路进行结构防火。

除了水灭火系统，在开敞甲板的燃料舱、机舱、燃料准备间、加注站均应设置固定式抗醇泡沫灭火系统，当燃料舱位于开敞甲板上时还应设置水雾系统。

在加注站、燃料准备间、机舱甲醇机处所应布置火警探测，系统应该综合进船舶火警探测系统中并留有接口给甲醇安全系统。

2.4.4 系统监测和安全控制系统

一个完整独立的控制柜由2路电源供电，系统内配备满足系统失电后运行30分钟的UPS电源，如果系统集成到自动化内，则自动化系统应设置独立的SAU采集箱，以避免由于其它系统原因引起的系统故障。

系统监测内容包含：甲醇舱以及相关管路的压力和温度监测和液位监测，通风监测，系统泵和传感器以及ESD阀门的状态监测等；

系统的安全控制内容包含：甲醇相关的安全连锁功能和报警功能。

表1监测与控制

3 结束语

与传统的燃油相比，绿色甲醇可以减排，它极大地减少氮氧化物、硫氧化物及微粒物的排放，甲醇能在常温常压下保持液体状态，不需要低温储存和绝热，甲醇易于在船上储存和处理，且对基础设施要求简单，甲醇作为新兴的环保燃料在大多数港口都有储存和处理设施，甲醇燃料的低温度闪点也有利于保障船舶的安全，最重要的是，甲醇可以通过多种方式进行萃取制造，总的来说甲醇燃料在环保、安全和可持续性等方面的有着广阔的发展前景，在未来有望成为可持续发展的重要能源。

参考文献：

[1]《使用甲醇/乙醇作为燃料的船舶安全临时导则》（MSC.1-Circ1621）

[2]CCS《船舶应用甲醇乙醇燃料指南》2022

[3] IEC60092-502,IEC60079