[0001] 本发明涉及船用柴油机的燃料提供装置，特别涉及一种双燃料低速柴油机的液化石油气燃料供应系统，属于柴油机技术领域。

[0002] 近年来，国际海事组织(IMO)对船舶的排放要求日趋严格，船舶界也在探索采用更多的清洁能源作为发动机的燃料，液化石油气LPG作为清洁能源，慢慢走入人们的视野。LPG全称Liquefied Petroleum Gas，中文名称为液化石油气，主要化学成分是丙烷和丁烷，是一种采用低温低压储存的燃料，其液态密度为500～590kg/m3，气体密度为1.5～2kg/m3。液化石油气具有易燃、易爆的特性，空气中爆炸浓度范围为1.5％～9.5％，泄漏后易积聚在较低的空间中，遇明火极易引起燃烧爆炸。

[0003] 以柴油‑LPG为双燃料的主机称为LGIP(Liquid gas injection LPG)双燃料船用柴油机，是目前最新型的双燃料发动机。与传统发动机相比，该机型装船运行后，船舶的氮氧化物排放可降低近20％，硫氧化物排放可降低90％～100％，无需安装脱硫装置即可满足最新的限硫令要求，因此在绿色减排方面具有显著优势；此外，LGIP废气的颗粒物排放可减少90％，二氧化碳排放可以减少13％～18％，船舶的能效设计指数(EEDI)可以提升13％～20％。

[0004] 为了保证绿色LGIP柴油机的正常运行，LPG燃料供应系统必须满足主机下列对燃料供给的要求：53±2bar的进机压力、25‑35℃的温度和≤10μm的颗粒度。因而如何稳定、安全、可靠地为LGIP双燃料船用柴油机供应液化天然气燃料成为迫切任务之一。

[0049] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步具体的详细说明，但不能因此而限制本发明要求保护的范围。

[0050] 本发明用于双燃料低速柴油机的液化石油气燃料供应，具有单方面的优良功能。本发明以液态石油气形式供应燃料，采用VFD变频柱塞泵和旁通快速控制阀，以满足柴油机双燃料模式下各种工况的运行；采用高压柱塞泵进行一级加压，以保障液态石油气进机压力保持在53±2bar；采用带阻尼的稳压装置，以保障液态石油气压力波动稳定在±2bar；采用水浴管壳式电加热器进行温度控制，以保障液态石油气进机温度25℃～45℃；采用高精度双联滤器，以保障液态石油气进机精度≤10μm；采用高压回液罐，以实现气相、液相液态石油气的动态平衡和分离；采用水冷换热器降低回液温度，以防止LPG气相增多；采用进液阀组和回液阀组，以实现供液系统与主机之间的隔离；采用进、回液质量流量计，以实现对柴油机LPG消耗的测量；采用惰性气体(氮气)在试车后对主机和管线吹扫，以保障系统的安全可靠。

[0051] 请参阅图1，所述的液化石油气燃料供应系统连接于LGIP主机34上，包括储气单元、泵压单元、加热单元、过滤稳压单元、阀组单元和气液分离单元；各单元均采用撬块结构，具有移动灵活、安装简单、维修方便和占用空间小的优点。

[0052] 所述储气单元用于储存LPG，包括有LPG储罐1和出口控制阀2。

[0053] 所述LPG储罐1内储存常温带压(约10bar)状态的LPG；所述出口控制阀2连接于该LPG储罐1上，用于控制LPG的输出；该LPG储罐1上连接有Ⅱ型安全阀14和Ⅲ型安全阀15，用于保证不会超压，该Ⅱ型安全阀14和Ⅲ型安全阀15的末端连接有阻火器13。

[0054] 所述泵压单元用于对来自所述LPG储罐1的LPG进行一级加压，以保障LPG的进机压力保持在53±2bar；该泵压单元与所述储气单元连接，包括有柱塞高压泵5、电机6、快速旁通控制阀10和PLC控制单元9。

