ANALYSIS OF POSSIBILITIES OF THE APPLICATION OF DUAL FUEL ENGINES AS A MAIN PROPULSION ON LNG GAS CARRIERS

Podobne dokumenty
ANALYSIS POSSIBILITIES OF COST REDUCTION RELATED TO BOIL-OFF FUEL GAS BEING CARRIED ON LNG GAS CARRIERS

3. BADA IE WYDAJ OŚCI SPRĘŻARKI TŁOKOWEJ

Gazowa pompa ciepła firmy Panasonic

Dr inż. Andrzej Tatarek. Siłownie cieplne

System centralnego ogrzewania

NACZYNIE WZBIORCZE INSTRUKCJA OBSŁUGI INSTRUKCJA INSTALOWANIA

PL B BUP 19/04. Sosna Edward,Bielsko-Biała,PL WUP 03/10 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11)

Egzamin dyplomowy pytania

Grupa bezpieczeństwa kotła KSG / KSG mini

PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA W PILE INSTYTUT POLITECHNICZNY. Zakład Budowy i Eksploatacji Maszyn PRACOWNIA TERMODYNAMIKI TECHNICZNEJ INSTRUKCJA

Uwarunkowania rozwoju miasta

KLASYFIKACJI I BUDOWY STATKÓW MORSKICH

UKŁAD ROZRUCHU SILNIKÓW SPALINOWYCH

PREFABRYKOWANE STUDNIE OPUSZCZANE Z ŻELBETU ŚREDNICACH NOMINALNYCH DN1500, DN2000, DN2500, DN3200 wg EN 1917 i DIN V

Sterowanie maszyn i urządzeń

Nowoczesne systemy regulacji wydajności spręŝarek chłodniczych: tłokowych, śrubowych i spiralnych. Część 1. Autor: Marek Kwiatkowski

LABORATORIUM TECHNOLOGII NAPRAW WERYFIKACJA TULEJI CYLINDROWYCH SILNIKA SPALINOWEGO

PROGRAM I HARMONOGRAM SZKOLENIA Szkolenie akredytowane przez Urząd Dozoru Technicznego, nr akredytacji: F-gazy i SZWO

Rodzaj środka technicznego. Stan techniczny obiektu. Opis działania, przeznaczenie środka technicznego. Podstawa metodologiczna wyceny.

WYMAGANIA KWALIFIKACYJNE DLA OSÓB ZAJMUJĄCYCH SIĘ EKSPLOATACJĄ URZĄDZEŃ, INSTALACJI I SIECI OBJĘTE TEMATYKĄ EGZAMINACYJNĄ W ZAKRESIE ZNAJOMOŚCI:

INSTRUKCJA SERWISOWA. Wprowadzenie nowego filtra paliwa PN w silnikach ROTAX typ 912 is oraz 912 is Sport OPCJONALNY

Dynamika wzrostu cen nośników energetycznych

Zagospodarowanie magazynu

Załącznik Szczegółowy opis przedmiotu zamówienia na CZĘŚĆ II

1 Postanowienia ogólne

Gruntowy wymiennik ciepła PROVENT- GEO

powinna wynosi nie mniej ni dwie rednice nagrzewnicy.

PROJEKT TECHNICZNY INSTALACJA KLIMATYZACJI POMIESZCZEŃ BIUROWYCH

PRZEPISY KLASYFIKACJI I BUDOWY STATKÓW MORSKICH

Metrologia cieplna i przepływowa

INSTRUKCJA OBSŁUGI URZĄDZENIA: HC8201

Metody wyceny zasobów, źródła informacji o kosztach jednostkowych

Pojazd podstawowy AT. łączników w automatycznych. Wymaganie to nie dotyczy następuj. łączników. w: - od akumulatora do układu zimnego startu i wyłą

PRZEDSIĘBIORSTWO ENERGETYKI CIEPLNEJ I GOSPODARKI WODNO-ŚCIEKOWEJ Sp. z o.o.

Spis treści. 5. Kotły Wiadomości wstępne Kotły na paliwa stale Kotły na paliwa ciekłe Kotły na paliwa gazowe 68

REGULAMIN ZADANIA KONKURENCJI CASE STUDY V OGOLNOPOLSKIEGO KONKURSU BEST EGINEERING COMPETITION 2011

POSTĘP TECHNOLOGICZNY A STRUKTURA CZASU PRACY, KOSZTY I EFEKTYWNOŚĆ NAKŁADÓW W TRANSPORCIE WARZYW

Wymagania funkcjonalno użytkowe.

INSTRUKCJA BHP PRZY RECZNYCH PRACACH TRANSPORTOWYCH DLA PRACOWNIKÓW KUCHENKI ODDZIAŁOWEJ.

