廣西北海漁船雙燃料改造方案探討

汪行 劉鋒

摘 要：雙燃料系統(tǒng)船舶的改造，能夠節(jié)約成本，減少環(huán)境污染，而且改造周期短；船舶主機(jī)改造為雙燃料機(jī)組，增加控制系統(tǒng)和設(shè)備，運(yùn)行過(guò)程中可以兩種燃料切換。

關(guān)鍵詞：雙燃料；混合燃燒；環(huán)保

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.12.179

1 前言

廣西北海有數(shù)千漁船進(jìn)行近海捕魚(yú)作業(yè)，船舶基本采用柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)，柴油機(jī)燃燒燃油，尾氣排放及燃油泄漏會(huì)給環(huán)境造成很大的影響，為了響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排及環(huán)保要求，需要對(duì)大量的漁船進(jìn)行升級(jí)改造。天然氣之前在出租車行業(yè)的發(fā)動(dòng)機(jī)上有成功的應(yīng)用，如果能夠應(yīng)用到船舶的柴油機(jī)上，用以部分的替代柴油，可以大大減少對(duì)環(huán)境的污染，本文就是燃燒柴油和天然氣的雙燃料系統(tǒng)船舶的改造方案。

改造中，如果將原先的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)直接更換為氣體發(fā)動(dòng)機(jī)，由于單一燃料天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的價(jià)格很高（通常是柴油機(jī)的2 倍以上），初期投資太大；同時(shí)原有的柴油機(jī)不得不報(bào)廢處理，造成浪費(fèi)，不符合建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的要求；而改造初期，天然氣源供應(yīng)如果不穩(wěn)定，也會(huì)造成天然發(fā)動(dòng)機(jī)有時(shí)不得不停機(jī)，影響用戶的使用。

而采用雙燃料系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)較小的投資實(shí)現(xiàn)設(shè)備的轉(zhuǎn)換，為使用單位節(jié)約大量的資金。與更換發(fā)動(dòng)機(jī)這種大改造相比，改造雙燃料系統(tǒng)具有改造周期短，投資低，發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況可靈活切換等優(yōu)點(diǎn)。

2 系統(tǒng)改造方案

主機(jī)改造為雙燃料機(jī)組，增加相關(guān)控制系統(tǒng)和設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)機(jī)旁直接控制，機(jī)艙內(nèi)手動(dòng)控制，駕駛室遙控控制，通過(guò)機(jī)旁控制箱、機(jī)艙操作面板、駕駛室操作面板可以實(shí)時(shí)顯示LNG 壓力，機(jī)組工作狀態(tài)，輔助系統(tǒng)工作參數(shù)等。

以原發(fā)動(dòng)機(jī)為玉柴的YC6T 船用主機(jī)為例，改造為雙燃料，就是指柴油天然氣在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)混合燃燒，其工作原理大致如圖1所示。

雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)和怠速時(shí)按純柴油工作方式運(yùn)行，在正常工作時(shí)再按雙燃料工作方式運(yùn)行。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行到設(shè)定工況后，開(kāi)啟雙燃料系統(tǒng)，系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)各傳感器的參數(shù)，如果各參數(shù)正常， 電磁閥打開(kāi)，從而燃?xì)夤艿来蜷_(kāi)。燃?xì)夂涂諝庠诨旌掀骰旌虾筮M(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)功率加大，柴油的供給量減少，達(dá)到燃?xì)馓娲裼偷哪康?。根?jù)燃料的種類以及質(zhì)量不同，替代率也不同。一般的替代率在50%-70%。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，一旦監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)試到的運(yùn)行參數(shù)超過(guò)設(shè)定值，控制系統(tǒng)立即切斷氣源，進(jìn)行報(bào)警，系統(tǒng)自動(dòng)切換到柴油運(yùn)行模式，不會(huì)影響機(jī)組的正常運(yùn)行。采用雙燃料改造系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)原有的功率不會(huì)變化，而且柴油機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)也不需變動(dòng)。

3 系統(tǒng)安保措施

燃?xì)鈾C(jī)旁控制箱通過(guò)RS485將運(yùn)行參數(shù)發(fā)送到機(jī)艙控制箱，同時(shí)機(jī)艙可燃?xì)怏w濃度探頭、固定式探火系統(tǒng)、LNG 儲(chǔ)罐的壓力信號(hào)送入機(jī)艙控制箱，通過(guò)機(jī)艙控制箱內(nèi)的PLC 分析判斷，按程序執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作。可以實(shí)現(xiàn)以下功能：

