某VLGC船雙燃料主機改造

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型主機的LPG雙燃料改造項目，針對適合燃燒柴油和LPG雙燃料，需對主機機械部分、液壓系統以及電氣系統進行改造，同時配套LPG燃氣系統和其它系統與裝備。本文對雙燃料主機改造具有一定參考意義。

關鍵詞：VLGC船；主機；LPG雙燃料；改造

中圖分類號：U672? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：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、經濟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行數據表明：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）更容易儲存，可更快地實現補給，有效減少船舶在港口的周轉時間。因此，改裝為液化石油氣（LPG）的雙燃料船舶，對環境和經濟都具有重要意義。

2? ? MAN B&W 6G60ME-C9.2型柴油機簡介

MAN B&W 6G60ME-C9.2柴油機是MAN B&W公司生產的大型低速二沖程柴油機，與傳統柴油機相比，該機型取消了凸輪軸機構，其核心控制部分即柴油機控制系統（ECS）采用了電子控制系統；還取消了調速器和油門控制機構，取而代之的是由中控室內的中央控制臺、兩個柴油機通訊控制單元（EICU）、兩個主機控制單元（ECU）、多個氣缸控制單元（CCU）、三個輔助控制單元（ACU）以及連接它們的計算機網絡組成，具有良好的控制性能。

3? ? LPG雙燃料發動機工作原理

LPG雙燃料發動機，指既可以使用柴油又可以使用LPG為燃料的發動機。MAN B&W 6G60ME-C9.2型柴油機經過改造后，將變為6G60ME-C9.5 LGIP型的雙燃料發動機。LPG燃氣工作模式，仍是沿用原機型的狄塞爾工作循環，當運行燃氣模式時，高壓直噴燃氣技術的工作原理如圖1所示[1]：掃氣及壓縮沖程中，大量空氣經渦輪增壓器加壓后從掃氣口進入氣缸，隨后活塞上行至完全遮住掃氣口開始壓縮氣缸內部氣體，上行至上止點位置之前，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氣推動下開始自上而下，膨脹做功；活塞的下行推動曲軸的轉動，對外輸出扭矩，直至排氣口打開，氣缸內的廢氣靠內外壓力差排入排氣管；需要注意的是，燃氣模式僅在發動機運行穩定工況條件下運行，而發動機正常起動及停車前、低負荷運行以及運行狀態不穩定時，仍然以原來的燃油模式運行。

4? ? ?LPG雙燃料主機改造方案

4.1? ?機械改造

1）準備工作

改造前需提前關閉主機油閥、氣閥、水閥、蒸汽管路等相關閥件，以及主機控制系統和監控系統電源，并做好有效隔離措施；按程序拆除主機缸蓋、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，防止異物進入，如圖2所示；接著，拆除液壓系統相關管路附件、燃油高壓油泵的所有傳感器和動力電纜，并做好識別和防護。

2）缸蓋整體換新

缸蓋不但承擔著燃燒室內的熱負荷和機械負荷，而且也是功能最復雜、最緊湊的零部件之一[2]。原有氣缸蓋結構空間狹小、強度弱，無法在其上合理增設燃氣噴射器、蓄能器等相關零部件，不能同時滿足燃燒燃氣及燃油的需求，故應對氣缸蓋進行整體換新。

新的氣缸蓋上安裝有燃氣噴射器單元、蓄壓塊、燃氣適配閥塊和燃氣管、控制油管、密封油管等，如圖3所示；回裝主機氣缸蓋時，安裝順序為從NO.1 至NO.6 ；觀察并防護好缸蓋上的燃氣適配閥塊；待NO.1 缸蓋到位之后，檢查確認燃氣適配閥塊與托架之間的距離和相對位置是否合適，如有問題需調整燃氣適配閥塊的托架位置；待所有缸蓋落到缸套上之后，測量相鄰兩個缸的燃氣適配閥塊上的燃氣管接口距離是否合適，如有問題需將缸蓋稍微吊起，輕微旋轉角度，再緩慢落到缸套上，確保兩兩蓋頭間的燃氣雙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，注意在主機缸蓋層平臺的立柱上需要安裝有燃氣適配閥塊的托架。

由電控燃氣噴射閥 （ELGI 閥）控制燃氣噴射器的啟閉。工作時，雙壁管供給蓄壓塊的燃氣，從蓄壓塊內的止回閥進入氣缸蓋上進氣孔進入燃氣噴射器，在引燃油的協助下完成高壓噴射氣體的點燃和燃燒；蓄壓塊腔被注入高壓氮氣，對高壓燃氣系統起到蓄能和穩壓的作用。

萬一燃氣發生泄漏，會被雙壁管上的碳氫傳感器監測到，并隨即進行報警，燃氣從蓄能塊回流至雙壁管中；在燃氣適配閥塊的頂部，設有一個截止閥和兩個放氣閥，燃氣通過截止閥到達燃氣噴射器，結束燃氣運行模式后，閥塊內的燃氣會通過放氣閥進行排空。

3）活塞頭換新

活塞頭頂部直接接觸高溫燃氣，不僅會讓活塞頭承受較高的熱負荷及溫差熱應力，同時也會受到氣體的化學腐蝕，改造時應對受到不同程度腐蝕的舊活塞頭部進行換新；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減少至三道，新活塞環均為鍍陶瓷涂層的金屬活塞環，以減小摩擦阻力，防止拉缸，并提高活塞環的使用壽命；安裝過程中，應注意每道活塞環上都有相應減壓槽，根據標記分辨好三道環的安裝位置及順序。