RZECZPOSPOLITA POLSKA. Prezydent Miasta na Prawach Powiatu Zarząd Powiatu. wszystkie

Demontaż. Uwaga: Regulacja napięcia paska zębatego może być wykonywana tylko przy zimnym silniku.

WZORU UŻYTKOWEGO EGZEMPLARZ ARCHIWALNY. d2)opis OCHRONNY. (19) PL (n) Centralny Instytut Ochrony Pracy, Warszawa, PL

I. Minimalne wymagania. Tool Form s.c. Jacek Sajan, Piotr Adamiak. ul. Pafalu 11, Świdnica, NIP:

POMPA CIEP A SOLANKA - WODA

Właściwości LPG Mizielińska K., Olszak J., Gazowe i olejowe źródła ciepła małej mocy Bąkowski K., Sieci i instalacje gazowe

Czteropompowy zestaw do podnoszenia ciśnienia ZKA35/3-6/4

(13) B1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11)

KARTA INFORMACYJNA PONAR PLAST HR-1600, S/N:06008 OPINIA TECHNICZNA NR 875/AB/09/2013. Wtryskarka

Udoskonalona wentylacja komory suszenia

Innowacyjna gospodarka elektroenergetyczna gminy Gierałtowice

PROCEDURA OCENY RYZYKA ZAWODOWEGO. w Urzędzie Gminy Mściwojów

1.3 Budowa. Najwa niejsze cz ci sk adowe elektrozaworu to:

Numer ogłoszenia: ; data zamieszczenia: OGŁOSZENIE O ZAMÓWIENIU dostawy

DEVELOPMENT TRENDS OF LNG GAS CARRIERS TENDENCJE ROZWOJOWE GAZOWCÓW LNG

Typ dokumentu: specyfikacja techniczna

Badania skuteczności działania filtrów piaskowych o przepływie pionowym z dodatkiem węgla aktywowanego w przydomowych oczyszczalniach ścieków

Zbiorniki hydroforowe

- 70% wg starych zasad i 30% wg nowych zasad dla osób, które. - 55% wg starych zasad i 45% wg nowych zasad dla osób, które

Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów Uniwersytet Warszawski

Urządzenie do odprowadzania spalin

Materiał Standardowy; L50 Średnia szorstkość 1,0 mm. Minimalna grubość materiału 40 mm CE- numer certyfikatu 0036CPD

ZAWARTOŚĆ OPRACOWANIA 1. WSTĘP Podstawa opracowania Cele i zakres opracowania OPIS TECHNICZNY PROJEKTOWANEJ INSTALACJI.

Wymiennik kotła Ekonomik Bio Kowa Dokumentacja Techniczno Ruchowa

ZAPYTANIE OFERTOWE. Nazwa zamówienia: Wykonanie usług geodezyjnych podziały nieruchomości

BAKS Kazimierz Sielski Karczew ul. Jagodne 5. Tel./ fax (022) fax (022) NIP Zapytanie ofertowe.

ZARZĄDZENIE NR 24/2010 Wójta Gminy Pawonków z dnia 30 kwietnia 2010r.

Rodzaj środka technicznego

Wsparcie wykorzystania OZE w ramach RPO WL

Ciepło systemowe na rynku energii w przyszłości skutki pakietu energetyczno-klimatycznego

Objaśnienia wartości, przyjętych do Projektu Wieloletniej Prognozy Finansowej Gminy Golina na lata

ZESPOŁY SPRĘŻARKOWE DO ZASTOSOWAŃ PRZEMYSŁOWYCH I KOMERCYJNYCH. Producent: ARKTON Sp. z o.o. KZBT-1/15-PL

DB Schenker Rail Polska

WYBRANE MODERNIZACJE POMP GŁÓWNEGO OBIEGU PARA-WODA ELEKTROWNI

BILANS CIEPLNY AGREGATU GRZEWCZEGO

Program szkolenia. dla osób ubiegających się o kategorię I lub II. Dzień I. Czynności organizacyjne i rozpoczęcie szkolenia (8:30 9:00)

Kategoria środka technicznego

Adres strony internetowej, na której Zamawiający udostępnia Specyfikację Istotnych Warunków Zamówienia:

USTAWA. z dnia 26 czerwca 1974 r. Kodeks pracy. 1) (tekst jednolity)

Adres strony internetowej, na której Zamawiający udostępnia Specyfikację Istotnych Warunków Zamówienia:

SERI A 93 S E RI A 93 O FLUSH GRID WITHOUT EDGE TAB

oraz nowego średniego samochodu ratowniczo-gaśniczego ze sprzętem ratowniczogaśniczym

Suszenie węgla brunatnego przy użyciu młyna elektromagnetycznego. Krzysztof Sławiński Wojciech Nowak Przemysław Szymanek

Badanie bezszczotkowego silnika prądu stałego z magnesami trwałymi (BLDCM)

