广西北海渔船双燃料改造方案探讨

汪行 刘锋

摘 要：双燃料系统船舶的改造，能够节约成本，减少环境污染，而且改造周期短；船舶主机改造为双燃料机组，增加控制系统和设备，运行过程中可以两种燃料切换。

关键词：双燃料；混合燃烧；环保

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

1 前言

广西北海有数千渔船进行近海捕鱼作业，船舶基本采用柴油机驱动，柴油机燃烧燃油，尾气排放及燃油泄漏会给环境造成很大的影响，为了响应国家节能减排及环保要求，需要对大量的渔船进行升级改造。天然气之前在出租车行业的发动机上有成功的应用，如果能够应用到船舶的柴油机上，用以部分的替代柴油，可以大大减少对环境的污染，本文就是燃烧柴油和天然气的双燃料系统船舶的改造方案。

改造中，如果将原先的柴油发动机直接更换为气体发动机，由于单一燃料天然气发动机的价格很高（通常是柴油机的2 倍以上），初期投资太大；同时原有的柴油机不得不报废处理，造成浪费，不符合建设节约型社会的要求；而改造初期，天然气源供应如果不稳定，也会造成天然发动机有时不得不停机，影响用户的使用。

而采用双燃料系统可实现较小的投资实现设备的转换，为使用单位节约大量的资金。与更换发动机这种大改造相比，改造双燃料系统具有改造周期短，投资低，发动机工作状况可灵活切换等优点。

2 系统改造方案

主机改造为双燃料机组，增加相关控制系统和设备，可实现机旁直接控制，机舱内手动控制，驾驶室遥控控制，通过机旁控制箱、机舱操作面板、驾驶室操作面板可以实时显示LNG 压力，机组工作状态，辅助系统工作参数等。

以原发动机为玉柴的YC6T 船用主机为例，改造为双燃料，就是指柴油天然气在发动机燃烧室内混合燃烧，其工作原理大致如图1所示。

双燃料发动机在启动和怠速时按纯柴油工作方式运行，在正常工作时再按双燃料工作方式运行。发动机运行到设定工况后，开启双燃料系统，系统自动检测各传感器的参数，如果各参数正常， 电磁阀打开，从而燃气管道打开。燃气和空气在混合器混合后进入发动机。发动机功率加大，柴油的供给量减少，达到燃气替代柴油的目的。根据燃料的种类以及质量不同，替代率也不同。一般的替代率在50%-70%。在系统运行过程中，一旦监控系统测试到的运行参数超过设定值，控制系统立即切断气源，进行报警，系统自动切换到柴油运行模式，不会影响机组的正常运行。采用双燃料改造系统，发动机原有的功率不会变化，而且柴油机内部结构也不需变动。

3 系统安保措施

燃气机旁控制箱通过RS485将运行参数发送到机舱控制箱，同时机舱可燃气体浓度探头、固定式探火系统、LNG 储罐的压力信号送入机舱控制箱，通过机舱控制箱内的PLC 分析判断，按程序执行相关动作。可以实现以下功能：

双燃料运行时自动打开机舱强制通风系统，当机舱可燃气体浓度达到低报警时（20%LEL），发出声光报警，自动将机舱强制通风量提高一倍，自动停止双燃料运行模式，转为全部燃油工作状态，切断燃气供应阀，打开放空阀，将管中残余气体放空至弦外；

当机舱可燃气体浓度达到高报警时（40%LEL），发出声光报警，停止柴油机运行；

接入原船的消防系统，当固定式探火系统探测到火灾时，自动停机，切断所有燃气和燃油，进行灭火；

当柴油机超速安保停机时，自动停止双燃料工作模式，关闭燃气供应阀门；

在机舱内可手动操作强制通风系统、双燃料系统等阀件的关闭和开启，也可通过驾驶室遥控操作。

3.1 各系统设备介绍

可燃气体探测器：设置两路可燃气体探测器，固定安装在有被测气体漏泄的舱室内危险场所，当空气中有被测气体时，变送器产生与空气中被测气体浓度成正比的电流信号。通风系统：采用两路强制通风风机，单机风量5000m/h，满足机舱每小时换气 30 次以上，风机的布置确保机舱所有空间具有良好的空气环流，确保室内 不会形成气井。风扇叶轮采用铝合金，机壳采用玻璃钢。在通风管外部开 口处，设置方形网孔的防护网。机舱控制箱： 信号采集：收集机旁燃气控制箱、机舱可燃气体探头、探火和失 火报警探头、燃气供应系统压力等信号，通过PLC 处理，在显示 屏上显示主要运行参数；信号传输：将处理后的信号远程传输到驾驶室控制箱，并可接收驾驶室控制箱发出的控制指令；遙控操作：远程关闭或开启双燃料系统。安全保护：根据控制策略，按工作状况自动执行开启风扇、关闭供气，报警，灭火等动作；应急手动操作：可在本地进行开启风扇、关闭供气，报警，灭火等操作。驾驶室控制箱：信号采集：接收机舱控制箱传来的信号，在显示屏上显示主要运行参数；遥控操作：远程关闭或开启双燃料系统。 气体燃料供给：主要遥控操作的供气阀为三个一组，两个断电闭合阀串联加一个断电开启的泄放阀排空，排空管路引至露天的安全位置。这三个阀可手动复位。

灭火 ：控制系统接入原船的消防系统，当探火和失火报警系统监测到火灾时，自动进行灭火，在机舱入口处设置一个手提式干粉灭火器。

4 结论

此改造方案在实际应用中既满足了环保的要求，又兼顾了经济效益，而且是在原有的船舶基础上进行，节省了大量的设备装置费用，可以大量借鉴用在其它地区的船舶改造中。

参考文献：

[1]何晓聪，周瑞平.LNG燃料动力船机舱设计研究[J].造船技术，2013（06）.

[2]中国船级社.双燃料发动机系统设计与安装指南[S].北京：人民交通出版社，2007.

[3]乔文典，赖招权，时国伟，庞春风.柴油和LNG混合动力技术在船舶上的应用[J].中国水运（上半月），2011（12）.