某VLGC船雙燃料主機(jī)改造

甘嘉敏 付云東 顏修政

摘? ? 要：介紹了我司某VLGC船MAN B&W 6G60ME-C9.2型主機(jī)的LPG雙燃料改造項(xiàng)目，針對適合燃燒柴油和LPG雙燃料，需對主機(jī)機(jī)械部分、液壓系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)進(jìn)行改造，同時(shí)配套LPG燃?xì)庀到y(tǒng)和其它系統(tǒng)與裝備。本文對雙燃料主機(jī)改造具有一定參考意義。

關(guān)鍵詞：VLGC船；主機(jī)；LPG雙燃料；改造

中圖分類號：U672? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Retrofit of Dual Fuel Main Engine for VLGC Ship

GAN Jiamin， FU Yundong， YAN Xiuzheng

（ You-lian Dockyards （Shekou） Limited，? Shenzhen 518054 ）

Abstract： This paper introduces the dual fuel retrofit project of main engine for MAN B & W type 6G60ME-C9.2 in liquefied petroleum gas VLGC ship of our company， In order to be suitable for burning diesel and LPG dual-fuel， the mechanical part， hydraulic system and electrical system of the main engine need to be reformed， and LPG gas system and other systems and equipment should be added. This paper has certain reference significance for the retrofit of dual fuel main engine.

Key words： VLGC ship; main engine; LPG dual fuel; retrofit

1? ? ?前言

基于國際海事組織（IMO）對船舶排放的新要求，液化石油氣作為清潔、經(jīng)濟(jì)的替代燃料越來越受到船東的青睞?；谝淹瓿筛脑觳⑹褂秒p燃料的液化石油氣船運(yùn)行數(shù)據(jù)表明：與使用低硫油的船舶相比，用LPG作替代燃料的雙燃料船舶，廢氣排放中硫氧化物（SO x）排放量最高可減少97%，二氧化碳排放量減少了35倍，能源效率提高了約10%。此外，液化石油氣（LPG）比液化天然氣（LNG）更容易儲(chǔ)存，可更快地實(shí)現(xiàn)補(bǔ)給，有效減少船舶在港口的周轉(zhuǎn)時(shí)間。因此，改裝為液化石油氣（LPG）的雙燃料船舶，對環(huán)境和經(jīng)濟(jì)都具有重要意義。

2? ? MAN B&W 6G60ME-C9.2型柴油機(jī)簡介

MAN B&W 6G60ME-C9.2柴油機(jī)是MAN B&W公司生產(chǎn)的大型低速二沖程柴油機(jī)，與傳統(tǒng)柴油機(jī)相比，該機(jī)型取消了凸輪軸機(jī)構(gòu)，其核心控制部分即柴油機(jī)控制系統(tǒng)（ECS）采用了電子控制系統(tǒng)；還取消了調(diào)速器和油門控制機(jī)構(gòu)，取而代之的是由中控室內(nèi)的中央控制臺(tái)、兩個(gè)柴油機(jī)通訊控制單元（EICU）、兩個(gè)主機(jī)控制單元（ECU）、多個(gè)氣缸控制單元（CCU）、三個(gè)輔助控制單元（ACU）以及連接它們的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組成，具有良好的控制性能。

3? ? LPG雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理

LPG雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，指既可以使用柴油又可以使用LPG為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)。MAN B&W 6G60ME-C9.2型柴油機(jī)經(jīng)過改造后，將變?yōu)?G60ME-C9.5 LGIP型的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。LPG燃?xì)夤ぷ髂Ｊ?，仍是沿用原機(jī)型的狄塞爾工作循環(huán)，當(dāng)運(yùn)行燃?xì)饽Ｊ綍r(shí)，高壓直噴燃?xì)饧夹g(shù)的工作原理如圖1所示[1]：掃氣及壓縮沖程中，大量空氣經(jīng)渦輪增壓器加壓后從掃氣口進(jìn)入氣缸，隨后活塞上行至完全遮住掃氣口開始壓縮氣缸內(nèi)部氣體，上行至上止點(diǎn)位置之前，氣體燃料采用高壓直噴噴入燃燒室，隨即噴油器將少量低閃點(diǎn)的燃料油噴入氣缸作為引燃油，氣體燃料燃燒；膨脹及排氣沖程中，活塞在高溫高壓的燃?xì)馔苿?dòng)下開始自上而下，膨脹做功；活塞的下行推動(dòng)曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，對外輸出扭矩，直至排氣口打開，氣缸內(nèi)的廢氣靠內(nèi)外壓力差排入排氣管；需要注意的是，燃?xì)饽Ｊ絻H在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定工況條件下運(yùn)行，而發(fā)動(dòng)機(jī)正常起動(dòng)及停車前、低負(fù)荷運(yùn)行以及運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定時(shí)，仍然以原來的燃油模式運(yùn)行。