Kategoria środka technicznego

Zapytanie ofertowe Instalacja do pirolitycznego przetwarzania (opony i tworzywa sztuczne) z metodą bezpośredniego frakcjonowania

Karta informacyjna dla przedsięwzięcia. Przygotowanie informacji dla realizacji przedsięwzięcia w aspekcie środowiskowym

ZP Obsługa bankowa budżetu Miasta Rzeszowa i jednostek organizacyjnych

PROPOSAL OF ECOLOGICAL PROPULSION FOR SEAGOING SHIPS

Samochody ciężarowe z wymiennym nadwoziem

REGULAMIN PRZEJAZDU. Poniższe postanowienia obowiązują od 1 marca 2012 roku.

Sytuacja dużych i małych źródeł kogeneracyjnych teraz i w przyszłości

NAJWAŻNIEJSZE ZALETY LAMP DIODOWYCH

Aneks nr 8 z dnia r. do Regulaminu Świadczenia Krajowych Usług Przewozu Drogowego Przesyłek Towarowych przez Raben Polska sp. z o.o.

Elektryczne ogrzewanie podłogowe fakty i mity

Korzyści energetyczne, ekonomiczne i środowiskowe stosowania technologii kogeneracji i trigeneracji w rozproszonych źródłach energii

PRAWA ZACHOWANIA. Podstawowe terminy. Cia a tworz ce uk ad mechaniczny oddzia ywuj mi dzy sob i z cia ami nie nale cymi do uk adu za pomoc

Przyłączenie podmiotów do sieci gazowej

Od redakcji. Symbolem oznaczono zadania wykraczające poza zakres materiału omówionego w podręczniku Fizyka z plusem cz. 2.

Inteligentna formuła

Transkrypt:

Journal of KONES Powertrain and Transport, Vol. 15, No. 4 2008 ANALYSIS OF POSSIBILITIES OF THE APPLICATION OF DUAL FUEL ENGINES AS A MAIN PROPULSION ON LNG GAS CARRIERS Mariusz Giernalczyk Katedra Si owni Okr towych Akademia Morska w Gdyni Morska Street 83, 81-225 Gdynia, Poland tel.:+48 58 6109307 e-mail: magier@am.gdynia.pl Abstract Gas carried on LNG carriers is liquefaction gas at ambient pressure and temperature minus 163 C degree is subject to boil - off and cause increase in pressure. This phenomenon makes danger of explosion. The simplest possibility to circumvent the foresail event is to release - liquefied gas to atmosphere. However, the mentioned way causes losses of cargo and air pollution. Method that is more rational is to use boil - off fuel gas as propulsion energy in dual fuel engines. This paper describes exploitation costing of main propulsion on LNG carriers trying to find out the best solution. There are presented fuel gas supply systems as well various types of engines driven by fuel gas. Moreover, author presents further design development of main propulsions of LNG carriers. In the case of cryogenic tankers intensive interest in their purchase is observed. In orders portfolio for the next several years the ships with steam turbine power plant dominate. Is this related with the large exploitation experiences: with possibility of combustion of both vaporized gas (BOF) and heavy fuel in the boilers and with the possibilities of steam utilization to heating means, including liquid fuel gasification. The possibility of the exploitation of a new kind gas ship called LNGRV (RV - regasification vessel) is poised since, which in the large distance from the shore carries out LNG gasification and through several days forces gas to the undersea pipeline. However steam turbine propulsion is characterized by lowest efficiency, among of thermal engines. Whereas thermal efficiency of COGES system is presently higher considering growing power of steam turbines in the system jointed thermodynamically with gas turbines. Keywords: sea transportation, boil - off gas, LNG carriers, dual fuel engines ANALIZA MO LIWOSCI STOSOWANIA DWUPALIWOWYCH SILNIKÓW T OKOWYCH JAKO NAP DU G ÓWNEGO NA GAZOWCACH TYPU LNG Streszczenie Przewo ony statkami naturalny gaz w postaci skroplonej, przy ci nieniu atmosferycznym i temperaturze - 163 o C, na skutek niedoskona ej izolacji ulega odparowaniu, powoduj c wzrost ci nienia i stwarzaj c tym samym zagro enie eksplozji. Celem unikni cia zagro enia wypadku, najprostszym sposobem obni enia ci nienia w zbiorniku jest usuni cie do atmosfery odparowanej cz ci gazu, jednak wi e si to ze znacznymi stratami oraz jest sprzeczne z wymogami ochrony rodowiska. Innym, bardziej racjonalnym sposobem jest wykorzystanie tego gazu jako energii w silnikach nap du g ównego, którymi mog by dwupaliwowe silniki t okowe. Niniejsza praca jest prób analizy ró nych rozwi za, obejmuj cych silniki rednio- i wolnoobrotowe, zmierzaj c do wyboru najbardziej dogodnego pod wzgl dem ekonomicznym. Zawiera opisy instalacji paliwowych obs uguj cych ró ne typy silników nap du g ównego w tym zasilanych gazem, ponadto przedstawia oferty ró nych producentów tych silników. Autor pokazuje tendencje rozwojowe dotycz ce projektowania nowoczesnych gazowców typy LNG. W przypadku zbiornikowców kriogenicznych obserwuje si wzmo one zainteresowanie ich zakupem. W portfelu zamówie na najbli sze lata dominuj statki z nap dem turbin parow. Jest to zwi zane z du ymi do wiadczeniami eksploatacyjnymi: mo liwo ci spalania zarówno odparowanego gazu (BOF) jak i paliwa ci kiego w kot ach oraz mo liwo ciami wykorzystania pary do celów grzewczych, w tym regazyfikacji. Rozwa ana jest bowiem mo liwo eksploatacji nowego rodzaju gazowca nazywanego LNGRV (ang. RV - regasification vessel), który w du ej odleg o ci od brzegu dokonuje regazyfikacji LNG i przez kilkana cie dni wt acza gaz do podmorskiego ruroci gu. Jednak nap d

