某VLGC船双燃料主机改造

甘嘉敏 付云东 颜修政

摘    要：介绍了我司某VLGC船MAN B&W 6G60ME-C9.2型主机的LPG双燃料改造项目，针对适合燃烧柴油和LPG双燃料，需对主机机械部分、液压系统以及电气系统进行改造，同时配套LPG燃气系统和其它系统与装备。本文对双燃料主机改造具有一定参考意义。

关键词：VLGC船；主机；LPG双燃料；改造

中图分类号：U672                                   文献标识码：A

Retrofit of Dual Fuel Main Engine for VLGC Ship

GAN Jiamin， FU Yundong， YAN Xiuzheng

（ You-lian Dockyards （Shekou） Limited，  Shenzhen 518054 ）

Abstract： This paper introduces the dual fuel retrofit project of main engine for MAN B & W type 6G60ME-C9.2 in liquefied petroleum gas VLGC ship of our company， In order to be suitable for burning diesel and LPG dual-fuel， the mechanical part， hydraulic system and electrical system of the main engine need to be reformed， and LPG gas system and other systems and equipment should be added. This paper has certain reference significance for the retrofit of dual fuel main engine.

Key words： VLGC ship; main engine; LPG dual fuel; retrofit

1     前言

基于國际海事组织（IMO）对船舶排放的新要求，液化石油气作为清洁、经济的替代燃料越来越受到船东的青睐。基于已完成改造并使用双燃料的液化石油气船运行数据表明：与使用低硫油的船舶相比，用LPG作替代燃料的双燃料船舶，废气排放中硫氧化物（SO x）排放量最高可减少97%，二氧化碳排放量减少了35倍，能源效率提高了约10%。此外，液化石油气（LPG）比液化天然气（LNG）更容易储存，可更快地实现补给，有效减少船舶在港口的周转时间。因此，改装为液化石油气（LPG）的双燃料船舶，对环境和经济都具有重要意义。

2    MAN B&W 6G60ME-C9.2型柴油机简介

MAN B&W 6G60ME-C9.2柴油机是MAN B&W公司生产的大型低速二冲程柴油机，与传统柴油机相比，该机型取消了凸轮轴机构，其核心控制部分即柴油机控制系统（ECS）采用了电子控制系统；还取消了调速器和油门控制机构，取而代之的是由中控室内的中央控制台、两个柴油机通讯控制单元（EICU）、两个主机控制单元（ECU）、多个气缸控制单元（CCU）、三个辅助控制单元（ACU）以及连接它们的计算机网络组成，具有良好的控制性能。

3    LPG双燃料发动机工作原理

LPG双燃料发动机，指既可以使用柴油又可以使用LPG为燃料的发动机。MAN B&W 6G60ME-C9.2型柴油机经过改造后，将变为6G60ME-C9.5 LGIP型的双燃料发动机。LPG燃气工作模式，仍是沿用原机型的狄塞尔工作循环，当运行燃气模式时，高压直喷燃气技术的工作原理如图1所示[1]：扫气及压缩冲程中，大量空气经涡轮增压器加压后从扫气口进入气缸，随后活塞上行至完全遮住扫气口开始压缩气缸内部气体，上行至上止点位置之前，气体燃料采用高压直喷喷入燃烧室，随即喷油器将少量低闪点的燃料油喷入气缸作为引燃油，气体燃料燃烧；膨胀及排气冲程中，活塞在高温高压的燃气推动下开始自上而下，膨胀做功；活塞的下行推动曲轴的转动，对外输出扭矩，直至排气口打开，气缸内的废气靠内外压力差排入排气管；需要注意的是，燃气模式仅在发动机运行稳定工况条件下运行，而发动机正常起动及停车前、低负荷运行以及运行状态不稳定时，仍然以原来的燃油模式运行。

4     LPG双燃料主机改造方案

4.1   机械改造

1）准备工作

改造前需提前关闭主机油阀、气阀、水阀、蒸汽管路等相关阀件，以及主机控制系统和监控系统电源，并做好有效隔离措施；按程序拆除主机缸盖、活塞杆。其中，拆完后暴露的气缸口、排烟管口用盖板遮挡，填料函处用塑料膜覆盖，防止异物进入，如图2所示；接着，拆除液压系统相关管路附件、燃油高压油泵的所有传感器和动力电缆，并做好识别和防护。

2）缸盖整体换新

缸盖不但承担着燃烧室内的热负荷和机械负荷，而且也是功能最复杂、最紧凑的零部件之一[2]。原有气缸盖结构空间狭小、强度弱，无法在其上合理增设燃气喷射器、蓄能器等相关零部件，不能同时满足燃烧燃气及燃油的需求，故应对气缸盖进行整体换新。

