En sjefsingeniør som kjører et 6000 kW firetakts hjelpesett har to tall foran seg. Gass er priset til omtrent to tredjedeler av brennolje med svært lavt svovelinnhold på ruten, og sylinderhodet han nettopp har tatt ut av drift har 12 000 driftstimer på seg med slitte eksosventilseter. Disse to tallene forklarer nesten alt om dual fuel-motoren.
Det korte svaret er enkelt. En dual fuel-motor er en dieselmotor som kan kjøre på gass som hoveddrivstoff, med en liten mengde flytende drivstoff som tennkilde, og som kan bytte tilbake til flytende drivstoff når operatøren trenger det. Sylinderhodet betyr så mye fordi gassmodus endrer trykket, varmeavgivelsen og ventilbelastningen inne i forbrenningskammeret, og hodet er der alle tre kommer. Det som følger dekker de to forbrenningsrutene, de reelle kostnadene for pilotdrivstoff, måten substitusjonsraten faller med belastningen, og deldetaljene som avgjør om et erstatningshode overlever gassmodus.
Hva en Dual Fuel-motor gjør annerledes
En dual fuel-motor starter livet som en dieselmotor. Blokken, veivakselen, koblingsstengene og effekten holder seg i samme klasse, og motoren holder kompresjonstenningsprinsippet som gjorde diesel pålitelig i utgangspunktet. Det som endres er gassforsyningssystemet, forbrenningskammerdesignet, kontrollprogramvaren og, på de fleste firetaktskonverteringer, selve sylinderhodet.
I gassmodus brenner motoren naturgass, og i noen installasjoner flytende petroleumsgass eller metanol, som hovedenergikilde. En liten mengde diesel eller marin gassolje injiseres som pilotdrivstoff og gir tenningsenergien. Fordi pilotflammen tenner gassen og luftladningen i stedet for omvendt, holder motoren samme effektivitetsbånd som dieseldrift mens den produserer nesten ingen svoveloksider. Når gasstilførselen avbrytes, eller når fartøyet manøvrerer og operatøren ønsker øyeblikkelig respons, går motoren tilbake til dieselmodus i løpet av noen få forbrenningssykluser.
Operatører velger dual fuel av tre praktiske grunner. Den første er samsvar: gassmodus reduserer nitrogenoksider med omtrent 85 prosent, som oppfyller IMO Tier III-grenser uten en selektiv katalytisk reduksjonsenhet. Den andre er kostnadene: På mange ruter dekker prisgapet mellom flytende naturgass og fyringsolje med svært lavt svovelinnhold de høyere kapitalkostnadene til motoren og bensintanken i løpet av få år. Den tredje er valgmuligheten: den samme motoren kan brenne det drivstoffet markedet og regelverket gjør billigst den måneden.
For store totakts hovedmotorer injiserer en mye brukt tilnærming gass sent i kompresjonsslaget ved høyt trykk, noe som holder den originale dieselforbrenningssyklusen intakt og unngår å miste uforbrent metan til eksosen.
DONGFANG Sylinderhode | Reservedeler som er kompatible med MAN Marine dieselmotorer Kompatible modeller: L16/24, L23/30, L23/30H, L28/32A, S26MC, L31, L35MC, S35MC, L50MC-C I. Produktoversikt DONGFANG sylinderhoder er tredjeparts kompatible erstatnings... Se produkt → Avveiningen ligger på vedlikeholdssiden. Dual fuel-motorer krever mer av toppen: mer presis injektor- og ventiltiming, strammere toleranser på tetningsflater, og et sylinderhode som må takle to forskjellige varmefrigjøringsmønstre i stedet for ett.
To forbrenningsruter, to sett med belastninger
De fleste dual fuel diskusjoner kommer ned til hvilken syklus motoren bruker i gassmodus, fordi det valget setter gasstrykket, pilotdrivstoffmengden, metanslipnivået og belastningene som når sylinderhodet.
| Parameter | Lavtrykksgassmodus | Høytrykksgassmodus |
|---|---|---|
| Forbrenningssyklus | Otto, ferdigblandet ladning | Diesel, diffusjonsflamme |
| Gassforsyningstrykk | Ca 5 til 6 bar | Omtrent 300 til 350 bar |
| Gass inngangspunkt | Inntaksslag, blandet med luft | Sen kompresjon, direkte inn i sylinderen |
| Pilot drivstoffandel ved full last | Omtrent 1 prosent | Omtrent 3 til 5 prosent |
| Metanslip | Målbar, høyere ved lav belastning | Ubetydelig |
| Kompresjonsforhold | Nedre, bankegrense gjelder | Standard dieselnivå |
| Typisk plikt | Firetakts hjelpemotorer og middels hastighet hovedmotorer | Store totakts hovedmotorer |
| Hodefunksjoner for å verifisere | Gassåpninger, herdede seter, kjølepassasjer | Gassinjektorboring, hylsepassning, branndekkehardhet |
Ingen av rutene er bedre i absolutte termer. Lavtrykksruten dominerer firetakts hjelpe- og mellomhastighetsmotorer, hvor gasssystemet er enklere og maskinrommet har plass til det. Høytrykksruten brukes på store totakts hovedmotorer, der metan slip ikke er akseptabelt og en gasskompressor allerede er en del av installasjonen.
