中国修船
CHINASHIPREPAIR
第34卷增刊12021
5
Vol. 34 No. S1May 2021
周迓若
(中船澄西船舶修造有限公司，江苏江阴214433)
摘要：文章介绍了不同类型的船用双燃料发动机及工作原理，着重探讨了电喷柴油低速发动
机改装为双燃料发动机的可行性及主要的工程范围，为大型成晶油轮、化学晶船等具有开敞甲
板，方便加装燃气C 型罐体的相关船型改装、满足排放法规要求提供了技术参考。
关键词：船舶；电喷；柴油低速发动机；双燃料；改造
中图分类号：U672 文献标志码：A doi ：10. 13352/j. issn. 1001 -8328. 2021. S1.004
快艇发动机Abstrac': Dimerent types of maene dual - fud engines and theO working panciples are introduced in this pa-
PC/ The feasibility and main engineering scope of refitting EFI diesd low speed engines into dual - fud engines are discussed. It provides a technicoo referenco f or larea finished oit tankers , chemicoo ships and othar open decks to
facilitate the modification of gas C tanks t 。meet the requirements of emission re/ulations.
Key wordt : ship ； EFI ； diesel low speed engine ； dut fuel ; refit
1工作原理
目前，在船舶动力装置中，采用柴油发动机为 动力的船舶占95%以上，而船舶柴油机的主要缺 陷之一为大气污染，其排放气体的主要成分为
NO %、SO %以及PM 等，虽然现代科学技术已使柴
油发动机的污染排放逐步得到控制，但相应的技术
因其复杂性、可靠性以及经济性，越来越受到多方
面的挑战和影响。一方面，进入21世纪以来，船
舶柴油发动机排放作为空气污染的重要源头已越来 越受到国际社会的重视，为减少船舶造成的空气污 染，国际海事组织(IM0)修订了 MARPOL73/78
公约附则VI 《防止船舶造成空气污染规则》，制定
了严苛的排放标准和实施要求；各国政府也纷纷出
台区域性船舶排放标准。另一方面，清洁能源和新 能源技术的研究与推广不断加快，逐渐演变为一场
能源革命。LNG 作为一种船舶新型能源在降低碳
排放和氮排放方面优势巨大，而且几乎没有硫和 PM 的排放，是一种较理想的清洁能源。因此，采
用LNG 作为船舶动力已成为一些注重社会责任、作者简介：周迓若(1969-)，男，江苏江阴人，研究员级高工, 引领航运业发展趋势的优秀航运公司的重要选择。
LNG 燃料动力船舶是指单纯以LNG 为燃料、
或以LNG 和柴油作为燃料的船舶。根据统计，当 前一些船龄较/J 、的船舶大部分采用柴油高压电喷技
术，在技术上具备进行升级改造为LNG/柴油双燃 料动力系统，从而达到超低排放的法规要求。本文
就柴油电喷低速发动机升级改造为LNG/柴油双燃
料低速发动机的技术做简单介绍。
当前双燃料低速发动机主要分2种不同的类
型， 是采用 高压燃 的 MAN 公司 ME-
GI 双燃料低速机，该机型采用狄塞尔循环，在压
缩冲程终点前，气体燃料采用高压直喷技术喷入,
接着喷入3% -5%的点火柴油，引燃气体燃料, 通过膨胀冲程使气体燃料的化学能转化为机械能输
出。采用高压直喷技术的双燃料低速发动机工作原
理示意图见图1'
此类双燃料低速机在燃气工作模式下NO %排