M. Giernalczyk turbin parow charakteryzuje si najni sz, spo ród silników cieplnych sprawno ci. Natomiast sprawno cieplna systemu COGES jest obecnie wy sza ze wzgl du na rosn c moc turbin parowych w uk adzie skojarzonym termodynamicznie z turbinami gazowymi. S owa kluczowe: transport morski, odparowany gaz naturalny, gazowce LNG, dwupaliwowe silniki t okowe 1. Wst p Do przewozu skroplonego naturalnego gazu ziemnego LNG droga morsk wykorzystuje si statki nazywane gazowcami LNG, zwane te zbiornikowcami kriogenicznymi. Mimo stosowania najnowszych technologii materia owych, przewo ony tymi statkami gaz w postaci skroplonej, na skutek niedoskona ej izolacji ulega odparowaniu, powoduj c wzrost ci nienia i stwarzaj c tym samym zagro enie eksplozji. Celem unikni cia zagro enia wypadku, najprostszym sposobem obni enia ci nienie w zbiorniku jest usuni cie do atmosfery odparowanej cz ci gazu. Jednak takie rozwi zanie problemu zwi zane jest ze znacznymi stratami finansowymi oraz zagra a rodowisku. Podj to wi c prób znacznego ograniczenia ubytków zwi zanych z odparowaniem, poprzez zastosowanie lepszych i grubszych konstrukcji izolacyjnych, co z kolei odbywa si kosztem zmniejszenia obj to ci przewo onego adunku, a wi c tak e stratami przewo nika. Istnieje te mo liwo ponownego skraplania w odpowiedniej instalacji i ponowne skierowanie do zbiorników adunkowych, jednak wi e si to z kolei ze znacznym zwi kszeniem nak adów energetycznych oraz konieczno ci zatrudnienia za ogi do obs ugi tego procesu [2]. Najbardziej racjonalnym sposobem zagospodarowania skroplonej cz ci gazu wydaje si by wykorzystanie do spalania m.in. w spalinowych silnikach t okowych, celem wytworzenia energii do nap du statku. W pracy podj to prób oceny perspektyw zastosowania dwupaliwowych silników t okowych jako nap du g ównego na gazowcach LNG. 2. Wykorzystanie odparowanego gazu do nap du spalinowych silników t okowych Jedn z wielu koncepcji wykorzystania odparowanego gazu jest spalanie w spalinowych silnikach tokowych. Z uwagi na fakt, i ilo odparowanego gazu podczas podró y z adunkiem oraz w czasie podró y bez adunku mo e okaza si niewystarczaj ca do pe nego pokrycia potrzeb silnika, dominuje tutaj koncepcja silników dwupaliwowych. Niekorzystny dla gazu wska nik jego g sto ci wymaga spr ania do ci nienia ok. 25 MPa (silniki wolnoobrotowe), a nast pnie doprowadzenia do specjalnej konstrukcji dwufunkcyjnych wtryskiwaczy. Taki wysokoci nieniowy system mo e by przyczyn zagro e zniszczenia instalacji, dlatego pojawi y si instalacje z podwójnymi ciankami ruroci gów, jednak rednica i ci nienie w ruroci gu gazowym s ograniczone. Istniej tak e silniki rednioobrotowe pracuj ce przy niskim ci nieniu, w których odparowany gaz dostarczany jest do silnika pod niskim ci nieniem, rz du 5 bar do zaworów wlotowych powietrza poszczególnych cylindrów i miesza si z powietrzem w komorze spalania [1, 5, 7]. Silniki rednioobrotowe W najnowszych rozwi zaniach silników dwupaliwowych tej grupy zastosowano oddzielny uk ad do pracy na paliwie ciek ym, oparty na tradycyjnym systemie wtrysku hydraulicznego oraz odr bny uk ad zasilania dawk paliwa pilotuj cego w gazowym trybie pracy, gdzie dawka ciek ego paliwa pilotuj cego wynosi ok. 1%. Silniki te mog by zasilane paliwem lekkim (MGO ang. Marine Gas Oil lub MDO ang. Marine Diesel Oil), paliwem ci kim (HFO ang. Heavy Fuel Oil) oraz odparowanym gazem (BOG ang. Boil Off Gas). Sposób zasilania rednioobrotowych silników dwupaliwowych w trybie gazowym przedstawia Rys. 1. W trybie paliwowym zasilanie niczym nie ró ni si od konwencjonalnego zasilania paliwem silników jednopaliwowych (Rys. 2). 148