DONGFANG Sylinderhode | Reservedeler som er kompatible med Wartsila Marine Diesel En Kompatible modeller: R20, L20, R22, R25, R32 I. Produktoversikt DONGFANG sylinderhoder er reservedeler av høy kvalitet som er uavhengig utviklet og produsert... Se produkt → Hvorfor sylinderhodet bærer mer belastning i gassmodus
Gassmodus øker toppsylindertrykket og endrer formen på varmefrigjøringskurven, slik at branndekket, ventilsetene og ventilhusene ser en hardere syklus enn de ville gjort ved rett diesel. Ved portinjeksjonskonverteringer bærer hodet også gasstilførselsventiler, noe som betyr ekstra boringer, ekstra tetningsflater og en andre vei for lekkasje. Alle som vil ha bakgrunnen på selve delen kan lese hvordan et sylinderhode er bygget og hva hver overflate gjør .
- Ventilsetehardhet og setevinkel, fordi gassmodus kjører varmere eksosventiler ved dellast.
- Ventilhus og føring passer, fordi slitte føringer lar ventilen feiljustere og ødelegge setet.
- Rengjøring av kjølepassasjen, fordi en delvis blokkert passasje blir til et sprukket branndekke.
- Gasstilførselsventilboringer på ombygde motorer, som må samsvare med spesifikasjonen for konverteringssettet.
Den praktiske konsekvensen er at et erstatningshode for en dual fuel-motor ikke kan kjøpes på borestørrelsen alene. Motorversjonen, gassmodusvurderingen og konverteringssettet endrer alle tegningene som hodet må matche.
Pilot drivstoffandel: Hvor mye diesel er fortsatt nødvendig
Pilotdrivstoff er den delen av drivstoffregningen som operatørene glemmer, og det er ikke et fast tall. Diagrammet nedenfor viser typiske pilotandeler for fem konfigurasjoner.
Diagrammet viser hvor mye av den totale energien som fortsatt må komme fra flytende drivstoff i fem vanlige konfigurasjoner. En lavtrykks firetaktsmotor ved full last trenger bare omtrent én prosent pilotdrivstoff, og det er grunnen til at operatører behandler gassmodus som nesten fullstendig gassfyrt. Skyv den samme motoren ned til en kvart belastning og pilotandelen stiger til omtrent åtte prosent, fordi blandingen blir for mager til å antennes pålitelig uten mer dieselenergi. Høytrykks totaktsmotorer kjører på rundt tre prosent ved full belastning, og diesel-til-gass-ettermontering sitter nær fem prosent fordi gasstilførsels- og kontrollsystemene deres er mindre presise enn de til en spesialbygget motor. Ved lav last kan ettermonteringstallet nå femten prosent, noe som er nok til å endre drivstoffkostnadsberegningen for et fartøy som tilbringer lange perioder med å manøvrere i havn.
Substitusjonsfrekvensen faller før motoren går tom for belastning
Substitusjonshastigheten er andelen flytende drivstoff som gass faktisk erstatter, og den er ikke konstant over belastningsområdet.
Den røde kurven viser en spesialbygd lavtrykksmotor med to drivstoff som holder omtrent 40 prosent substitusjon ved kvart belastning og når omtrent 95 prosent ved full belastning. Den blå kurven viser en dieselmotor konvertert til gassdrift, som starter nær 25 prosent ved kvart belastning og klatrer til omtrent 90 prosent ved full belastning. Avstanden mellom de to kurvene er størst ved dellast, som er akkurat der ferger, havnefartøyer og offshore støttefartøyer tilbringer mesteparten av driftstimene. En flåte som beregner besparelser fra tall på navneskilt ved full last, vil overvurdere dem når driftssyklusen domineres av dellast. Det er grunnen til at belastningsprofilen, ikke motorens karakter, bør styre valget mellom en fabrikkmotor med to drivstoff og en konvertering.
Hva gassmodus gjør med utslipp
Gassmodus senker alle regulerte forurensninger sammenlignet med flytende drivstoffdrift, men ikke med samme margin.
