YC6T540C型漁船主機LNG-柴油雙燃料改造實踐

汪　行　黃　政

(武漢船舶職業技術學院動力工程學院,湖北武漢　430050)

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YC6T540C型漁船主機LNG-柴油雙燃料改造實踐

汪行黃政

(武漢船舶職業技術學院動力工程學院,湖北武漢430050)

摘要LNG作為理想的廉價清潔代用燃料越來越受到用戶青睞。本文敘述了YC6T540C型主機改造成LNG-柴油機雙燃機的技術實踐，試驗表明，改造后平均燃料成本可下降15%～2%以上尾氣排放綜合下降50%以上，達到了節能減排的效果。

關鍵詞LNG；防爆閥；電子調速

LNG作為理想的廉價清潔代用燃料越來越受到用戶青睞。國內部分LNG-柴油混燃動力船舶的實際運行試驗數據顯示：與原柴油動力相比，改裝后船只排放的硫氧化合物和碳煙排放降低70%以上，氮氧化合物排放降低35%～40%，二氧化碳排放也降低20%以上。推廣綠色清潔能源LNG在漁船上的應用，將推進現代漁業建設，促進漁船節能減排和節本增效。本文敘述了YC6T540C型漁船主機LNG-柴油雙燃料改造方案，介紹了柴油機雙燃料的改造要點。

1YC6T540C型柴油機簡介

YC6T540C船用柴油機為立式、直列、水冷、四沖程發動機，額定功率396kw，額定轉速1800rpm，排量16.35L，全負荷最低燃油消耗率≤192g/kWh,主要用于700～2000噸貨船/漁船/游艇的主機。YC6T540C型柴油機可靠性高，采用高效增壓中冷技術，作業效率高，體積小，安裝維護方便。

2YC6T540C型柴油機LNG-柴油雙燃料改造方案

根據優化分析，YC6T540C型柴油機LNG-柴油雙燃料改造采用壓燃式技術中的增壓器前燃氣預混技術，混合器將空氣和天然氣在增壓器前預混合，然后利用渦輪增壓器的負壓將混合氣體通過進氣總管帶入燃燒室，利用柴油壓燃點燃天然氣，通過燃燒天然氣來代替一部分燃油。天然氣的進氣量根據負荷變化在雙燃料工況下連續可調。該技術的優點在于：對柴油機改動最小，可以無損地切換回全柴油模式，柴油機的主要備件均保持不變。

為達到對發動機更好的控制，需將發動機原有的機械調速器拆除，更換為電子調速器，加裝燃氣前處理模塊，安裝必要的傳感器，并將其與控制單元相連接。雙燃料系統改造前后，發動機原有的功率變化在偏差范圍內，柴油機內部結構無變動。

2.1安裝氣體防爆安全閥

根據《氣體燃料動力船檢驗指南》(2011)6.17規定，當燃料通過混合器與空氣混合后進入氣缸，位于氣缸前的燃氣總管上應安裝防爆安全閥或其他防爆措施，因此在發動機本體上加裝進氣管防爆安全閥。由于氣缸直徑小于250mm，故不單獨設置曲軸箱防爆安全閥。進氣管防爆閥設置開啟壓力為0.3MPa。

2.2安裝混合器

混合器是機械控制進入發動機的天然氣與空氣混合比例的一個重要部件，其作用是使天然氣和空氣在進入氣缸前形成均質混合氣，由于天然氣與空氣密度不同，容易形成混合氣濃度分層，導致各缸混合氣的空燃比差異較大，使發動機性能變壞，排放超標。專門對混合器進行流體分析優化設計后，采用文丘里管式，中置噴管結構，外形結構示意圖,如圖1所示。

圖1　混合器結構圖

混合器加裝在柴油機進氣濾器和渦輪增壓器之間，通過彈性接管、卡箍連接。混合器三個接口分別與發動機增壓器、空濾、燃氣供應管路連接。

2.3安裝機組傳感器

在柴油機上安裝增壓空氣壓力傳感器、轉速傳感器、排氣溫度傳感器、速度傳感器，在燃氣前處理系統上安裝燃氣壓力傳感器。

2.4安裝電子調速系統

為達到對發動機更好的控制，需將發動機原有的機械調速器拆除，更換為電子調速器，并將其與控制單元相連接，電子調速器的主要參數見表1。

表1　電子調速器主要參數

3控制系統組成

控制系統由天然氣控制系統、柴油控制系統和安保系統三部分組成。控制系統框圖見圖2。

3.1天然氣控制系統

天然氣控制系統主要由雙燃料控制箱、機艙監測箱、駕駛室操作面板組成。

3.1.1雙燃料控制箱

雙燃料控制箱采集柴油機上的傳感器信息，送至雙燃料控制箱內的ECU，當按下控制箱上的起動按鈕或在駕駛室按下面板上的起動按鈕，ECU 判斷柴油機當前運行參數和外部燃氣供應的參數，當滿足設定的條件時，打開燃氣通斷閥，根據當前柴油機運行狀況，通過功率閥調節燃氣供應量，使燃氣部分替代柴油做功，運行雙燃料工作模式。

