空箱堆高機(jī)LNG改造探索

洪偉梁

摘 要：隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源及環(huán)境的制約的矛盾日益體現(xiàn)，如何使用可持續(xù)發(fā)展的清潔能源，已成為社會(huì)的共識(shí)，港口作為物流鏈中重要一環(huán)，建設(shè)環(huán)保綠色港口已成為港口人一個(gè)努力目標(biāo)，堆高機(jī)作為港口、堆場(chǎng)主要設(shè)備，如何實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排一直是工程技術(shù)人員一個(gè)課題。液化天然氣（LNG）是目前全球公認(rèn)的清潔能源，它具有節(jié)能、環(huán)保、安全、可靠、經(jīng)濟(jì)效益突出等眾多優(yōu)點(diǎn)。本次改造主要利用現(xiàn)有重卡LNG發(fā)動(dòng)機(jī)在堆高機(jī)上的應(yīng)用做些探索。

關(guān)鍵詞：港口機(jī)械 堆高機(jī) LNG改造 節(jié)能 環(huán)保

1.項(xiàng)目背景

國家十五規(guī)劃政策鼓勵(lì)液化天然氣開發(fā)和引進(jìn)。至2012年在我國沿海城市建立12個(gè)LNG進(jìn)口接收站，總量3500萬噸，相當(dāng)于455億標(biāo)方天然氣，即二條西氣東輸管道的總量；內(nèi)陸已建立20多個(gè)天然氣及煤層氣的液化廠，年液化總量達(dá)500萬噸，相當(dāng)于65億標(biāo)方天然氣，可供20萬多輛大型汽車使用。

LNG在低溫、低壓、液態(tài)下儲(chǔ)存、運(yùn)輸及應(yīng)用，其密度為氣態(tài)的620倍左右，壓縮天然氣的三倍，單次加氣可持續(xù)行駛500--700公里，能滿足城市公交、城際客車、重型卡車的長途行駛的要求，且環(huán)保、安全可靠，因此已逐漸成為我國汽車新能源市場(chǎng)需求的一個(gè)主要替代能源

寧波港作為中國的一個(gè)主要港口，節(jié)能環(huán)保型港口一直是寧波港人的追求，作為港口運(yùn)輸三種主要設(shè)備，橋吊、龍門吊、流動(dòng)機(jī)械，前二種都以使用電，解決環(huán)保問題，流動(dòng)機(jī)械部分象集卡等已逐步開始使用成熟的天然氣拖頭產(chǎn)品，堆高機(jī)等流動(dòng)機(jī)械改造已成為趨勢(shì)。

2.改造方案選擇

主要考慮兩個(gè)方面：

2.1整機(jī)改造采用何種能源

選擇整機(jī)更換后，需要確定采用整機(jī)采用何種能源。

原柴油堆高機(jī)采用清潔能源改造目前主要途徑有：改電、改氣兩種。考慮堆高機(jī)要求轉(zhuǎn)場(chǎng)方便、靈活性要求高，24小時(shí)隨時(shí)能夠作業(yè)的特點(diǎn)，采用蓄電池作為能源供給 ，補(bǔ)給時(shí)間較長顯然 不能滿足。因此選擇目前較為理想采用的能源為天然氣。

考慮目前天然氣常用的有CNG、和LNG兩種，因此我們對(duì)兩種燃料的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較。（表一）

2.2原發(fā)動(dòng)機(jī)改造還是發(fā)動(dòng)機(jī)整體置換

原發(fā)動(dòng)機(jī)改造優(yōu)點(diǎn)：各種連接尺寸、安裝方式改動(dòng)基本不用大的改動(dòng)。只需加裝供氣LNG儲(chǔ)液罐及相關(guān)供氣管路。缺點(diǎn)：發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比、點(diǎn)火方式都不同，發(fā)動(dòng)機(jī)本體改動(dòng)較大。根據(jù)了解改造成熟度不高。

整機(jī)改造優(yōu)點(diǎn)：集卡上已有成熟天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用，只需選擇與原發(fā)動(dòng)機(jī)匹配的機(jī)型就可以。缺點(diǎn)：外形與連接尺寸匹配的機(jī)型很難找到，發(fā)動(dòng)機(jī)支架、與變速箱連接、等改動(dòng)較大。

綜上述，設(shè)備整體情況與改造的可靠性，結(jié)合相適配發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，本次堆高機(jī)改造我們選擇發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)更換，采用LNG作為燃料的方式。

3.設(shè)計(jì)總體路徑（圖一）

4.分項(xiàng)選型

4.1發(fā)動(dòng)機(jī)的選型

堆高機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)原先采用VOLVO TWD731發(fā)動(dòng)機(jī)，通過對(duì)該型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)功率、轉(zhuǎn)速、扭矩曲線、發(fā)動(dòng)機(jī)外形尺寸、現(xiàn)場(chǎng)工況分析與相關(guān)LNG發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)比對(duì)。