放还不能完全满足国际海事组织3层次排放标准 (IMOTier3)的要求，因此还需加装选择性催化
原 ( SCR ) 或 排 环 装 置 ( EGR )
大学本科，主要从事舶船建造和修理的工艺设计工作’
2021年增刊1周迓若：船舶电喷柴油低速发动机双燃料系统改造第34卷
（a）扫气/压缩（#）点火油&高压气喷射、燃烧0Q□□
(c)膨胀
料，对MAN公司的ME低速柴油发
机为ME-GI双燃料低速发动机。MAN
ME-GI发动机的双燃料装是将常规的ME
-
C/ME-B的燃和新的燃结合
，改装内容主要：低发动机机械部分
装、LNG相关供装、H
装等。
图1采用高压直喷技术的双燃料低速发动机
工作原理示意图
2低速发动机机械部分改装
能IMO Tier3的排放要求；LNG本身不含硫，因此几乎可以达到SO%的零排放。
另燃料低速发动机则是WinGD的DF 燃料低速机，该机型采用“奥拓”循环模式，燃气采用低压压力（1.6MPa），在压缩冲程的初入，压缩中和新鲜空
分混合，然压缩的终入极少量的点火柴油（1%）引燃燃气，使燃料燃，¥中将燃料化学能为机械能。采用低压预混
的双燃料低速发动机工作原理图见图2。
图2用技术的
工作原理示意图
燃料低速机在燃作模式下的NO%排放能完全IMO Tier3的要求，同可以达到SO%的零排放。
然而，从燃气供气方式分析，低压供式由需要、套上安装燃气供，难以对现有的柴油发动机进行相应的；而采用高压供式的ME-GI或ME-LGI和现有的ME 低速机相比，范围有限，只限
、排等部位，没有牵涉到、套、机架等其区域，因对于运营船上的ME 柴油发动机，为燃料发动机，满足SO%超低排放的要求，具有较高的可行性。
因此，论的电喷柴油低速发动机双燃
与ME电喷发动机相比，ME-GI发动机新增的及主要有：燃、燃、燃单元、密封油泵站及、燃
及安全。
新增的中布置在发动机的区域，原的综合布置需要重新设计，因缸组件、主排组需更换，双燃料低速发
动机的、排组图3。同安装气钵、带蓄压罐的燃单元、燃，并安装及有关液压、、廿放、低压供及燃等所属。
燃气阀
燃气供气通道
（a）汽缸盖组件（！）排气阀组件图3双燃料低速发动机的汽缸盖、排气阀组件
另外，主机组换，新燃
、燃单元等，主机缸头区域的布置需作较大范围的修改，相应区域的平台、上下通道、主排结构等也需作改装，双燃料低速发动机的缸头区域布置图见图4。
图4双燃料低速发动机的缸头区域布置图
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3 LNG 相关供气系统改装
3.1加装LNG 罐体
燃料 装 中，燃通 液态低压储存 型 C 型罐体中，采用C 型 罐体
存LNG 具有保温 效率咼、罐可
的压力、 设计 相对简单等, 积效
和 型储罐相比较低。通 C 型储罐可安装布置
甲板区域，其 可 出排放限制
区（SECA/ECA ）航对燃料消耗量的需求选择。
对于油化船，加装的气罐通常可布置在货仓区 的主甲板区域，气罐的安装需有足够合理的加强和
紧 及需要消除气罐紧 成的应 中。考罐可能 成的结构损坏，还需要
如何阻
。
3.2 LNG 统（FGSS 系统）
为ME-GI 双燃料低速发动机供气是高压
（压30 MPa ） o FGSS
分复杂，按燃气状态
分为LNG 和NG 这2个
，LNG
着重于
燃气加注、储存、 ；而NG/PG
则着重于
供给主辅机使用。FGSS
按区域划分可分
为机舱区域的燃
及机舱外燃气加注、
及加压
等系统。
船级社规范要求，燃供气处理 应布 置在机舱外的处所，燃供 机舱区域应采
用 结构， 外空间应采用
或
通风 燃 成的风险， 设
计布置时应尽量减少 头，通风机及进出风口
布置在机舱处 夕卜，并距生活区至少3 m 夕卜，风
内还需对可燃 浓 行持续检测，确保燃
料供
安全运行。
机舱外燃
燃气加
、蒸发
、高压供应 及 、气、
、
、
加热
等； 其中高压供应