圖2　控制系統框圖

柴油機的機旁控制箱內的緊急停車信號被引入雙燃料機旁控制箱，當柴油機運行時，如果出現滑油壓力低、超轉速、淡水溫度高等引起安保系統停機，自動控制切斷燃氣供應，確保安全。

3.1.2機艙監測箱

機艙監測箱可實現以下功能：

(1)信號采集：收集風機運行狀態、機艙可燃氣體探頭等信號，通過控制器處理，在顯示屏上顯示主要運行參數；

(2)安全保護：根據控制策略，按工作狀況自動實現風機與雙燃料系統運行連鎖、監測、報警及安全控制動作。

3.1.3駕駛室控制面板

駕駛室控制面板可遠程顯示及控制的內容如下：

(1)遠程控制雙燃料發動機的啟動和停止，并顯示雙燃料發動機的工作模式(純柴油、雙燃料)；

(2)對運行的故障進行報警；

(3)對機艙燃氣前處理箱或機組上部可燃氣體濃度超限時進行報警；

(4)對機艙火災、煙霧探測器發現異常情況進行報警；

(5)顯示LNG儲罐壓力，壓力表上清晰標明LNG儲罐允許的最高壓力和最低壓力，在達到安全閥整定壓力之前警報應鳴響；

(6)顯示LNG儲罐高、低液位；

(7)通風系統失效時進行報警。

3.2柴油控制系統

柴油控制系統主要由調速器和執行器組成，通過調節燃油齒條位置，使轉速穩定在設定值內。

3.3安保系統

安保系統由風機連鎖模塊、超速保護模塊、燃氣泄漏報警模塊、火災、煙霧報警模塊組成。

3.3.1風機連鎖模塊

根據《氣體燃料動力船檢驗指南2011》中2.9 通風系統要求，設置兩路風機，用以燃氣前處理模塊內強制通風，風機通過風管將燃氣前處理模塊內空氣強制排出機艙，每小時換氣量大于30次，此通風系統獨立于其它通風系統，當此通風系統失效時，在有人值班的位置必須有相應的報警和顯示。風筒選用矩形型式，尺寸為240×300mm，風管沿艙壁布置，在通風管的外部開口處，設置方形網孔不大于13mm的防護網。

機械通風與主機實現雙燃料模式運行連鎖，當通風機開啟后，發動機才能采用雙燃料模式運行；一旦有可燃氣體泄露，濃度達到天然氣燃爆點的20%就進行聲光報警，自動切斷燃氣供應，轉換為燃油模式；當風機因故關停時，發動機能自動轉換為燃油供應。

3.3.2超速保護模塊

超速保護模塊在柴油機轉速超過額定轉速的10%時，緊急停止柴油機運行并切斷天然氣的供給。

3.3.3燃氣泄漏報警模塊

設置二路可燃氣體探測器在燃氣前處理箱風管出口處，設置一路可燃氣體探測器固定安裝在機艙發動機渦輪增壓器上方場所，當空氣中有被測氣體時，變送器產生與空氣中被測氣體濃度成正比的電流信號。

當探測到機器處所的可燃氣體濃度達到20%LEL時，發出聲光報警，自動停止雙燃料運行模式，發動機自動轉換為全部燃油工作狀態，切斷燃氣供應閥，打開放空閥，將管中殘余氣體放空至舷外。

當在氣體燃料發動機機器處所內探測到可燃氣體濃度超過40%LEL時，發出聲光報警，切斷燃氣供應、停止發動機運行。

3.3.4火災報警模塊

機艙內設置二路火災探測器、兩路煙霧探測器，固定在機艙頂部，當機艙內發生火災時，可以輸出繼電器信號至機艙控制箱，執行相關安保動作。

4結語

試驗證明，YC6T540C型柴油機LNG-柴油雙燃料改造后，在船長為29.8m的漁船上使用，平均燃料成本可下降15～20%以上，尾氣排放綜合下降50%以上。同時，由于天然氣燃燒相對充分，其維護保養費用也將有所下降，順應國家的節能減排要求。

(責任編輯：譚銀元)

LNG-diesel Dual Fuel Reforming Practice based on the Main Engine of Type YC6T540C Fishing Boat

WANG Xing，HUANG Zheng

(Wuhan Institute of Shipbuilding Technology, Wuhan 430050, China)

Abstract:This essay explores the possibility and methods of converting the YC6T540C engine into LNG-diesel dual fuel machine. The actual reforming practice proves that the transforming can achieve good effect of energy conservation and emissions reduction。

Key words:LNG; Explosion-proof valve; Electronic speeding

中圖分類號U664.1

文獻標志碼A

文章編號1671-8100(2016)01-0014-03

作者簡介：汪行,主要從事內燃機制造與維修方面的教學和科研工作。

收稿日期：2015-10-16