4? ? ?LPG雙燃料主機(jī)改造方案

4.1? ?機(jī)械改造

1）準(zhǔn)備工作

改造前需提前關(guān)閉主機(jī)油閥、氣閥、水閥、蒸汽管路等相關(guān)閥件，以及主機(jī)控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)電源，并做好有效隔離措施；按程序拆除主機(jī)缸蓋、活塞桿。其中，拆完后暴露的氣缸口、排煙管口用蓋板遮擋，填料函處用塑料膜覆蓋，防止異物進(jìn)入，如圖2所示；接著，拆除液壓系統(tǒng)相關(guān)管路附件、燃油高壓油泵的所有傳感器和動(dòng)力電纜，并做好識(shí)別和防護(hù)。

2）缸蓋整體換新

缸蓋不但承擔(dān)著燃燒室內(nèi)的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷，而且也是功能最復(fù)雜、最緊湊的零部件之一[2]。原有氣缸蓋結(jié)構(gòu)空間狹小、強(qiáng)度弱，無法在其上合理增設(shè)燃?xì)鈬娚淦?、蓄能器等相關(guān)零部件，不能同時(shí)滿足燃燒燃?xì)饧叭加偷男枨?，故?yīng)對氣缸蓋進(jìn)行整體換新。

新的氣缸蓋上安裝有燃?xì)鈬娚淦鲉卧?、蓄壓塊、燃?xì)膺m配閥塊和燃?xì)夤堋⒖刂朴凸?、密封油管等，如圖3所示；回裝主機(jī)氣缸蓋時(shí)，安裝順序?yàn)閺腘O.1 至NO.6 ；觀察并防護(hù)好缸蓋上的燃?xì)膺m配閥塊；待NO.1 缸蓋到位之后，檢查確認(rèn)燃?xì)膺m配閥塊與托架之間的距離和相對位置是否合適，如有問題需調(diào)整燃?xì)膺m配閥塊的托架位置；待所有缸蓋落到缸套上之后，測量相鄰兩個(gè)缸的燃?xì)膺m配閥塊上的燃?xì)夤芙涌诰嚯x是否合適，如有問題需將缸蓋稍微吊起，輕微旋轉(zhuǎn)角度，再緩慢落到缸套上，確保兩兩蓋頭間的燃?xì)怆p壁短管均能自然對接，正常安裝；最后，按說明書要求將對稱對角液壓拉伸上緊各缸蓋的固定螺栓的螺母，回裝缸蓋到位，注意在主機(jī)缸蓋層平臺(tái)的立柱上需要安裝有燃?xì)膺m配閥塊的托架。

由電控燃?xì)鈬娚溟y （ELGI 閥）控制燃?xì)鈬娚淦鞯膯㈤]。工作時(shí)，雙壁管供給蓄壓塊的燃?xì)?，從蓄壓塊內(nèi)的止回閥進(jìn)入氣缸蓋上進(jìn)氣孔進(jìn)入燃?xì)鈬娚淦鳎谝加偷膮f(xié)助下完成高壓噴射氣體的點(diǎn)燃和燃燒；蓄壓塊腔被注入高壓氮?dú)?，對高壓燃?xì)庀到y(tǒng)起到蓄能和穩(wěn)壓的作用。

萬一燃?xì)獍l(fā)生泄漏，會(huì)被雙壁管上的碳?xì)鋫鞲衅鞅O(jiān)測到，并隨即進(jìn)行報(bào)警，燃?xì)鈴男钅軌K回流至雙壁管中；在燃?xì)膺m配閥塊的頂部，設(shè)有一個(gè)截止閥和兩個(gè)放氣閥，燃?xì)馔ㄟ^截止閥到達(dá)燃?xì)鈬娚淦鳎Y(jié)束燃?xì)膺\(yùn)行模式后，閥塊內(nèi)的燃?xì)鈺?huì)通過放氣閥進(jìn)行排空。

3）活塞頭換新

活塞頭頂部直接接觸高溫燃?xì)?，不僅會(huì)讓活塞頭承受較高的熱負(fù)荷及溫差熱應(yīng)力，同時(shí)也會(huì)受到氣體的化學(xué)腐蝕，改造時(shí)應(yīng)對受到不同程度腐蝕的舊活塞頭部進(jìn)行換新；活塞頭頂部為凹形頂，有利于燃料和空氣的混合，以及受熱后的膨脹；活塞頭頂端還有三個(gè)凹槽供拆裝活塞起吊工具用。

