MAN B&W ME-GI 双燃料低速二冲程船用柴油机

夏立国，翁昕昊

（合肥熔安动力机械有限公司技术工艺部，合肥 230601）

0 引言

随着人们对环境保护的日益重视以及燃油价格的不断提高，柴油机替代燃料的开发已刻不容缓。MAN B&W公司根据市场的需要，凭借雄厚的研发能力和大量服务经验，推出了全电控双燃料船用低速柴油机—ME-GI系列柴油机。

1 ME-GI 双燃料船用柴油机

1.1 简介

液化天然气是一种高效、低廉的清洁能源，而且储量巨大。目前世界各国都给予了高度重视，将其视为未来主要的替代能源。1994年，MAN公司制造了第一台双燃料柴油机12K80MC-GI，用于日本Chiba的电站动力，在1994年到2003年中，运行时间已超过20,000h。该柴油机的燃油和燃气喷射正时都由机械系统控制完成。

在大量的服务经验基础上，借鉴20世纪90年代晚期的VOC（挥发性有机化合物）柴油机的研制经验，经过多年的完善，MAN B&W公司推出了ME-GI电控双燃料柴油机，如图1所示。

图1 ME-GI电控双燃料柴油机

1.2 ME-GI 双燃料船用柴油机的结构和特点

ME-GI柴油机是以成熟电子控制式ME柴油机为基础，专为LNG市场开发的能燃烧天然气和燃油的船用低速电控柴油机。它是在ME电控型柴油机上安装了一个250bar～300bar压力的天然气共轨管。并对MC-GI的一些零部件进行了改进设计，如燃气喷射蓄压块、液压缸单元、燃气供应系统、大排管等。它既能在柴油与天然气双燃料状态下工作，又能在纯柴油状态下正常工作，还能实现柴油和双燃料之间的方便转换。其功率输出、效率以及转速性能与传统的ME-C系列柴油机相同。

2 ME-GI 双燃料船用柴油机的主要零部件

为了能同时燃烧燃油和燃气，ME-GI 双燃料船用柴油机增加了燃气喷射阀、双壁燃气管、蓄压块、ELGI阀、燃气控制、通风系统和安全系统，并对缸盖和大排管进行了改进。

2.1 燃气喷射阀

ME-GI 双燃料船用柴油机在缸盖上安装了2个或3个燃油喷射阀，2个或3个燃气喷射阀（图2）。燃油阀的开启和关闭原理与普通ME柴油机相同，但是增加了喷射燃气引燃油的作用。而燃气喷射阀的动作由ELGI阀控制，并需要引燃油、控制油和密封油的辅助，来完成高压燃气的喷射。

图2 燃气喷射阀

燃气通过缸盖上的孔进入喷射阀，为了防止气体泄漏可能引发的风险，在缸盖和喷射阀、喷射阀座和阀杆之间装有密封环。如果发生泄漏，气体将从缸盖上的孔返回到高压管中，并随时被传感器监测。

2.2 双壁燃气管

为了将高压燃气输送到每一个阀块内，引入了恒压共轨系统的设计。这些燃气管采用双壁式设计，外部管起保护作用，以防止内管破裂时高压燃气喷出。在包括阀、法兰等的中间空间，安装了单独的换气能力约为“10～30 air per hour”的机械通风装置。中间空间的压力要低于机舱和通风管外风机马达的压力。通风送出的气体排放到安全的区域。

燃气管系的设计压力高于工作压力的50%，用支架固定，防止振动；同时需进行防重物坠落的保护。到达各缸的支管必须有足够的弹性，以缓冲柴油机从冷态到热态的膨胀。

2.3 蓄压块

蓄压块是一个独立的模块，用螺栓固定在气缸盖的燃油侧。燃气阀块被集成在蓄压块上（图3），并在顶部安装一个截止阀和两个放气阀。供应给蓄压块的燃气，通过蓄压块内的止回阀进入气缸，并通过与双壁管联结，由双壁管上的传感器监测燃气的密封性。

图3 燃气阀块/蓄压块

在燃气喷射期间，蓄压块内的压降需要进行测量，压降通常不能超过20 bar～30 bar。燃气通过截止阀到达燃气喷射阀，在柴油机燃气运行模式结束后，通过放气阀清空蓄压块内的燃气。

2.4 ELGI阀、控制系统、安全系统和通风系统

ME-GI 双燃料船用柴油机在ME-C柴油机的液压缸单元上安装了电控燃气喷射阀（ELGI），用来控制燃气喷射量。同时伺服油系统提供高压控制油到燃气喷射阀，进而控制燃气的正时。在ELGI阀和燃油泵之间安装了压力表和截止阀，燃油泵上安装了监测引燃油喷射压力和喷射量的传感器。

图4 改进后的大排管

ME-GI 双燃料船用柴油机ME机原有电控系统保持不变，如主操作面板（MOP）、本地操作面板（LOP）等。ME-GI柴油机燃气模式下的操作都由集控室控制完成。这些控制系统分为装置控制，燃料控制和安全控制三部分。装置控制系统控制主机在燃气安全状态（仅重油）或双燃料状态下运行。只有安全系统允许的情况下，装置控制系统才会将主机运行在双燃料状态，否则主机只能运行在燃气安全状态。燃料控制系统监测不同模式下的燃气指数和引燃油指数。安全控制系统用来监测所有的燃气设备和相关的辅助系统，ME安全系统的现有shut down 信号，气缸允许燃气喷射的条件。只要安全系统监测到上述情况中的一种，燃气供应系统中的ELGI电子燃气喷射阀就会失效，相关的截止阀就会关闭，放气阀打开，确保安全。另外，安全系统还装有一个气体分析仪，来检测压缩机舱和双层管内的碳氢气体浓度。

通风系统对双层管的外壁管进行通风，密封油系统用来分开燃气阀中的控制油和燃气，惰性气体系统主要起净化作用。

2.5 改进部件——大排管和缸盖

如图4所示，大排管的外壁增厚3mm，两端的封堵增厚2mm，支架增厚3mm，进、排烟法兰处增加了加强环，进、出口增大2mm，以确保运行安全和效率。缸盖上增加了燃气喷射阀需要的孔。

3 ME-GI 双燃料船用柴油机的优势

ME-GI柴油机的使用范围可以从LNG船扩展至LPG船以及集装箱船等远洋船舶。当其作为主机时，在25%负荷以上时，从0%燃气、100%燃油到95%天然气、5%燃油之间，燃气和燃油可以任何比例进行使用。由于大量减少了柴油的使用，因此船舶运营成本将大幅降低。

ME-GI柴油机在降低有害排放物方面有很大的优势，可使SOx下降约95%，NOx下降约12%～15%左右。同时，因大幅度降低燃油的用量，温室气体CO2和粉尘的排放也会明显降低。ME-GI柴油机若与SCR（选择性催化还原）或EGR（废气再循环）系统结合，还能满足NOx的Tier III排放要求。

4 结语

目前ME-GI柴油机可以为市场提供广泛的动力方案，缸径最大可达980mm。ME-GI柴油机具有ME电控柴油机所有的功能和优势，加之优势显著的经济性和低排放性，因此市场前景非常广阔。

[1]国际海事组织 73/78防污公约 MARPOL 73/78 综合文本 2006[S].北京：人民交通出版社，2007-11.

[2]MAN Diesel Company.MAN B&W Project Guide[Z].2009.

[3]孙培廷.船舶柴油机[M].大连:大连海事大学出版社，2006年.