Analysis of Possibilities of the Application of Dual Fuel Engines as a Main Propulsion on LNG GAS Carriers Jak pokazuje Rys. 1 w trybie gazowym pracuje zarówno dysza (wtryskiwacz gazowy) dostarczaj cy gaz wraz z adunkiem powietrza, jak i wtryskiwacz paliwowy który wtryskuje pilota ow dawk paliwa. Podczas pracy wy cznie na paliwie ciek ym (Rys. 2) dysza gazowa jest zamkni ta, pracuje jedynie wtryskiwacz zasilany paliwem ciek ym. Przej cie z trybu gazowego na zasilanie wy cznie paliwem ciek ym nast puje p ynnie i jest mo liwe przy dowolnym obci eniu silnika. Przej cie z pracy na paliwie ciek ym do trybu gazowego jest mo liwe przy obci eniu silnika nie przekraczaj cym 80% [6]. Ryc. 1. Sposób zasilania silników rednioobrotowych odparowanym gazem LNG [5] Fig. 1. Gas and pilot fuel system [5] Rys. 2. Zasilanie rednioobrotowego silnika spalinowego paliwem ciek ym [5] Fig. 2. Fuel oil system [5] Schemat instalacji zasilania silnika rednioobrotowego firmy Wartsila gazem przedstawia Rys. 3. System zasilania gazem (Rys. 3) jest ca kowicie zautomatyzowany. Wyst puj tu dwie elektroniczne jednostki steruj ce: ESC (ang. Engine control system) oraz PLC (ang. Plant control system), które wspólnie obs uguj instalacj. System PLC kontroluje urz dzenia instalacji przygotowania odparowanego gazu. Modu ECS steruje zasilaniem silnika gazem oraz dawk wtryskiwanego ciek ego paliwa pilota owego. Instalacja wyposa ona jest w spr arki niskiego ci nienia, gdy nie ma potrzeby spr ania gazu do wysokich ci nie (ci nienie robocze wynosi ok. 5 bar), tak jak w przypadku dwupaliwowych t okowych silników wolnoobrotowych. Jest to kolejny czynnik wp ywaj cy na ca kowit wielko pomieszczenia si owni. W razie 149

M. Giernalczyk niespodziewanego przej cia z zasilania gazowego na paliwo ciek e (np. z powodu awarii instalacji gazowej) a tym samym zamkni cia zaworu steruj cego, modu PLC w celu zapewnienia bezpiecze stwa opró nia instalacj z gazu poprzez otwarcie zaworów wentylacyjnych. Ze wzgl du na d ugo systemu gazowego, producent zaleca monta kilku zaworów odcinaj cych wraz z zaworami upustowymi. W przypadku uszkodzenia ruroci gu modu bezpiecze stwa odetnie uszkodzon sekcj a gaz zostanie wydalony poprzez zawory i instalacje wentylacyjn [6]. Osobnym systemem jest instalacja paliwa ciek ego. Pompy wtryskowe zasilane s w sposób tradycyjny od wa ka rozrz du. Prac silnika zasilanego paliwem ciek ym steruje regulator pr dko ci obrotowej. Wspomniany wcze niej modu ECS steruje jedynie dawk paliwa pilota owego, niezb dnego przy pracy silnika w trybie zasilania gazem. Uproszczony system zasilania silnika firmy Wartsila paliwami ciek ymi przedstawia Rys. 4 [6]. Rys. 3. System zasilania silnika rednioobrotowego gazem [6] Fig. 3. Pure gas supply system [6] Rys. 4. System zasilania silnika Wartsila 50DF paliwem p ynnym wraz z instalacj paliwa pilota owego [6] Fig 4. Wartsila 50DF fuel oil supply system for light and heavy fuel oil [6] 150