改造后，由于使用低硫油或氣體燃料，含硫量的減少對活塞頭的潤滑有一定影響，故將原先的四道活塞環(huán)減少至三道，新活塞環(huán)均為鍍陶瓷涂層的金屬活塞環(huán)，以減小摩擦阻力，防止拉缸，并提高活塞環(huán)的使用壽命；安裝過程中，應(yīng)注意每道活塞環(huán)上都有相應(yīng)減壓槽，根據(jù)標(biāo)記分辨好三道環(huán)的安裝位置及順序。

4）反沖洗濾器換新

原反沖洗濾器流量不夠，需要換新處理，原接油盤、原管線均根據(jù)新反沖洗濾器進(jìn)行修改及配制。

4.2? ?增加LPG燃?xì)鈫卧?/p>

從甲板輸送至機(jī)艙主機(jī)的燃?xì)夤苈凡捎秒p壁管設(shè)計(jì)，具有連接方便、通風(fēng)阻力小、便于維修、安全性高等特點(diǎn)。但雙壁管的設(shè)計(jì)需要考慮系統(tǒng)在不同工況下工作溫差大的特性，LPG系統(tǒng)管路布置，需對所有雙壁管管路進(jìn)行綜合應(yīng)力分析后才能最終確定。

雙壁管的內(nèi)外管之間安裝有彈性彎曲支架，使得內(nèi)管柔性地支撐在外管上，如圖4所示。該支架可適應(yīng)熱脹冷縮和振動(dòng)引起的運(yùn)動(dòng)，從而保障管道的運(yùn)行安全和穩(wěn)定性。

雙壁燃?xì)夤軓纳顓^(qū)前穿過主甲板及機(jī)艙前壁，沿機(jī)艙前壁下行到主機(jī)缸蓋層，并與主機(jī)的燃?xì)夤苓B接；在主機(jī)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)上安裝專門的立柱、支撐以及閥塊等，如圖5所示；需要注意的是，從閥塊連接到NO.1缸的燃?xì)夤?，需調(diào)整閥塊至合適位置，保證閥塊兩端的燃?xì)夤芏寄芎烷y塊自然對接且保持水平；隨后，對稱對角上緊燃?xì)夤艿倪B接螺栓至規(guī)定的扭力。

為保障燃料氣體的安全運(yùn)行，雙壁管系統(tǒng)在主甲板上設(shè)置有可燃?xì)怏w監(jiān)測系統(tǒng)，當(dāng)檢測到內(nèi)部管子發(fā)生氣體泄露時(shí)，外部管可有效阻止高壓燃?xì)獾男孤?，供氣斷路閥立即關(guān)閉停止供氣，同時(shí)用高壓氮?dú)獯党荛g的泄漏燃?xì)庵良装逍略龅耐笟馕χ羞M(jìn)行排放。

4.3? ?更換齒輪箱

1）拆除通道附件

先拆除吊裝齒輪箱通道上方的主機(jī)平臺(tái)、工作平臺(tái)、滑油反沖洗濾器（包含接油盤和底座）；

2）吊運(yùn)設(shè)備

齒輪箱重量約5 t，機(jī)艙行車最大安全吊重僅4 t，需要在齒輪箱正上方搭架焊接10 t吊耳，。吊耳上掛接最大安全吊重為10 t的電動(dòng)葫蘆，使用前進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)，確保安全；

3）拆除附屬部件

拆除齒輪箱上各路油管，安全閥塊、兩臺(tái)液壓泵和馬達(dá)；齒輪箱內(nèi)的鏈條斷開吊出，拆除鏈條前應(yīng)將主機(jī)飛輪盤車至105°，以確保配重垂直向下，將鏈條與齒輪相對位置做好標(biāo)記方便回裝。盡量找到鏈條的原始搭接位置，并通過多次盤車的方式調(diào)整到方便拆裝的位置，且剛好飛輪在105°。如無法滿足該條件，可以在飛輪105°時(shí)鏈條方便拆裝的位置切斷，重新作為新搭接點(diǎn)，鏈條取出后用專用工具吊出；

4）拆卸舊齒輪箱

5）車間組裝新齒輪箱

按舊齒輪箱上的螺孔安裝位置，在新齒輪箱上鉆孔、攻絲，鉆貫穿孔時(shí)齒輪箱內(nèi)部需做好防護(hù)，防止異物進(jìn)入；相關(guān)油管及管碼在車間內(nèi)進(jìn)行組裝，如圖6所示；

6）吊船安裝新齒輪箱

按照之前的標(biāo)記回裝齒輪箱鏈條，收緊調(diào)節(jié)齒輪，在原安全模塊的底座上按圖紙重新鉆孔安裝新安全模塊；隨后，回裝兩臺(tái)舊液壓啟動(dòng)泵及齒輪箱上方平臺(tái)和走道?；匮b齒輪箱保護(hù)罩之前，提前將齒輪箱上的液壓泵進(jìn)油管拆除，回裝護(hù)罩后再恢復(fù)管路。