燃料高压 、
、 加
等主要，可按单 行模块
设计，对 、化学品船等，
、
加 等可利用原 行改装布置。
LNG 不同的 下，工作温
，
布置 ， 需要对 有 LNG 分 行应
分析，应 分析需要
到管的重量（ 较
的加 荷），内压力，
缩以及船舶运动
的载荷等，经过热应力分析计算后，才能
LNG
的最终布置。
4电气系统改装
装主要分主机
及外 2方
面，主机 装围绕新增燃 及主机安全系
，需要进行较大范围的加装和对原系统的改装，新
燃 单 （ GACU ）、 燃
安全单
（ GC-
SU ）、供气站控制单元（GPCU ）、供气站安全单元
（GPSU ）等控制单元。ME-GI 发动雌制系统见图5。
________主机接口控制单元
订，曰CUB 』「— EICUA — ACU1
ACU3
ACU2
辅助控制单元
监控屏
主机控制单元
| CCu|n
4 ECU B
CCU 2
ECU A —CCU 1
汽缸控制单元供气站控制单元I 逖
| ® |蹇
燃气汽缸安全单元
1
GPCU
GPSU
!csu%
喷油控制阀
霜
、FIVA »------
燃气控制单元 供气站安全单元
GCSU
喷油器
燃气喷射控制
燃气分配阀
HZL
_常规电喷机电子控制系统
U 」双燃料组合控制
二燃气电子控制系统
燃气安全系统
燃气分配阀控制
I 敢
|匸
i-tf
图5ME-GI 发动机控制系统
安全系统
（下转第15页）
2021年增刊1苏东方，等：舵装置裂纹产生原因分析及修理方案第34卷
可以采用氟弧焊，能够更好地实现应力的传递o
2）修理2：板焊缝裂纹
修理'图5为板焊缝裂纹o
图5挂舵臂底板与舵腔焊缝裂纹
图5可发现，整个的板分，已经无法使用。该裂纹的产生仍是该区域应力高度集中的结果。
对裂纹的修理，因为结构为高强度钢，无法换新，我们只能采用重新焊接或补焊的方法。图6为板焊缝裂纹及修理方图。
修理过程中，首先需碳刨确认裂纹深度，如果裂纹深的一半，则可通过
的补焊方法进行补焊，同加板腔的焊脚并打磨出过渡区，来减少应力的集中。
（上接第12页）
各控制单元的主要功能如下：①GACU。密封压力设定，利用吹除燃气；②GPCU o 启停、风机，燃供气压力设定；③GPCU o 监测燃气供应，，通风，惰及其；④GPSU o监通风，
压力，燃压力，GCSU车；⑤GC-SU o监燃压的压降，点火：射压力，压力（低压缩压力、敲、低爆压），扫压力。
外的则针对燃气装卸、储存、驳运、、温度、压监测、监、惰置换等功能的改装，安装相应的设备、仪
表和单元o除了需安装布置新增设备、单、传感器等，还涉及量电缆托、贯等的安装及电缆的敷设、绑扎和等
（a）焊缝裂纹（b）修理方案
图6挂舵臂底板与舵腔焊缝裂纹及修理方案示意图
如果裂纹的深的一半甚至裂穿，则重新焊需要进行适当的应力消除热处理，同需提醒船方做好，以便的进坞过程中对该区域进行无损探伤，查是否重新出现裂纹。
3结束语
对半和的裂纹修理进行了简单的，总结了舵装置裂纹产生的原因及修理方法。同通过对型裂的分析，可以发现应处的节点设计，对裂纹的预防有较为关键的影响，应船舶设计过程中进行慎重的考o希望通过的能为同装置裂纹的修理提供参考。
收稿日期：2020-09-08
工作，需严格按工艺要求有序施工。
5结束语
全球气候环境日趋恶劣的大背景影响，在国际海事组织的下，出台了对NoxTierlH要求以及SO%排放的要求，其中营运船舶在2019年掀起了加装开式脱硫装置的改装高潮，然而从环境影响，加装开式脱硫装置已受到部分国家域的限制，因采用低硫油和能源将步到业内的重视o对型成品、化学品船而，敞的甲板区域具备加装燃气C型罐体的独特，随着燃气加装站设置日，低廉的燃价格将越来越多的业主选择双燃料的改装，排放法规要求。
收稿日期：2020-09-08
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