空箱堆高机LNG改造探索

洪伟梁

摘 要：随着国家经济的快速发展，经济发展与资源及环境的制约的矛盾日益体现，如何使用可持续发展的清洁能源，已成为社会的共识，港口作为物流链中重要一环，建设环保绿色港口已成为港口人一个努力目标，堆高机作为港口、堆场主要设备，如何实现节能减排一直是工程技术人员一个课题。液化天然气（LNG）是目前全球公认的清洁能源，它具有节能、环保、安全、可靠、经济效益突出等众多优点。本次改造主要利用现有重卡LNG发动机在堆高机上的应用做些探索。

关键词：港口机械 堆高机 LNG改造 节能 环保

1.项目背景

国家十五规划政策鼓励液化天然气开发和引进。至2012年在我国沿海城市建立12个LNG进口接收站，总量3500万吨，相当于455亿标方天然气，即二条西气东输管道的总量；内陆已建立20多个天然气及煤层气的液化厂，年液化总量达500万吨，相当于65亿标方天然气，可供20万多辆大型汽车使用。

LNG在低温、低压、液态下储存、运输及应用，其密度为气态的620倍左右，压缩天然气的三倍，单次加气可持续行驶500--700公里，能满足城市公交、城际客车、重型卡车的长途行驶的要求，且环保、安全可靠，因此已逐渐成为我国汽车新能源市场需求的一个主要替代能源

宁波港作为中国的一个主要港口，节能环保型港口一直是宁波港人的追求，作为港口运输三种主要设备，桥吊、龙门吊、流动机械，前二种都以使用电，解决环保问题，流动机械部分象集卡等已逐步开始使用成熟的天然气拖头产品，堆高机等流动机械改造已成为趋势。

2.改造方案选择

主要考虑两个方面：

2.1整机改造采用何种能源

选择整机更换后，需要确定采用整机采用何种能源。

原柴油堆高机采用清洁能源改造目前主要途径有：改电、改气两种。考虑堆高机要求转场方便、灵活性要求高，24小时随时能够作业的特点，采用蓄电池作为能源供给 ，补给时间较长显然 不能满足。因此选择目前较为理想采用的能源为天然气。

考虑目前天然气常用的有CNG、和LNG两种，因此我们对两种燃料的优缺点进行了比较。（表一）

2.2原发动机改造还是发动机整体置换

原发动机改造优点：各种连接尺寸、安装方式改动基本不用大的改动。只需加装供气LNG储液罐及相关供气管路。缺点：发动机压缩比、点火方式都不同，发动机本体改动较大。根据了解改造成熟度不高。

整机改造优点：集卡上已有成熟天然气发动机的应用，只需选择与原发动机匹配的机型就可以。缺点：外形与连接尺寸匹配的机型很难找到，发动机支架、与变速箱连接、等改动较大。

综上述，设备整体情况与改造的可靠性，结合相适配发动机的经济性，本次堆高机改造我们选择发动机整机更换，采用LNG作为燃料的方式。

3.设计总体路径（图一）

4.分项选型

4.1发动机的选型

堆高机发动机原先采用VOLVO TWD731发动机，通过对该型号发动机功率、转速、扭矩曲线、发动机外形尺寸、现场工况分析与相关LNG发动机参数比对。

VOLVO TWD731与WT615.91发动机与两种型号功率、扭矩、转速图：（图二）

根据上图表选择在重卡上使用较为成熟的重汽WT615.91型号发动机

4.2气瓶及安装位置的选择

DCE80-45E7空箱堆高机原油箱容量380升，根据安装位置及容量与实际操作匹配的原则，选用450L天然气气瓶。

具体LNG气瓶技术参数：

设计压力3.18MPa、工作压力1.59MPa、设计温度-196℃、工作温度-162℃，充装系数0.9，主体材料为0Cr18Ni9（304），规格是依据发动机功率和续驶路程设计成450L，瓶上设有一、二级安全阀，进、出液口，气相口，自增压口，新型液位计，压力表和瓶内压力自动调压装置。

汽车用液化天然气气瓶作为一种超低温绝热压力容器，设计有双层（外壳和内胆）结构。内胆用来储存液态的液化天然气（LNG），同时夹套（两层容器之间的空 间）抽成高真空，共同形成良好的绝热空间。能保证LNG在超低温的环境下得以储存和使用。

所有的管路、阀件都设置在气瓶的一端，并用护环或保护罩进行防护

安装位置选择既要考慮足够安装空间，又要考虑位置安全性，以及管路连接的方便性。因此选择堆高机后面配重平台作为安装位置。

5.具体措施：

5.1发动机安装

5.1.1考虑置换的WT615发动机整机外形尺寸大于原发动机的尺寸，要保证改造后变速箱等其他机窗内附件位置尽量不变，先将变速箱定位，发动机根据变速箱位置整体前移。

测量发动机、变速箱内外尺寸，加工内外过渡连接盘。

5.1.2发动机支撑。支撑布置为双前点支撑和飞轮壳两侧支撑。原发动机前支架采用独立结构，考虑改造后发动机重量较重，前支撑采用在堆高机纵梁上加固定脚，中间采用元宝梁与固定脚相连整体结构，梁上固定支点通过弹性隔振垫对发动机前支点进行定位，弹性支撑的材料选择充分考虑了发动机的输入频率、支撑载荷，避免了发动机或支撑由于震动而损坏。

中间支撑考虑发动机变速箱连接后已成为一个整体，前后已有支撑，中间支撑不能完全固定，形成过定位，采用浮动支撑，允许发动机具有一定的位移量。

5.2气瓶安装

5.2.1考虑安全，气瓶安装后外形尺寸不能超出堆高机配重外沿尺寸。

5.2.2气瓶必须制作专用支架进行固定，支架采用螺栓与配重平台连接。

5.2.3气瓶进出口需朝向堆高机的右侧，便于加液和与发动机连接

5.2.4气瓶四周采用方管制作围挡进行安全保护。

6.改造后试用数据测试：

6.1堆箱测试

6.4环保测试

与柴油发动机同样的作业环境下，它排放的颗粒物为零、二氧化碳减少20%、污染物减少35%。

7.结束语

通过对已达到大修周期发动机LNG改造，达到设备原有性能，节约前期投入和后期运行成本，实现颗粒物零排放，基本达到节能环保的效果，为港口绿色改造增加了新途径。