液化天然气油轮双燃料船用发动机

液化天然气油轮双燃料船用发动机
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现代液化天然气油轮推进方法介绍

现代液化天然气油轮的船体类似于油轮,但多达6个大型LPG气罐安装在船体上。液化石油气在运输过程中必须在这些储罐中保持液化,但尽管有绝缘,一些液化气“蒸发”并流失到大气中。这种气体被称为蒸发气体(BOG)。

收集这种气体并将其用作主锅炉或双燃料船用柴油机的燃料的技术已经建立起来。这些现代液化天然气油轮的推进方式降低了燃料成本以及废气排放。

这是一篇海洋工程的文章,在这里我们将研究LNG在船舶推进中的使用,以前由于沸腾和汽化而损失到大气中。然后,我们开始概述液化天然气油轮。

LNG油轮概述

正如我们在介绍中所看到的,船体类似于传统油轮,有许多围堰和压载舱,以及额外的加固以确保液化天然气罐,有效地给予船舶符合当前法规的双层表皮。

用于海上运输的天然气必须冷却到-163ᴼC。当它液化时,它收缩到原来体积的1/600,允许货物体积高达200万立方米。

有许多罐的设计,最常见的类型是球形或棱柱状的容器,由高级不锈钢或铝制造;虽然膜类型也被使用,并正在成为更受欢迎的遏制系统。

在船体上安装和支撑3到6个大型油箱是正常的;它们的上半部分向上突出,形成甲板的一部分。这些在LNG船的主甲板上非常明显,如下图所示的典型LNG运输船所示。

储气罐的绝缘标准非常高,以防止过多的液化天然气沸腾。然而,即使采用高效绝缘,仍然会发生蒸发,这些气体以前被排放到大气中。

在液化天然气油轮上,可以通过几种方法处理煮沸的气体;

  • 用于船舶锅炉,为蒸汽轮机推进产生蒸汽
  • 用于船舶双燃料主柴油/HFO发动机,专门设计用于燃气和/或燃料油。
  • 煮沸后的气体可以收集起来,使用再液化装置进行再液化。然后,新的液化气可以被泵回液化天然气罐,确保货物完全交付到卸货港。采用该技术的LNG运输船安装了现代化的电控高效船用柴油/HFO发动机,仅使用燃料油。在再液化装置发生故障的情况下,一种气体燃烧室形式的热氧化剂被用来燃烧多余的汽化煮沸气体。
  • 用于柴油发电机燃料,产生电力,用于电力驱动推进的方法。

使用液化天然气沸腾气(BOG)推动液化天然气油轮

现代液化天然气油轮在航程中每天的蒸发汽化率在0.1%至0.15%之间。这种气体必须从储罐中取出,否则增压将导致安全阀上升。(油箱的额定压力为0.25 bar - 3磅/平方英寸)。

这种汽化的发生主要是因为储存温度-163ᴼC(-261ᴼF)与环境温度的差异,相当于在气体用于推进目的之前货物的相当大的总损失。

天然气通过连接所有液化天然气罐的公共集管从罐顶的蒸汽空间中提取。该封头沿甲板平行于卸货/装载封头,在卸货/装载管汇旁也有连接。

液化天然气油轮内部从维基共享由Welleman

由于蒸馏气的使用已经确立(超过20年),我们将只考察它在船用柴油发动机中作为双燃料的使用。然而,在蒸煮出的气体可以用作船舶发动机的燃料之前,它必须被压缩,这是通过气体压缩机来实现的,该压缩机将气体加压到所需的工作压力。

在现代液化天然气油轮上,船用二冲程和四冲程柴油/重燃料油发动机已被开发用于燃料油和/或BOG,被称为双燃料发动机。

发动机总是用柴油启动,加热后转换为汽油——但通常不是在开始通过时“全速前进”之前。在我放下领航员出海的那一天,驾驶室的电报机经常发出“双全速前进”的信号,表示全速前进,我们把发动机开到最大转速。

这意味着旅程的开始;结束待机,接领航员前往下一个港口,记录在驾驶室和机舱日志中。

不管怎样,我有分歧(一个年长的爱尔兰退休轮机工程师的特点)。BOG使用位于气体压缩室内的气体压缩机进行压缩,并通过双壁管道系统供应给主机电子气体控制机构。

双燃料四冲程发动机

气缸盖包括排气阀和进口阀,空气启动/溢流阀,以及与先导燃油喷油器相结合的燃油喷油器,这些都有独立的燃油泵。

在进气冲程中,气体被注入到进气阀门附近,在那里它与涡轮鼓风机提供的燃烧空气混合。进气阀打开,允许泥浆和空气的混合物通过下降活塞吸入气缸。当活塞上升到上死点附近时,先导柴油@ 900 Bar通过缸盖上的燃油喷油器喷射。