[0055] 所述柱塞高压泵5采用VFD变频柱塞泵，其入口通过滤器4和进液管线3连接所述LPG储罐1，出口分两路，一路通过回液管线11连接所述LPG储罐1，另一路连接所述加热单元和阻尼器7；所述柱塞高压泵5上并联有Ⅰ型安全阀8，另与气相管线12连接。所述电机6与所述柱塞高压泵5连接，用于驱动该柱塞高压泵5。所述快速旁通控制阀10连接于所述回液管线11上。所述PLC控制单元9分别与所述电机6和快速旁通控制阀10进行电连接；所述PLC控制单元9接收外来的主机负荷信号，对所述柱塞高压泵5的频率和所述快速旁通控制阀10的开度进行及时快速调节，以相应调整液化石油气的流量，将管线上的液化石油气压力平衡在53±2bar范围中，从而满足柴油机双燃料模式下各种工况运行的要求。

[0056] 所述加热单元用于对加压后的LPG进行加热和温度控制，以保障进机温度25℃～45℃。该加热单元与所述泵压单元连接，包括有水浴式电加热器18、旁通开关阀16和入口开关阀17。

[0057] 所述入口开关阀17连接于所述水浴式电加热器18的前端，所述旁通开关阀16与该水浴式电加热器18进行并联；所述水浴式电加热器18前后端的管路上均设置有Ⅰ型安全阀8。

[0058] 所述过滤稳压单元用于对LPG进行过滤和稳压，以保障进机颗粒度≤10μm和压力波动±2bar。所述过滤稳压单元连接所述加热单元，包括有双联滤器19、若干阻尼器7和稳压装置20。

[0059] 所述双联滤器19为高精度滤器，能够满足最大颗粒度10μm的要求，所述双联滤器19的入口通过进液管线3连接所述加热单元的水浴式电加热器18的后端；所述若干阻尼器7设置于该双联滤器19上面，以保障液态石油气压力波动范围控制在±2bar之内；所述稳压装置20连接于所述双联滤器19的后端。所述双联滤器19的前端和稳压装置20的后端都安装有Ⅰ型安全阀8。

[0060] 所述阀组单元用于对所述LGIP主机34的LPG消耗进行测量，以及燃气模式结束后采用氮气对主机和管线进行吹扫，以保障系统安全可靠；该阀组单元一端连接所述过滤稳压单元和气液分离单元，另一端连接所述LGIP主机34，以实现供液系统与LGIP主机34之间的隔离。所述阀组单元包括有氮气装置33、气液分离罐25、LPG进液质量流量计22、LPG回液质量流量计23、进液阀组21和回液阀组24。

[0061] 所述进液阀组21的进口端通过所述进液管线3连接所述稳压装置20的后端，出口端通过所述LPG进液质量流量计22连接主机LPG进口31；所述回液阀组24的进口端通过所述LPG回液质量流量计23连接主机LPG出口32；所述气液分离罐25分别与所述进液阀组21和回液阀组24连接，该气液分离罐25连接有阻火器26；所述氮气装置33与所述进液阀组21连接，用于通入吹扫的氮气。

[0062] 所述气液分离单元用于对来自所述LGIP主机34的回液进行冷却，并且达到气相与液相的分离和动态平衡；该气液分离单元的入口连接所述回液阀组24的出口端，出口连接所述LPG储罐1，包括有水冷换热器28、LPG回液罐29和回液控制阀30。

[0063] 所述水冷换热器28的进口连接所述回液阀组24的出口端，出口连接所述LPG回液罐29；所述LPG回液罐29与所述LPG储罐1连接，所述回液控制阀30连接于该LPG回液罐29的出口处；所述气液分离单元的入口和出口的管线上以及所述LPG回液罐29上均设置有Ⅳ型安全阀27。

