YC6T540C型渔船主机LNG-柴油双燃料改造实践

汪　行　黄　政

(武汉船舶职业技术学院动力工程学院,湖北武汉　430050)



YC6T540C型渔船主机LNG-柴油双燃料改造实践

汪行黄政

(武汉船舶职业技术学院动力工程学院,湖北武汉430050)

摘要LNG作为理想的廉价清洁代用燃料越来越受到用户青睐。本文叙述了YC6T540C型主机改造成LNG-柴油机双燃机的技术实践，试验表明，改造后平均燃料成本可下降15%～2%以上尾气排放综合下降50%以上，达到了节能减排的效果。

关键词LNG；防爆阀；电子调速

LNG作为理想的廉价清洁代用燃料越来越受到用户青睐。国内部分LNG-柴油混燃动力船舶的实际运行试验数据显示：与原柴油动力相比，改装后船只排放的硫氧化合物和碳烟排放降低70%以上，氮氧化合物排放降低35%～40%，二氧化碳排放也降低20%以上。推广绿色清洁能源LNG在渔船上的应用，将推进现代渔业建设，促进渔船节能减排和节本增效。本文叙述了YC6T540C型渔船主机LNG-柴油双燃料改造方案，介绍了柴油机双燃料的改造要点。

1YC6T540C型柴油机简介

YC6T540C船用柴油机为立式、直列、水冷、四冲程发动机，额定功率396kw，额定转速1800rpm，排量16.35L，全负荷最低燃油消耗率≤192g/kWh,主要用于700～2000吨货船/渔船/游艇的主机。YC6T540C型柴油机可靠性高，采用高效增压中冷技术，作业效率高，体积小，安装维护方便。

2YC6T540C型柴油机LNG-柴油双燃料改造方案

根据优化分析，YC6T540C型柴油机LNG-柴油双燃料改造采用压燃式技术中的增压器前燃气预混技术，混合器将空气和天然气在增压器前预混合，然后利用涡轮增压器的负压将混合气体通过进气总管带入燃烧室，利用柴油压燃点燃天然气，通过燃烧天然气来代替一部分燃油。天然气的进气量根据负荷变化在双燃料工况下连续可调。该技术的优点在于：对柴油机改动最小，可以无损地切换回全柴油模式，柴油机的主要备件均保持不变。

为达到对发动机更好的控制，需将发动机原有的机械调速器拆除，更换为电子调速器，加装燃气前处理模块，安装必要的传感器，并将其与控制单元相连接。双燃料系统改造前后，发动机原有的功率变化在偏差范围内，柴油机内部结构无变动。

2.1安装气体防爆安全阀

根据《气体燃料动力船检验指南》(2011)6.17规定，当燃料通过混合器与空气混合后进入气缸，位于气缸前的燃气总管上应安装防爆安全阀或其他防爆措施，因此在发动机本体上加装进气管防爆安全阀。由于气缸直径小于250mm，故不单独设置曲轴箱防爆安全阀。进气管防爆阀设置开启压力为0.3MPa。

2.2安装混合器

混合器是机械控制进入发动机的天然气与空气混合比例的一个重要部件，其作用是使天然气和空气在进入气缸前形成均质混合气，由于天然气与空气密度不同，容易形成混合气浓度分层，导致各缸混合气的空燃比差异较大，使发动机性能变坏，排放超标。专门对混合器进行流体分析优化设计后，采用文丘里管式，中置喷管结构，外形结构示意图,如图1所示。

图1　混合器结构图

混合器加装在柴油机进气滤器和涡轮增压器之间，通过弹性接管、卡箍连接。混合器三个接口分别与发动机增压器、空滤、燃气供应管路连接。

2.3安装机组传感器

在柴油机上安装增压空气压力传感器、转速传感器、排气温度传感器、速度传感器，在燃气前处理系统上安装燃气压力传感器。

2.4安装电子调速系统

为达到对发动机更好的控制，需将发动机原有的机械调速器拆除，更换为电子调速器，并将其与控制单元相连接，电子调速器的主要参数见表1。

表1　电子调速器主要参数

3控制系统组成

控制系统由天然气控制系统、柴油控制系统和安保系统三部分组成。控制系统框图见图2。

3.1天然气控制系统

天然气控制系统主要由双燃料控制箱、机舱监测箱、驾驶室操作面板组成。

3.1.1双燃料控制箱

双燃料控制箱采集柴油机上的传感器信息，送至双燃料控制箱内的ECU，当按下控制箱上的起动按钮或在驾驶室按下面板上的起动按钮，ECU 判断柴油机当前运行参数和外部燃气供应的参数，当满足设定的条件时，打开燃气通断阀，根据当前柴油机运行状况，通过功率阀调节燃气供应量，使燃气部分替代柴油做功，运行双燃料工作模式。