新的气缸盖上安装有燃气喷射器单元、蓄压块、燃气适配阀块和燃气管、控制油管、密封油管等，如图3所示；回装主机气缸盖时，安装顺序为从NO.1 至NO.6 ；观察并防护好缸盖上的燃气适配阀块；待NO.1 缸盖到位之后，检查确认燃气适配阀块与托架之间的距离和相对位置是否合适，如有问题需调整燃气适配阀块的托架位置；待所有缸盖落到缸套上之后，测量相邻两个缸的燃气适配阀块上的燃气管接口距离是否合适，如有问题需将缸盖稍微吊起，轻微旋转角度，再缓慢落到缸套上，确保两两盖头间的燃气双壁短管均能自然对接，正常安装；最后，按说明书要求将对称对角液压拉伸上紧各缸盖的固定螺栓的螺母，回装缸盖到位，注意在主机缸盖层平台的立柱上需要安装有燃气适配阀块的托架。

由电控燃气喷射阀 （ELGI 阀）控制燃气喷射器的启闭。工作时，双壁管供给蓄压块的燃气，从蓄压块内的止回阀进入气缸盖上进气孔进入燃气喷射器，在引燃油的协助下完成高压喷射气体的点燃和燃烧；蓄压块腔被注入高压氮气，对高压燃气系统起到蓄能和稳压的作用。

万一燃气发生泄漏，会被双壁管上的碳氢传感器监测到，并随即进行报警，燃气从蓄能块回流至双壁管中；在燃气适配阀块的顶部，设有一个截止阀和两个放气阀，燃气通过截止阀到达燃气喷射器，结束燃气运行模式后，阀块内的燃气会通过放气阀进行排空。

3）活塞头换新

活塞头顶部直接接触高温燃气，不仅会让活塞头承受较高的热负荷及温差热应力，同时也会受到气体的化学腐蚀，改造时应对受到不同程度腐蚀的旧活塞头部进行换新；活塞头顶部为凹形顶，有利于燃料和空气的混合，以及受热后的膨胀；活塞头顶端还有三个凹槽供拆装活塞起吊工具用。

改造后，由于使用低硫油或气体燃料，含硫量的减少对活塞头的润滑有一定影响，故将原先的四道活塞环减少至三道，新活塞环均为镀陶瓷涂层的金属活塞环，以减小摩擦阻力，防止拉缸，并提高活塞环的使用寿命；安装过程中，应注意每道活塞环上都有相应减压槽，根据标记分辨好三道环的安装位置及顺序。

4）反冲洗滤器换新

原反冲洗滤器流量不够，需要换新处理，原接油盘、原管线均根据新反冲洗滤器进行修改及配制。

4.2   增加LPG燃气单元

从甲板输送至机舱主机的燃气管路采用双壁管设计，具有连接方便、通风阻力小、便于维修、安全性高等特点。但双壁管的设计需要考虑系统在不同工况下工作温差大的特性，LPG系统管路布置，需对所有双壁管管路进行综合应力分析后才能最终确定。

双壁管的内外管之间安装有弹性弯曲支架，使得内管柔性地支撑在外管上，如图4所示。该支架可适应热胀冷缩和振动引起的运动，从而保障管道的运行安全和稳定性。

双壁燃气管从生活区前穿过主甲板及机舱前壁，沿机舱前壁下行到主机缸盖层，并与主机的燃气管连接；在主机平台的结构上安装专门的立柱、支撑以及阀块等，如图5所示；需要注意的是，从阀块连接到NO.1缸的燃气管，需调整阀块至合适位置，保证阀块两端的燃气管都能和阀块自然对接且保持水平；随后，对称对角上紧燃气管的连接螺栓至规定的扭力。

为保障燃料气体的安全运行，双壁管系统在主甲板上设置有可燃气体监测系统，当检测到内部管子发生气体泄露时，外部管可有效阻止高压燃气的泄漏，供气断路阀立即关闭停止供气，同时用高压氮气吹除管间的泄漏燃气至甲板新增的透气桅中进行排放。

4.3   更换齿轮箱

1）拆除通道附件

先拆除吊装齿轮箱通道上方的主机平台、工作平台、滑油反冲洗滤器（包含接油盘和底座）；

2）吊运设备

齿轮箱重量约5 t，机舱行车最大安全吊重仅4 t，需要在齿轮箱正上方搭架焊接10 t吊耳，。吊耳上挂接最大安全吊重为10 t的电动葫芦，使用前进行负载试验，确保安全；

