廣西北海漁船雙燃料改造方案探討

汪行 劉鋒

摘 要：雙燃料系統船舶的改造，能夠節約成本，減少環境污染，而且改造周期短；船舶主機改造為雙燃料機組，增加控制系統和設備，運行過程中可以兩種燃料切換。

關鍵詞：雙燃料；混合燃燒；環保

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

1 前言

廣西北海有數千漁船進行近海捕魚作業，船舶基本采用柴油機驅動，柴油機燃燒燃油，尾氣排放及燃油泄漏會給環境造成很大的影響，為了響應國家節能減排及環保要求，需要對大量的漁船進行升級改造。天然氣之前在出租車行業的發動機上有成功的應用，如果能夠應用到船舶的柴油機上，用以部分的替代柴油，可以大大減少對環境的污染，本文就是燃燒柴油和天然氣的雙燃料系統船舶的改造方案。

改造中，如果將原先的柴油發動機直接更換為氣體發動機，由于單一燃料天然氣發動機的價格很高（通常是柴油機的2 倍以上），初期投資太大；同時原有的柴油機不得不報廢處理，造成浪費，不符合建設節約型社會的要求；而改造初期，天然氣源供應如果不穩定，也會造成天然發動機有時不得不停機，影響用戶的使用。

而采用雙燃料系統可實現較小的投資實現設備的轉換，為使用單位節約大量的資金。與更換發動機這種大改造相比，改造雙燃料系統具有改造周期短，投資低，發動機工作狀況可靈活切換等優點。

2 系統改造方案

主機改造為雙燃料機組，增加相關控制系統和設備，可實現機旁直接控制，機艙內手動控制，駕駛室遙控控制，通過機旁控制箱、機艙操作面板、駕駛室操作面板可以實時顯示LNG 壓力，機組工作狀態，輔助系統工作參數等。

以原發動機為玉柴的YC6T 船用主機為例，改造為雙燃料，就是指柴油天然氣在發動機燃燒室內混合燃燒，其工作原理大致如圖1所示。

雙燃料發動機在啟動和怠速時按純柴油工作方式運行，在正常工作時再按雙燃料工作方式運行。發動機運行到設定工況后，開啟雙燃料系統，系統自動檢測各傳感器的參數，如果各參數正常， 電磁閥打開，從而燃氣管道打開。燃氣和空氣在混合器混合后進入發動機。發動機功率加大，柴油的供給量減少，達到燃氣替代柴油的目的。根據燃料的種類以及質量不同，替代率也不同。一般的替代率在50%-70%。在系統運行過程中，一旦監控系統測試到的運行參數超過設定值，控制系統立即切斷氣源，進行報警，系統自動切換到柴油運行模式，不會影響機組的正常運行。采用雙燃料改造系統，發動機原有的功率不會變化，而且柴油機內部結構也不需變動。

3 系統安保措施

燃氣機旁控制箱通過RS485將運行參數發送到機艙控制箱，同時機艙可燃氣體濃度探頭、固定式探火系統、LNG 儲罐的壓力信號送入機艙控制箱，通過機艙控制箱內的PLC 分析判斷，按程序執行相關動作。可以實現以下功能：

雙燃料運行時自動打開機艙強制通風系統，當機艙可燃氣體濃度達到低報警時（20%LEL），發出聲光報警，自動將機艙強制通風量提高一倍，自動停止雙燃料運行模式，轉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弦外；

當機艙可燃氣體濃度達到高報警時（40%LEL），發出聲光報警，停止柴油機運行；

接入原船的消防系統，當固定式探火系統探測到火災時，自動停機，切斷所有燃氣和燃油，進行滅火；

當柴油機超速安保停機時，自動停止雙燃料工作模式，關閉燃氣供應閥門；

在機艙內可手動操作強制通風系統、雙燃料系統等閥件的關閉和開啟，也可通過駕駛室遙控操作。

3.1 各系統設備介紹

可燃氣體探測器：設置兩路可燃氣體探測器，固定安裝在有被測氣體漏泄的艙室內危險場所，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。通風系統：采用兩路強制通風風機，單機風量5000m/h，滿足機艙每小時換氣 30 次以上，風機的布置確保機艙所有空間具有良好的空氣環流，確保室內 不會形成氣井。風扇葉輪采用鋁合金，機殼采用玻璃鋼。在通風管外部開 口處，設置方形網孔的防護網。機艙控制箱： 信號采集：收集機旁燃氣控制箱、機艙可燃氣體探頭、探火和失 火報警探頭、燃氣供應系統壓力等信號，通過PLC 處理，在顯示 屏上顯示主要運行參數；信號傳輸：將處理后的信號遠程傳輸到駕駛室控制箱，并可接收駕駛室控制箱發出的控制指令；遙控操作：遠程關閉或開啟雙燃料系統。安全保護：根據控制策略，按工作狀況自動執行開啟風扇、關閉供氣，報警，滅火等動作；應急手動操作：可在本地進行開啟風扇、關閉供氣，報警，滅火等操作。駕駛室控制箱：信號采集：接收機艙控制箱傳來的信號，在顯示屏上顯示主要運行參數；遙控操作：遠程關閉或開啟雙燃料系統。 氣體燃料供給：主要遙控操作的供氣閥為三個一組，兩個斷電閉合閥串聯加一個斷電開啟的泄放閥排空，排空管路引至露天的安全位置。這三個閥可手動復位。

滅火 ：控制系統接入原船的消防系統，當探火和失火報警系統監測到火災時，自動進行滅火，在機艙入口處設置一個手提式干粉滅火器。

4 結論

此改造方案在實際應用中既滿足了環保的要求，又兼顧了經濟效益，而且是在原有的船舶基礎上進行，節省了大量的設備裝置費用，可以大量借鑒用在其它地區的船舶改造中。

參考文獻：

[1]何曉聰，周瑞平.LNG燃料動力船機艙設計研究[J].造船技術，2013（06）.

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[3]喬文典，賴招權，時國偉，龐春風.柴油和LNG混合動力技術在船舶上的應用[J].中國水運（上半月），2011（12）.