先导柴油发生压缩燃烧,点燃沼泽。这迫使活塞在动力冲程上向下,随后向上冲程将废气排出到涡轮鼓风机。鼓风机将环境空气从机舱中抽出,在将其作为燃烧空气供应到进气歧管之前进行压缩和冷却。这样4个循环就完成了,吸气,压缩,燃烧,排气;或者像我被教导记住的那样:吮吸,挤压,砰,吹。(不要引用这句话,如果你坐在你的口语BOT海洋工程门票!)

因此,四冲程双燃料发动机的工作原理是:

  • BOG压缩到5bar,通过双层钢管输送到发动机控制机构。
  • 柴油燃油由共轨系统供应到喷油器,从900bar的专用燃油泵作为先导油。
  • 柴油/重燃料油由单独的燃油泵供应,在待机和机动模式下,或当船舶压舱和BOG供应有限时使用。

四冲程双燃料船用发动机的草图如下所示:

四冲程双燃料船用发动机

请继续阅读,了解新技术如何应用于2冲程双燃料船用柴油发动机;

双燃料二冲程发动机

BOG气体在被压缩到250- 300bar之前通过加热器。由气体压缩室经双层不锈钢管输送至机舱气体控制系统。

正常的2冲程操作适用于双燃料发动机,并进行了一些修改。

所述压缩气体被供应给所述气体控制系统,其中所述气体被包含在蓄能器中。气体离开蓄能器,经过过滤器、调节器和一个隔离阀(旁路排气或再循环),然后被供应到发动机气体导纳阀。

每个气缸有两个正常的燃油喷射器和两个气体导纳阀,与通常的空气启动阀、安全阀和排气阀一起位于气缸盖上。

我对新设计的2冲程双燃料船用发动机的解释如下所示;

二冲程双燃料船用发动机示意图(作者印象)

气阀采用液压/电子操作和控制。使用高压油封装置(约高于气体压力25巴)可避免气体泄漏。虽然防止气体泄漏,但少量的油随着气体被注入发动机而损失。

发动机在操纵时启动并使用燃料油,一旦从驾驶台发出“完全离开”信号,就会将燃气与燃料油一起加入。

在压缩行程中,在上止点之前注入校准量的气体和柴油,随后进行压缩燃烧,迫使活塞在动力行程上向下进入气缸。

当活塞下降时,位于气缸套顶部三分之二处的扫气入口被打开,新鲜空气被引入气缸。当活塞开始上升回气缸时,排气阀打开,将燃烧气体排放到涡轮鼓风机中。排气阀关闭,压缩燃烧再次发生,完成2冲程循环。

因此,二冲程双燃料发动机的工作原理是:

  • BOG气体被压缩到250- 300bar,然后被供应到蓄能器
  • 每个气缸有两个气体喷射阀,每个缸盖上有两个柴油/ HFO喷油器。
  • 排气阀、燃油和气体喷射器都是液压操作的。
  • 机舱内所有燃气管道均为双层不锈钢管。
  • 发动机可以使用汽油、燃油或两者的组合。
  • 在机动或待命时使用燃油。

注意:

二冲程双燃料船用发动机仍是新产品,但双燃料二冲程发动机的试验和安装已由瓦锡兰而且人黑与白制造商。

液化天然气油轮上的安全

LNG运输船的安全至关重要,LNG储罐必须经过最新海事规则和法规的认证。这些机构包括国际海事组织(IMO)、海上生命安全(SOLAS)和美国航运局(ABB)。

使用LNG作为燃料时需要注意的安全事项

  1. 曲轴箱必须在入口检查前清洗,以确保没有气体困在其中。
  2. 防爆门必须安装在排气歧管上。
  3. 供气管道应采用双层管壁,气管与外管之间的空间应不断清洗至甲板,并不断监测气体泄漏情况。
  4. 燃气泄漏检测仪器将布置在整个机舱内。
  5. 用于净化或燃烧目的的空气吸入点必须远离任何气体供应。
  6. 在怀疑气体泄漏或报警系统运行的情况下,必须关闭燃气供应,并在不失去动力的情况下自动切换到燃油。

网络访问

1.鹰:液化天然气运输船推进系统(ABB)。

2.classnk:四冲程双燃料工作原理。

3.mandieselturbo: 2冲程双燃料工作原理。