Svoveloksider faller med rundt 99 prosent fordi naturgass nesten ikke inneholder svovel, som alene tilfredsstiller den globale grensen på 0,50 prosent og grensene på 0,10 prosent i utslippskontrollområder. Svevestøv faller med omtrent 95 prosent, og nitrogenoksider faller med omtrent 85 prosent, nok til å nå Tier III uten noen etterbehandlingsanordning. Karbondioksid faller med bare rundt 22 prosent, fordi besparelsen kommer fra forholdet mellom hydrogen og karbon i drivstoffet i stedet for fra forbrenningsteknologi. Diagrammet viser også hvorfor gassmodus ofte beskrives som et complianceverktøy snarere enn en klimaløsning: Nitrogenoksid- og svovelgevinsten er stor og umiddelbar, mens karbongevinsten er moderat. Etter hvert som reglene for karbonintensitet skjerpes, hjelper dobbel drivstoffdrift en flåte med å holde seg kompatibel, men den leverer ikke dyp dekarbonisering alene.
Formålsbygd dobbel drivstoffmotor eller en konvertering
Begge alternativene kjører på gass, men de oppfører seg ikke på samme måte, og radarsammenligningen nedenfor scorer dem på tvers av de seks kriteriene som operatørene oftest veier.
De to formene er scoret fra null til hundre på tvers av seks kriterier, og en større form er bedre. Den spesialbygde motoren fører til brenselfleksibilitet, nitrogenoksidhøyde og fordeler med karbondioksid, fordi forbrenningskammeret, ventiltiming og kontrollkart ble designet for gass fra starten. Konverteringen scorer høyere på ettermonteringsvennlighet, siden den holder en eksisterende motor i drift i stedet for å erstatte den, og den forblir konkurransedyktig på drivstoffkostnadsbesparelser. Det svakeste området for begge er komponentens levetid, fordi gassmodus øker topptrykket og endrer varmeavgivelsen, slik at ventilseter, ventilkasser og branndekket på sylinderhodet jobber hardere enn ved rett diesel. En konvertering begrenser den marginen ytterligere, og derfor bør erstatningshoder for konverterte motorer alltid kontrolleres mot gassmodusspesifikasjonen i stedet for den originale dieseltegningen.
Innkjøp av sylinderhoder for en dobbel drivstoffflåte
Innkjøp av dual fuel-motorer er stort sett et matchingsproblem. Den samme motorfamilien kan eksistere i diesel-, lavtrykksgass- og høytrykksgassversjoner, og sylinderhodet er forskjellig mellom dem på små, men kritiske måter: injektorhylsediameter, ventilsetemateriale, gassinntaksporter og kjølepassasjeoppsett. Et hode som passer til dieselversjonen av en motor kan fysisk bolte seg på gassversjonen og fortsatt svikte tidlig, fordi materialet og setehardheten aldri ble spesifisert for det høyere topptrykket.
Sjekklisten før bestilling er kort. Bekreft motormodellen og byggeversjonen, ikke bare boringen. Bekreft om motoren kjører lavtrykks- eller høytrykksgassmodus. Bekreft om hodet trenger hull i gasstilførselsventilen. Bekreft kravet til ventilsetevinkel og hardhet. Bekreft deretter ledetid og lagerposisjon, fordi et fartøy som venter på et hode er et fartøy som ikke tjener.
Zhoushan Putuo Dongfang Machinery leverer reservedeler for sylinderhodet til marine dieselmotorer, og dekker firetakts hjelpe- og mellomhastighetsmotorfamilier som vises i gasskonverteringsprosjekter så vel som i konvensjonell dieselservice, inkludert 
DONGFANG Sylinderhode | Reservedeler som er kompatible med Daihatsu Marine Diesel En Kompatible modeller: DL-20, DL-22, DL-26, DL-28, DL-32, 5DK-20, 6DK-20, DK-28, DS-26, PS-26H (D), DC-17, DE-18 Se produkt →
Hele utvalget, inkludert enheter for innenlandske dieselmotorer, er oppført i katalog med reservedeler for sylinderhode , hvor hver side angir motorfamilien hodet er kompatibelt med.
Tallet som til slutt avgjør om dual fuel lønner seg, er ikke drivstoffspredningen alene, men toppvedlikeholdsintervallet bak. En motor som kjører gass i 6000 timer i året, setter sylinderhodet gjennom flere termiske sykluser enn et dieselsett på samme drift, og hodet er et forbruksmateriale i den aritmetikken. Planlegging av utskiftninger rundt motorversjonen, gassmodusspesifikasjonen og den reelle lastprofilen holder en dobbel drivstoffflåte kompatibel og tilgjengelig uten å gjøre en drivstoffbesparelse til en vedlikeholdsoverraskelse.