3）拆除附属部件

拆除齿轮箱上各路油管，安全阀块、两台液压泵和马达；齿轮箱内的链条断开吊出，拆除链条前应将主机飞轮盘车至105°，以确保配重垂直向下，将链条与齿轮相对位置做好标记方便回装。尽量找到链条的原始搭接位置，并通过多次盘车的方式调整到方便拆装的位置，且刚好飞轮在105°。如无法滿足该条件，可以在飞轮105°时链条方便拆装的位置切断，重新作为新搭接点，链条取出后用专用工具吊出；

4）拆卸旧齿轮箱

5）车间组装新齿轮箱

按旧齿轮箱上的螺孔安装位置，在新齿轮箱上钻孔、攻丝，钻贯穿孔时齿轮箱内部需做好防护，防止异物进入；相关油管及管码在车间内进行组装，如图6所示；

6）吊船安装新齿轮箱

按照之前的标记回装齿轮箱链条，收紧调节齿轮，在原安全模块的底座上按图纸重新钻孔安装新安全模块；随后，回装两台旧液压启动泵及齿轮箱上方平台和走道。回装齿轮箱保护罩之前，提前将齿轮箱上的液压泵进油管拆除，回装护罩后再恢复管路。

4.4   新增滑油增压泵

为了能保证滑油稳定、均匀、连续循环供应，新增设一台滑油增压泵。安装前，按照图纸预制增压泵的底座，根据具体情况适时修改原接油盘，以保证增压泵与接油盘配套；同时，连接好相应的管路、阀件以及管附件等。

4.5   改造液压系统

1）新制液压管路

机械部分改造、设备定位、液压安全阀块更换完成后，需对相关附属管线进行现场放样、新配；预制后管线内壁酸洗，外壁油漆防护，再现场安装，如图7所示。

新制管线包括：高压控制油管线；主液压管线；齿轮箱管路线；从增压泵出口总管连接分支至每个气缸的管路和适配阀块的管线；从主滑油泵增加至增压泵、从增压泵至各缸主管路适配阀块的液压润滑管路，完成润滑后又返回至增压泵。

2）串油冲洗管路。

为避免管道内部存在金属碎屑、铁锈等杂质污染物，从而污染滑油、损害相关设备，管路现场的冲洗步骤以及串洗质量至关重要。滑油冲洗前，要对曲轴箱进行清洁，随后在主机曲轴箱内部安装隔离盲板，防止串油时油进入主轴承和十字头轴承内；同时，主机外部进入主机首尾端主轴承的支管也需要安装隔断盲板，以隔离串洗油；为提高主机新管线的串洗质量和串洗效果，根据系统要求，需要分成6路进行独立串洗，串洗期间，每天需在指定的位置取适当滑油样品并送往指定机构进行化验，直到合格为止，方可进行下一路的串洗作业。

串洗管线包括：主滑油泵到十字头和主轴承的管路；主机齿轮箱管路；液压管路和燃气适配阀块高压控制油管；滑油增压泵进、出管路；燃气适配阀块控制油管；燃气适配阀块密封油内部通道。

4.6   改装主机电气系统

主要包括：新增部分；原系统改造部分；升级软件部分。

1）新增部分

机舱内新增第二燃油控制系统柜、燃气阀组控制箱、 第二燃料油缸压力隔离箱、增压泵启动箱等；机舱外新增第二燃料控制系统柜接线箱、第二燃料阀组接线箱、 双壁管风机控制箱、HC传感器和流量开关接线箱等；

2）改造部分

包括：更换新气缸控制单元，同时升级A和B两组UPS；修改配电板；改造气体探测系统；修改火灾系统；修改ESD系统、新旧系统间重新布线连接；修改控制臺；制作并安装MCC底座，安装MCC设备；安装HP单元控制柜；新MPC单元替换ECC2机柜中的原MPC-10单元，原MPC-10的电缆在新MPC中仍旧使用；

3）升级软件部分

包括：PMI 、ECS、EMS等。

5     结语

本文对我司10多艘LPG双燃料主机改造的要点进行了分析和总结，为船舶LPG双燃料主机改造提供参考。从改造后的运营效果看，LPG双燃料船可在燃油或气体燃料之间迅速切换，且不影响其运行时的推进效率；气体排放中的二氧化碳和硫氧化物均有较大程度的下降，满足国际海事组织（IMO）对船舶排放的严格要求；燃料的消耗大大减少，降低了总的运行成本，经济效益显著提升，受到船东的一致好评。

参考文献

[1] 周迓若. 船舶电喷柴油低速发动机双燃料系统改造 [J]. 中国修船，2021 （ 增刊1） .

[2] 甘少炜等.液化天然气燃料船舶技术 [M]. 北京：中国质检出版社，中国标准出版社，  2017.