4.4? ?新增滑油增壓泵

為了能保證滑油穩(wěn)定、均勻、連續(xù)循環(huán)供應(yīng)，新增設(shè)一臺(tái)滑油增壓泵。安裝前，按照圖紙預(yù)制增壓泵的底座，根據(jù)具體情況適時(shí)修改原接油盤，以保證增壓泵與接油盤配套；同時(shí)，連接好相應(yīng)的管路、閥件以及管附件等。

4.5? ?改造液壓系統(tǒng)

1）新制液壓管路

機(jī)械部分改造、設(shè)備定位、液壓安全閥塊更換完成后，需對相關(guān)附屬管線進(jìn)行現(xiàn)場放樣、新配；預(yù)制后管線內(nèi)壁酸洗，外壁油漆防護(hù)，再現(xiàn)場安裝，如圖7所示。

新制管線包括：高壓控制油管線；主液壓管線；齒輪箱管路線；從增壓泵出口總管連接分支至每個(gè)氣缸的管路和適配閥塊的管線；從主滑油泵增加至增壓泵、從增壓泵至各缸主管路適配閥塊的液壓潤滑管路，完成潤滑后又返回至增壓泵。

2）串油沖洗管路。

為避免管道內(nèi)部存在金屬碎屑、鐵銹等雜質(zhì)污染物，從而污染滑油、損害相關(guān)設(shè)備，管路現(xiàn)場的沖洗步驟以及串洗質(zhì)量至關(guān)重要?；蜎_洗前，要對曲軸箱進(jìn)行清潔，隨后在主機(jī)曲軸箱內(nèi)部安裝隔離盲板，防止串油時(shí)油進(jìn)入主軸承和十字頭軸承內(nèi)；同時(shí)，主機(jī)外部進(jìn)入主機(jī)首尾端主軸承的支管也需要安裝隔斷盲板，以隔離串洗油；為提高主機(jī)新管線的串洗質(zhì)量和串洗效果，根據(jù)系統(tǒng)要求，需要分成6路進(jìn)行獨(dú)立串洗，串洗期間，每天需在指定的位置取適當(dāng)滑油樣品并送往指定機(jī)構(gòu)進(jìn)行化驗(yàn)，直到合格為止，方可進(jìn)行下一路的串洗作業(yè)。

串洗管線包括：主滑油泵到十字頭和主軸承的管路；主機(jī)齒輪箱管路；液壓管路和燃?xì)膺m配閥塊高壓控制油管；滑油增壓泵進(jìn)、出管路；燃?xì)膺m配閥塊控制油管；燃?xì)膺m配閥塊密封油內(nèi)部通道。

4.6? ?改裝主機(jī)電氣系統(tǒng)

主要包括：新增部分；原系統(tǒng)改造部分；升級軟件部分。

1）新增部分

機(jī)艙內(nèi)新增第二燃油控制系統(tǒng)柜、燃?xì)忾y組控制箱、 第二燃料油缸壓力隔離箱、增壓泵啟動(dòng)箱等；機(jī)艙外新增第二燃料控制系統(tǒng)柜接線箱、第二燃料閥組接線箱、 雙壁管風(fēng)機(jī)控制箱、HC傳感器和流量開關(guān)接線箱等；

2）改造部分

包括：更換新氣缸控制單元，同時(shí)升級A和B兩組UPS；修改配電板；改造氣體探測系統(tǒng)；修改火災(zāi)系統(tǒng)；修改ESD系統(tǒng)、新舊系統(tǒng)間重新布線連接；修改控制臺(tái)；制作并安裝MCC底座，安裝MCC設(shè)備；安裝HP單元控制柜；新MPC單元替換ECC2機(jī)柜中的原MPC-10單元，原MPC-10的電纜在新MPC中仍舊使用；

3）升級軟件部分

包括：PMI 、ECS、EMS等。

5? ? ?結(jié)語

本文對我司10多艘LPG雙燃料主機(jī)改造的要點(diǎn)進(jìn)行了分析和總結(jié)，為船舶LPG雙燃料主機(jī)改造提供參考。從改造后的運(yùn)營效果看，LPG雙燃料船可在燃油或氣體燃料之間迅速切換，且不影響其運(yùn)行時(shí)的推進(jìn)效率；氣體排放中的二氧化碳和硫氧化物均有較大程度的下降，滿足國際海事組織（IMO）對船舶排放的嚴(yán)格要求；燃料的消耗大大減少，降低了總的運(yùn)行成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著提升，受到船東的一致好評。

參考文獻(xiàn)

[1] 周迓若. 船舶電噴柴油低速發(fā)動(dòng)機(jī)雙燃料系統(tǒng)改造 [J]. 中國修船，2021 （ 增刊1） .

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