[0064] 所述的液化石油气燃料供应系统在以下各种工况下完成双燃料低速柴油机主机的LPG供给：

[0065] 一、燃气模式备车阶段——所述液化石油气燃料供应系统自循环(液化石油气不进入主机)，使液化石油气建立压力并稳定在53±2bar。

[0066] 请参阅图2，液化石油气(LPG)以常温带压(约10bar)形式储存在LPG储罐1中，液化石油气燃料供应系统接收到主机燃气模式备车信号后，出口控制阀2打开，LPG经过进液管线3输送至泵前的滤器4，LPG经柱塞高压泵5加压后分两路：

[0067] 1)一路至主机侧方向，如果LPG温度≤26℃，则经入口开关阀17进入水浴式电加热器18进行加热，(如果LPG温度≥40℃，则入口开关阀17关闭，LPG流经旁通开关阀16以免除加热，直接进入过滤稳压单元)；经加热的LPG通过进液管线3，送至双联滤器19，以满足最大颗粒度10μm的要求；然后经带阻尼器的稳压装置20，LPG送至进液阀组21，此时该阀组内的801阀处于关闭状态；

[0068] 2)另一路至储罐侧方向，加压后的LPG经过快速旁通控制阀10流回LPG储罐1；在备车阶段，LPG逐渐建立压力，通过PLC控制单元9，调节柱塞高压泵5的频率和快速旁通控制阀10的开度，将管线上的液化石油气压力平衡在53±2bar。

[0069] 二、燃气模式运行阶段——对液化石油气燃料的进机压力(53±2bar)、温度(25～35℃)和颗粒度(≤10μm)进行控制，并根据负荷相应调整液化石油气的流量，同时计算主机的LPG消耗，以便进行LPG加注。

[0070] 请参阅图3，液化石油气LPG经过加压至53bar后送至进液阀组21，该阀组内的801阀、807阀打开，经过LPG进液质量流量计22送至LGIP主机34内进行燃烧和做功；多余的LPG回液通过主机LPG出口32，经LPG回液质量流量计23送至回液阀组24，该阀组内的821阀、853阀打开，经过水冷换热器28降低LPG回液温度，使LPG以液态形式流入LPG回液罐29，该LPG回液罐29内气相和液相的LPG约在14bar压力时达到平衡，当液位传感器探测到LPG回液罐29内的液体LPG足够多时，打开回液控制阀30，因其压力高于储罐压力，所以LPG自动送回LPG储罐1。

[0071] 三、燃气模式正常停止阶段——系统停止LPG供应，并启用惰性气体氮气将LGIP主机和回液管线的LPG吹扫至LPG回液罐。

[0072] 请参阅图4，当双燃料柴油机燃气模式结束后正常停车时，液化石油气燃料供应系统停止输送LPG，进液阀组21内的801阀、807阀关闭；氮气装置33将17bar的氮气，通过进液阀组21向LGIP主机34方向吹扫，将管线和LGIP主机34内的LPG吹向回液阀组24，再经水冷换热器28吹至LPG回液罐29，在该LPG回液罐29内实现气液分离，同时进液阀组内的801阀与807阀之间的LPG，通过打开802阀被送至气液分离罐25。

[0073] 四、燃气模式应急停止阶段——当主机燃气部件异常，如LPG泄露，LGIP主机应急停止时，尽快将主机侧的LPG吹扫干净。

[0074] 请参阅图5，液化石油气燃料供应系统停止输送LPG，进液阀组21内的801阀、807阀关闭，氮气装置33将17bar的氮气，通过进液阀组21向LGIP主机34方向吹扫，回液阀组24内的821阀、853阀关闭，819阀打开，LPG被氮气吹扫至气液分离罐25，同时进液阀组21内的801阀与807阀之间的LPG通过打开802阀，也被送至气液分离罐25。

[0075] 本发明是船用液化石油气低速双燃料柴油机的LPG燃料供应系统，能够满足主机对液化石油气燃料供给的需求：进机压力53±2bar、温度25～35℃和颗粒度≤10μm等，具有流量响应快速、压力波动小、结构合理、设计新颖、安全可靠、经久耐用等优点。

[0076] 本发明要求的保护范围不仅限于上述实施例，也应包括其他对本发明显而易见的变换和等效替代方案。