Analysis of Possibilities of the Application of Dual Fuel Engines as a Main Propulsion on LNG GAS Carriers Obok bardzo korzystnych wska ników ekonomicznych silniki te uzyskuj tak e ma e warto ci wska ników emisji toksycznych sk adników spalin, spe niaj c bez adnych dodatkowych nak adów wymogi VI Aneksu Konwencji MARPOL 1973/78. Silniki rednioobrotowe dwupaliwowe pracuj najcz ciej w uk adach nap dowych spalinowoelektrycznych (diesel-elekctric). Do wytwarzania energii elektrycznej stosuje si zwykle cztery zespo y pr dotwórcze, za silniki elektryczne przekazuj ce moc na nap d ruby to najcz ciej silniki synchroniczne. Dla statków o zdolno ci przewozowej 140-200 tys. m 3 przewo onego adunku stosuje si najcz ciej uk ady jedno rubowe, dla wi kszych jednostek uk ady dwu rubowe [2]. Oferty producentów silników wraz z podstawowymi ich parametrami przedstawia Tab. 1. Tab. 1. Wybrane parametry rednioobrotowych silników dwupaliwowych ró nych producentów [5] Tab. 1. Technical data of some present dual-fuel engines [5] Producent Typ D [mm] S [mm] Liczba cylindrów P e [MPa] Moc z cylindra [kw] N [obr/min] Deutz TBG 632 260 320 12, 16 1,6 226 1000 MAN 51/60 DF 510 600 L-6, 7, 8, 9 V-2, 14, 16, 18 1,905 975/1000 500/514 Wartsila 32 DF 320 350 6, 9, 12, 18 1,99 350 750 Wartsila 50 DF 500 580 6, 8, 9, 12, 16, 18 2,0 950 500 Spr arkownia Odpowietrzenie Czujnik ci nienia 150 do 265 bar Spr arka A Dolot gazu ze zbiorników T oczenie V stopnia Regulatory ci nienia Zawory odcinaj ce SG nr 1 Spr arka B T oczenie I stopnia Ch odnica SG nr 2 Spalarka nadmiaru gazu Rys. 5. Dwuspr arkowy zespó zasilaj cy typu 6LP250-5S_1[3] Fig. 5. Basic design concept for two compressor units 100% type 6LP250-5S_1[3] Silniki wolnoobrotowe Bezpo redni nap d gazowca LNG wolnoobrotowym, dwupaliwowym silnikiem jest now ofert firmy MAN, która wprowadza na rynek silnik serii ME - GI. Silniki serii ME - GI pozbawione s tradycyjnego mechanicznego uk adu rozrz du. Zarówno praca w trybie gazowym jak i zasilanie paliwem ciek ym jest sterowane elektronicznie. Za doprowadzenie energii do wtrysku paliwa i podniesienia zaworu wylotowego odpowiada system hydrauliczno - 151

M. Giernalczyk elektroniczny. Dzi ki takiemu rozwi zaniu dla ka dego uk adu indywidualnie mo e by dobrana w a ciwa dawka paliwa i powietrza, tak aby zapewni stabiln prac ca ego zespo u. Sterowanie elektroniczne silnika zapobiega ewentualnemu spalaniu stukowemu i niepotrzebnym spadkom obci enia i zapewnia prac silnika z wysok sprawno ci oraz niskimi warto ciami wska ników emisji toksycznych sk adników spalin [7]. Silnik ten mo e by zasilany odparowanym gazem, jednak wymaga on zwi kszonego ci nienia. Aby osi gn sprawno ciepln silnika rz du 50% wymagane ci nienie gazu wynosi 250 bar, Przy ni szych obci eniach silnika ci nienie gazu zmniejsza si liniowo i dla obci enia 30% wynosi ok. 150 bar. Uk ad zasilania silnika gazem wymaga stosowania wysokoci nieniowych spr arek gazu. Przyk ad uk adu spr arek oferowanego przez firm MAN przedstawia Rys. 5. Do zasilania silników odparowanym gazem wykorzystywane s zalecane przez firm MAN wielostopniowe spr arki typu 6LP250-5S 1 zaprojektowane do przet aczania gazu o temperaturze -163 o C i ci nieniu atmosferycznym do wymaganych warto ci ci nie 150-250 bar. Nadmiar podawanego do silnika gazu spalany jest w spalarce (GCU-ang.-Gas Combustion Unit), która w razie potrzeby utylizuje nadmiar podawanego do silnika gazu. Spr ony gaz LNG (F-BOGang.Forced-Boil-Of-Gas) trafia instalacj wysokoci nieniow wyposa on w regulatory ci nienia do silnika [3]. Rys. 6. Zmodyfikowany uk ad zasilania paliwem wolnoobrotowego silnika ME-GI [3] Fig. 6. New modified parts on the ME-GI slow speed engine.[3] Sam wtrysk gazu do komory spalania silnika mo liwy jest dzi ki zastosowaniu w g owicy wtryskiwaczy gazu oraz elektronicznie sterowanego zaworu ELGI (ang. Electronic gas injection) (Rys. 6). Aby zapewni poprawn prac silnika zasilanego gazem niezb dnym wymogiem jest dostarczenie ciek ego paliwa pilotuj cego w ilo ci 5-8% obj to ci. Badania producenta dowiod y, e bez dawki pilota owej silnik pracuje niestabilnie, wyst puje spalanie stukowe, lub brak zap onu. Wynika to m.in. z wy szej temperatury samozap onu oparów gazowych [3]. Silniki ME - GI oprócz systemów stosowanych powszechnie w silnikach serii ME musz by wyposa one w szereg dodatkowych instalacji, do których nale m.in.[4]: - system wentylacji przestrzeni pomi dzy zewn trznymi a wewn trznymi ciankami dwu ciennej instalacji zasilania silnika odparowanym gazem LNG, - system oleju uszczelniaj cego, którego zadaniem jest rozdzielenie wtryskiwanego gazu od dawki paliwa pilota owego, 152