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、原管線均根據新反沖洗濾器進行修改及配制。

4.2? ?增加LPG燃氣單元

從甲板輸送至機艙主機的燃氣管路采用雙壁管設計，具有連接方便、通風阻力小、便于維修、安全性高等特點。但雙壁管的設計需要考慮系統在不同工況下工作溫差大的特性，LPG系統管路布置，需對所有雙壁管管路進行綜合應力分析后才能最終確定。

雙壁管的內外管之間安裝有彈性彎曲支架，使得內管柔性地支撐在外管上，如圖4所示。該支架可適應熱脹冷縮和振動引起的運動，從而保障管道的運行安全和穩定性。

雙壁燃氣管從生活區前穿過主甲板及機艙前壁，沿機艙前壁下行到主機缸蓋層，并與主機的燃氣管連接；在主機平臺的結構上安裝專門的立柱、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缸的燃氣管，需調整閥塊至合適位置，保證閥塊兩端的燃氣管都能和閥塊自然對接且保持水平；隨后，對稱對角上緊燃氣管的連接螺栓至規定的扭力。

為保障燃料氣體的安全運行，雙壁管系統在主甲板上設置有可燃氣體監測系統，當檢測到內部管子發生氣體泄露時，外部管可有效阻止高壓燃氣的泄漏，供氣斷路閥立即關閉停止供氣，同時用高壓氮氣吹除管間的泄漏燃氣至甲板新增的透氣桅中進行排放。

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平臺、工作平臺、滑油反沖洗濾器（包含接油盤和底座）；

2）吊運設備

齒輪箱重量約5 t，機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的電動葫蘆，使用前進行負載試驗，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、兩臺液壓泵和馬達；齒輪箱內的鏈條斷開吊出，拆除鏈條前應將主機飛輪盤車至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°時鏈條方便拆裝的位置切斷，重新作為新搭接點，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，鉆貫穿孔時齒輪箱內部需做好防護，防止異物進入；相關油管及管碼在車間內進行組裝，如圖6所示；

6）吊船安裝新齒輪箱

按照之前的標記回裝齒輪箱鏈條，收緊調節齒輪，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，回裝兩臺舊液壓啟動泵及齒輪箱上方平臺和走道?；匮b齒輪箱保護罩之前，提前將齒輪箱上的液壓泵進油管拆除，回裝護罩后再恢復管路。

4.4? ?新增滑油增壓泵

為了能保證滑油穩定、均勻、連續循環供應，新增設一臺滑油增壓泵。安裝前，按照圖紙預制增壓泵的底座，根據具體情況適時修改原接油盤，以保證增壓泵與接油盤配套；同時，連接好相應的管路、閥件以及管附件等。

4.5? ?改造液壓系統

1）新制液壓管路

機械部分改造、設備定位、液壓安全閥塊更換完成后，需對相關附屬管線進行現場放樣、新配；預制后管線內壁酸洗，外壁油漆防護，再現場安裝，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。

為避免管道內部存在金屬碎屑、鐵銹等雜質污染物，從而污染滑油、損害相關設備，管路現場的沖洗步驟以及串洗質量至關重要?；蜎_洗前，要對曲軸箱進行清潔，隨后在主機曲軸箱內部安裝隔離盲板，防止串油時油進入主軸承和十字頭軸承內；同時，主機外部進入主機首尾端主軸承的支管也需要安裝隔斷盲板，以隔離串洗油；為提高主機新管線的串洗質量和串洗效果，根據系統要求，需要分成6路進行獨立串洗，串洗期間，每天需在指定的位置取適當滑油樣品并送往指定機構進行化驗，直到合格為止，方可進行下一路的串洗作業。

串洗管線包括：主滑油泵到十字頭和主軸承的管路；主機齒輪箱管路；液壓管路和燃氣適配閥塊高壓控制油管；滑油增壓泵進、出管路；燃氣適配閥塊控制油管；燃氣適配閥塊密封油內部通道。

4.6? ?改裝主機電氣系統

主要包括：新增部分；原系統改造部分；升級軟件部分。

1）新增部分

機艙內新增第二燃油控制系統柜、燃氣閥組控制箱、 第二燃料油缸壓力隔離箱、增壓泵啟動箱等；機艙外新增第二燃料控制系統柜接線箱、第二燃料閥組接線箱、 雙壁管風機控制箱、HC傳感器和流量開關接線箱等；

2）改造部分

包括：更換新氣缸控制單元，同時升級A和B兩組UPS；修改配電板；改造氣體探測系統；修改火災系統；修改ESD系統、新舊系統間重新布線連接；修改控制臺；制作并安裝MCC底座，安裝MCC設備；安裝HP單元控制柜；新MPC單元替換ECC2機柜中的原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? ? ?結語

本文對我司10多艘LPG雙燃料主機改造的要點進行了分析和總結，為船舶LPG雙燃料主機改造提供參考。從改造后的運營效果看，LPG雙燃料船可在燃油或氣體燃料之間迅速切換，且不影響其運行時的推進效率；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）對船舶排放的嚴格要求；燃料的消耗大大減少，降低了總的運行成本，經濟效益顯著提升，受到船東的一致好評。

參考文獻

[1] 周迓若. 船舶電噴柴油低速發動機雙燃料系統改造 [J]. 中國修船，2021 （ 增刊1） .

[2] 甘少煒等.液化天然氣燃料船舶技術 [M]. 北京：中國質檢出版社，中國標準出版社，? 2017.