VOLVO TWD731與WT615.91發(fā)動(dòng)機(jī)與兩種型號(hào)功率、扭矩、轉(zhuǎn)速圖：（圖二）

根據(jù)上圖表選擇在重卡上使用較為成熟的重汽WT615.91型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)

4.2氣瓶及安裝位置的選擇

DCE80-45E7空箱堆高機(jī)原油箱容量380升，根據(jù)安裝位置及容量與實(shí)際操作匹配的原則，選用450L天然氣氣瓶。

具體LNG氣瓶技術(shù)參數(shù)：

設(shè)計(jì)壓力3.18MPa、工作壓力1.59MPa、設(shè)計(jì)溫度-196℃、工作溫度-162℃，充裝系數(shù)0.9，主體材料為0Cr18Ni9（304），規(guī)格是依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)功率和續(xù)駛路程設(shè)計(jì)成450L，瓶上設(shè)有一、二級(jí)安全閥，進(jìn)、出液口，氣相口，自增壓口，新型液位計(jì)，壓力表和瓶?jī)?nèi)壓力自動(dòng)調(diào)壓裝置。

汽車用液化天然氣氣瓶作為一種超低溫絕熱壓力容器，設(shè)計(jì)有雙層（外殼和內(nèi)膽）結(jié)構(gòu)。內(nèi)膽用來儲(chǔ)存液態(tài)的液化天然氣（LNG），同時(shí)夾套（兩層容器之間的空 間）抽成高真空，共同形成良好的絕熱空間。能保證LNG在超低溫的環(huán)境下得以儲(chǔ)存和使用。

所有的管路、閥件都設(shè)置在氣瓶的一端，并用護(hù)環(huán)或保護(hù)罩進(jìn)行防護(hù)

安裝位置選擇既要考慮足夠安裝空間，又要考慮位置安全性，以及管路連接的方便性。因此選擇堆高機(jī)后面配重平臺(tái)作為安裝位置。

5.具體措施：

5.1發(fā)動(dòng)機(jī)安裝

5.1.1考慮置換的WT615發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)外形尺寸大于原發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸，要保證改造后變速箱等其他機(jī)窗內(nèi)附件位置盡量不變，先將變速箱定位，發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)變速箱位置整體前移。

測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱內(nèi)外尺寸，加工內(nèi)外過渡連接盤。

5.1.2發(fā)動(dòng)機(jī)支撐。支撐布置為雙前點(diǎn)支撐和飛輪殼兩側(cè)支撐。原發(fā)動(dòng)機(jī)前支架采用獨(dú)立結(jié)構(gòu)，考慮改造后發(fā)動(dòng)機(jī)重量較重，前支撐采用在堆高機(jī)縱梁上加固定腳，中間采用元寶梁與固定腳相連整體結(jié)構(gòu)，梁上固定支點(diǎn)通過彈性隔振墊對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)前支點(diǎn)進(jìn)行定位，彈性支撐的材料選擇充分考慮了發(fā)動(dòng)機(jī)的輸入頻率、支撐載荷，避免了發(fā)動(dòng)機(jī)或支撐由于震動(dòng)而損壞。

中間支撐考慮發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱連接后已成為一個(gè)整體，前后已有支撐，中間支撐不能完全固定，形成過定位，采用浮動(dòng)支撐，允許發(fā)動(dòng)機(jī)具有一定的位移量。

5.2氣瓶安裝

5.2.1考慮安全，氣瓶安裝后外形尺寸不能超出堆高機(jī)配重外沿尺寸。

5.2.2氣瓶必須制作專用支架進(jìn)行固定，支架采用螺栓與配重平臺(tái)連接。

5.2.3氣瓶進(jìn)出口需朝向堆高機(jī)的右側(cè)，便于加液和與發(fā)動(dòng)機(jī)連接

5.2.4氣瓶四周采用方管制作圍擋進(jìn)行安全保護(hù)。

6.改造后試用數(shù)據(jù)測(cè)試：

6.1堆箱測(cè)試

6.4環(huán)保測(cè)試

與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)同樣的作業(yè)環(huán)境下，它排放的顆粒物為零、二氧化碳減少20%、污染物減少35%。

7.結(jié)束語

通過對(duì)已達(dá)到大修周期發(fā)動(dòng)機(jī)LNG改造，達(dá)到設(shè)備原有性能，節(jié)約前期投入和后期運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)顆粒物零排放，基本達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果，為港口綠色改造增加了新途徑。