Analysis of Possibilities of the Application of Dual Fuel Engines as a Main Propulsion on LNG GAS Carriers - system kontroli i bezpiecze stwa zasilania silnika odparowanym gazem LNG (PLC) bejmuj cy szereg czujników i analizatorów. G ównym zadaniem systemu jest uruchamianie i odstawianie instalacji zasilania gazowego. W przypadku awarii instalacji system bezpiecze stwa przechodzi na zasilanie wy cznie paliwem ci kim, bez spadku mocy silnika g ównego, - system gazu oboj tnego (IGS) jest cz ci systemu kontroli i bezpiecze stwa zasilania silnika gazem. Jego zadaniem jest oczyszczenie instalacji zasilania silnika g ównego z oparów gazowych. Wolnoobrotowe silniki dwupaliwowe ME - GI mog pracowa w dowolnej konfiguracji zasilania odparowanym gazem i paliwem p ynnym, jednak e najcz ciej pracuj w trybach [3]: Zasilanie wy cznie paliwem p ynnym (fuel-oil-only mode) - tryb ten stosowany jest gdy: - statek podró uje bez adunku, resztki gazu LNG s niewystarczaj ce do zasilania silnika, - ci nienie gazu zasilaj cego jest za niskie, - wyst pi a awaria instalacji zasilania odparowanym gazem, - podczas manewrów portowych (dla zapewnienia wi kszego bezpiecze stwa). Zasilanie silnika gazem z dawk pilota ow paliwa (minimum-fuel mode) - tryb ten wyst puje podczas: - normalnej podró y morskiej gdy ilo odparowanego gazu LNG jest wystarczaj ca do zapewnienia 100% obci enia silnika g ównego. Zasilanie silnika ze wskazan dawk gazu (specified gas mode) - tryb ten ustawiany jest r cznie przez operatora (mechanika) z panelu operacyjnego: - operator mo e indywidualnie dostosowa dawk gazu i paliwa do aktualnych warunków eksploatacyjnych. Wed ug oceny firmy MAN do nap du mniejszych gazowców proponowany jest nap d jedno rubowy z jednym silnikiem typu ME - GI, za dla gazowców o adowno ci powy ej 148 tys. m 3 producent silnika proponuje nap d dwu rubowy, dwoma silnikami w uk adzie 2 x 50%. Przyk ady mo liwych konfiguracji uk adów nap dowych z dwupaliwowymi silnikami wolnoobrotowymi firmy MAN dla ró nej wielko ci gazowców LNG pokazuje Tab. 2 [3]. Tab. 2. Rekomendowane uk ady nap du silnikami dwusuwowymi gazowców o wielko ci 145-270 tys. m 3 Tab. 2. Two - stroke propulsion recommendations for LNG carriers in the range from 145-270 kcum adowno [m 3 ] Rekomendowany uk ad nap dowy Moc nap du [kw] Pr dko Stosunek Spodziewany [w z y] skok/ rednica wzost spr. 145,000-150,000 2 x 6S60ME-GI 2 x 5S65ME-GI 2 x 14,280 2 x 14,350 19-21 3,8 5% 160,000-170,000 2 x 5S70ME-GI 2 x 7S60ME-GI 2 x 16,350 2 x 16,660 19-21 4,0 > 5% 200,000-220,000 2 x 6S65ME-GI 2 x 6S70ME-GI 2 x 17,220 2 x 19,620 19-21 4,2 9% 240,000-270,000 2 x 7S65ME-GI 2 x 7S70ME-GI 2 x 20,090 2 x 21,770 19-21 4,5 > 9% 3. Podsumowanie W przypadku zbiornikowców kriogenicznych obserwuje si wzmo one zainteresowanie ich zakupem. W portfelu zamówie na najbli sze lata dominuj statki z nap dem turbin parow. Jest to zwi zane z du ymi do wiadczeniami eksploatacyjnymi: mo liwo ci spalania zarówno odparowanego gazu (BOF) jak i paliwa ci kiego w kot ach oraz mo liwo ciami wykorzystania pary do celów grzewczych, w tym regazyfikacji. Rozwa ana jest bowiem mo liwo eksploatacji nowego rodzaju gazowca nazywanego LNGRV (ang. RV - regasification vessel), który w du ej 153