图2　控制系统框图

柴油机的机旁控制箱内的紧急停车信号被引入双燃料机旁控制箱，当柴油机运行时，如果出现滑油压力低、超转速、淡水温度高等引起安保系统停机，自动控制切断燃气供应，确保安全。

3.1.2机舱监测箱

机舱监测箱可实现以下功能：

(1)信号采集：收集风机运行状态、机舱可燃气体探头等信号，通过控制器处理，在显示屏上显示主要运行参数；

(2)安全保护：根据控制策略，按工作状况自动实现风机与双燃料系统运行连锁、监测、报警及安全控制动作。

3.1.3驾驶室控制面板

驾驶室控制面板可远程显示及控制的内容如下：

(1)远程控制双燃料发动机的启动和停止，并显示双燃料发动机的工作模式(纯柴油、双燃料)；

(2)对运行的故障进行报警；

(3)对机舱燃气前处理箱或机组上部可燃气体浓度超限时进行报警；

(4)对机舱火灾、烟雾探测器发现异常情况进行报警；

(5)显示LNG储罐压力，压力表上清晰标明LNG储罐允许的最高压力和最低压力，在达到安全阀整定压力之前警报应鸣响；

(6)显示LNG储罐高、低液位；

(7)通风系统失效时进行报警。

3.2柴油控制系统

柴油控制系统主要由调速器和执行器组成，通过调节燃油齿条位置，使转速稳定在设定值内。

3.3安保系统

安保系统由风机连锁模块、超速保护模块、燃气泄漏报警模块、火灾、烟雾报警模块组成。

3.3.1风机连锁模块

根据《气体燃料动力船检验指南2011》中2.9 通风系统要求，设置两路风机，用以燃气前处理模块内强制通风，风机通过风管将燃气前处理模块内空气强制排出机舱，每小时换气量大于30次，此通风系统独立于其它通风系统，当此通风系统失效时，在有人值班的位置必须有相应的报警和显示。风筒选用矩形型式，尺寸为240×300mm，风管沿舱壁布置，在通风管的外部开口处，设置方形网孔不大于13mm的防护网。

机械通风与主机实现双燃料模式运行连锁，当通风机开启后，发动机才能采用双燃料模式运行；一旦有可燃气体泄露，浓度达到天然气燃爆点的20%就进行声光报警，自动切断燃气供应，转换为燃油模式；当风机因故关停时，发动机能自动转换为燃油供应。

3.3.2超速保护模块

超速保护模块在柴油机转速超过额定转速的10%时，紧急停止柴油机运行并切断天然气的供给。

3.3.3燃气泄漏报警模块

设置二路可燃气体探测器在燃气前处理箱风管出口处，设置一路可燃气体探测器固定安装在机舱发动机涡轮增压器上方场所，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。

当探测到机器处所的可燃气体浓度达到20%LEL时，发出声光报警，自动停止双燃料运行模式，发动机自动转换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舷外。

当在气体燃料发动机机器处所内探测到可燃气体浓度超过40%LEL时，发出声光报警，切断燃气供应、停止发动机运行。

3.3.4火灾报警模块

机舱内设置二路火灾探测器、两路烟雾探测器，固定在机舱顶部，当机舱内发生火灾时，可以输出继电器信号至机舱控制箱，执行相关安保动作。

4结语

试验证明，YC6T540C型柴油机LNG-柴油双燃料改造后，在船长为29.8m的渔船上使用，平均燃料成本可下降15～20%以上，尾气排放综合下降50%以上。同时，由于天然气燃烧相对充分，其维护保养费用也将有所下降，顺应国家的节能减排要求。

(责任编辑：谭银元)

LNG-diesel Dual Fuel Reforming Practice based on the Main Engine of Type YC6T540C Fishing Boat

WANG Xing，HUANG Zheng

(Wuhan Institute of Shipbuilding Technology, Wuhan 430050, China)

Abstract:This essay explores the possibility and methods of converting the YC6T540C engine into LNG-diesel dual fuel machine. The actual reforming practice proves that the transforming can achieve good effect of energy conservation and emissions reduction。

Key words:LNG; Explosion-proof valve; Electronic speeding

中图分类号U664.1

文献标志码A

文章编号1671-8100(2016)01-0014-03

作者简介：汪行,主要从事内燃机制造与维修方面的教学和科研工作。

收稿日期：2015-10-16