雙燃料運(yùn)行時(shí)自動(dòng)打開(kāi)機(jī)艙強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)，當(dāng)機(jī)艙可燃?xì)怏w濃度達(dá)到低報(bào)警時(shí)（20%LEL），發(fā)出聲光報(bào)警，自動(dòng)將機(jī)艙強(qiáng)制通風(fēng)量提高一倍，自動(dòng)停止雙燃料運(yùn)行模式，轉(zhuǎn)為全部燃油工作狀態(tài)，切斷燃?xì)夤?yīng)閥，打開(kāi)放空閥，將管中殘余氣體放空至弦外；

當(dāng)機(jī)艙可燃?xì)怏w濃度達(dá)到高報(bào)警時(shí)（40%LEL），發(fā)出聲光報(bào)警，停止柴油機(jī)運(yùn)行；

接入原船的消防系統(tǒng)，當(dāng)固定式探火系統(tǒng)探測(cè)到火災(zāi)時(shí)，自動(dòng)停機(jī)，切斷所有燃?xì)夂腿加?，進(jìn)行滅火；

當(dāng)柴油機(jī)超速安保停機(jī)時(shí)，自動(dòng)停止雙燃料工作模式，關(guān)閉燃?xì)夤?yīng)閥門(mén)；

在機(jī)艙內(nèi)可手動(dòng)操作強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)、雙燃料系統(tǒng)等閥件的關(guān)閉和開(kāi)啟，也可通過(guò)駕駛室遙控操作。

3.1 各系統(tǒng)設(shè)備介紹

可燃?xì)怏w探測(cè)器：設(shè)置兩路可燃?xì)怏w探測(cè)器，固定安裝在有被測(cè)氣體漏泄的艙室內(nèi)危險(xiǎn)場(chǎng)所，當(dāng)空氣中有被測(cè)氣體時(shí)，變送器產(chǎn)生與空氣中被測(cè)氣體濃度成正比的電流信號(hào)。通風(fēng)系統(tǒng)：采用兩路強(qiáng)制通風(fēng)風(fēng)機(jī)，單機(jī)風(fēng)量5000m/h，滿足機(jī)艙每小時(shí)換氣 30 次以上，風(fēng)機(jī)的布置確保機(jī)艙所有空間具有良好的空氣環(huán)流，確保室內(nèi) 不會(huì)形成氣井。風(fēng)扇葉輪采用鋁合金，機(jī)殼采用玻璃鋼。在通風(fēng)管外部開(kāi) 口處，設(shè)置方形網(wǎng)孔的防護(hù)網(wǎng)。機(jī)艙控制箱： 信號(hào)采集：收集機(jī)旁燃?xì)饪刂葡?、機(jī)艙可燃?xì)怏w探頭、探火和失 火報(bào)警探頭、燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)壓力等信號(hào)，通過(guò)PLC 處理，在顯示 屏上顯示主要運(yùn)行參數(shù)；信號(hào)傳輸：將處理后的信號(hào)遠(yuǎn)程傳輸?shù)今{駛室控制箱，并可接收駕駛室控制箱發(fā)出的控制指令；遙控操作：遠(yuǎn)程關(guān)閉或開(kāi)啟雙燃料系統(tǒng)。安全保護(hù)：根據(jù)控制策略，按工作狀況自動(dòng)執(zhí)行開(kāi)啟風(fēng)扇、關(guān)閉供氣，報(bào)警，滅火等動(dòng)作；應(yīng)急手動(dòng)操作：可在本地進(jìn)行開(kāi)啟風(fēng)扇、關(guān)閉供氣，報(bào)警，滅火等操作。駕駛室控制箱：信號(hào)采集：接收機(jī)艙控制箱傳來(lái)的信號(hào)，在顯示屏上顯示主要運(yùn)行參數(shù)；遙控操作：遠(yuǎn)程關(guān)閉或開(kāi)啟雙燃料系統(tǒng)。 氣體燃料供給：主要遙控操作的供氣閥為三個(gè)一組，兩個(gè)斷電閉合閥串聯(lián)加一個(gè)斷電開(kāi)啟的泄放閥排空，排空管路引至露天的安全位置。這三個(gè)閥可手動(dòng)復(fù)位。

滅火 ：控制系統(tǒng)接入原船的消防系統(tǒng)，當(dāng)探火和失火報(bào)警系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到火災(zāi)時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行滅火，在機(jī)艙入口處設(shè)置一個(gè)手提式干粉滅火器。

4 結(jié)論

此改造方案在實(shí)際應(yīng)用中既滿足了環(huán)保的要求，又兼顧了經(jīng)濟(jì)效益，而且是在原有的船舶基礎(chǔ)上進(jìn)行，節(jié)省了大量的設(shè)備裝置費(fèi)用，可以大量借鑒用在其它地區(qū)的船舶改造中。

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