M. Giernalczyk odleg o ci od brzegu dokonuje regazyfikacji LNG i przez kilkana cie dni wt acza gaz do podmorskiego ruroci gu. Jednak nap d turbin parow charakteryzuje si najni sz, spo ród silników cieplnych sprawno ci (Rys. 7). Natomiast zamieszczona na wykresie (Rys. 7) sprawno cieplna systemu COGES jest obecnie wy sza ze wzgl du na rosn c moc turbin parowych w uk adzie skojarzonym termodynamicznie z turbinami gazowymi. Bez w tpienia najwy sz sprawno ciepln posiadaj spalinowe wolnoobrotowe silniki t okowe, jak dot d nie wykorzystywane do nap du gazowców LNG. Oferta w tym zakresie dwupaliwowego silnika firmy MAN serii ME - GI wydaje si by ciekaw propozycj. Armatorzy podchodz do tej propozycji z du rezerw z uwagi na brak do wiadcze eksploatacyjnych z takim nap dem. Jedynym dot d silnikiem wolnoobrotowym zasilanym gazem by zastosowany w elektrowni stacjonarnej w Japonii silnik MAN 12K80MC - GI. W ostatnich latach firma MAN podpisa a umow na wyposa enie 45 du ych gazowców LNG budowanych dla programu Qatargas w wolnoobrotowe silniki t okowe sterowane elektronicznie serii ME [5]. B d to nap dy dwusilnikowe, zatem dostawa obejmuje 90 silników (31 statków klasy Q - Flex posiada b dzie silniki 6S70ME - C oraz 14 jednostek klasy Q - Max silniki 7S70ME - C). W ramach tej umowy rozwa a si te mo liwo wprowadzenia na cz ci statków dwupaliwowych silników serii E - GI. Wydaje si wi c, e w najbli szych latach wybór uk adu nap dowego dla nowo - budowanych du ych gazowców LNG ukierunkowany b dzie na dwupaliwowe silniki wolnoobrotowe. Decydowa o tym mog wci rosn ce ceny paliw p ynnych, przy w miar ustabilizowanej cenie gazu. Obecnie na ten wybór wskazuj wska niki ekonomiczne, jednak ostatecznej weryfikacji wyboru dokona do wiadczenie eksploatacji tych nap dów. Sprawno cieplna Gazowce LNG Silniki wolnoobrotowe Silniki rednioobrotowe Turbina gazowa COGES Turbina parowa Moc [MW] Rys. 7. Sprawno ci cieplne ró nych uk adów nap dowych [5] Fig. 7. Thermal efficiencies for the different propulsion options [5] Literatura [1] Ch dzy ski, W., Trendy rozwoju uk adów nap dowych gazowców LNG, Zeszyty Naukowe Nr 10(82) Akademii Morskiej w Szczecinie, IV Mi dzynarodowa Konferencja Naukowo - Techniczna Explo-Ship 2006, pp. 139-150, Szczecin 2006. [2] Giernalczyk, M., Analysis possibilities of cost reduction related to boil-off fuel gas being carried on LNG Gas Carriers (Analiza mo liwo ci redukcji kosztów zwi zanych z odparowaniem przewo onego adunku na gazowcach typu LNG), PAN Journal of KONES Powertrain and Transport, European Science Society of Powertrain and Transport 154

Analysis of Possibilities of the Application of Dual Fuel Engines as a Main Propulsion on LNG GAS Carriers Publication, Warsaw 2007. [3] Linwood, J., Jong-Pil Ha, Kjeld, Aabo, Rene, S., Laursen, LNG Gas Carrier with High - pressure Gas Engine Propulsion Application, GasTech 2006 Dubai, United Arab Emirates. [4] MAN, S70 ME-GI Project Guide, 2 nd Edition, October 2005. [5] Materia y firmowe MAN, Wartsila i inne. [6] Wartsila 32DF, 50DF Technology Reviev. [7] mudzki, S., Perspektywy wykorzystania gazu ziemnego w silnikach okr towych. Zeszyty Naukowe Nr 1(73) Akademii Morskiej w Szczecinie, IV Mi dzynarodowa Konferencja Naukowo - Techniczna Explo-Ship 2006, pp. 517-528, Szczecin 2004. 155