双燃料超大型集装箱船电气设计研究.docx
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1、双燃料超大型集装箱船电气设计研究摘要:考虑到对双燃料船系统掌握冗杂、设计规范要求特别,依据船级社规范关于使用气体燃料船舶相关条款结合双燃料超大型集装箱船23000TEU的实际状况,对电气专业在建筑过程中需要着重考虑的电站功率管理、火气探测、通风供电、应急迫断4个系统提出设计方案,实船验证方案可靠、安全。关键词:双燃料集装箱船;电站功率管理系统;火警安全系统;通风系统;应急迫断系统一般传统燃油动力船舶主机采纳重油或者柴油作为推动燃料,近年来,可以降低船舶运营本钱、提高船舶排放指标的自然气清洁能源成为船东的选择1。燃油和自然气2类燃料具有不同特性,兼用2种类型燃料的船舶从规范要求和掌握原理都比较冗
2、杂,给船舶设计带来了诸多技术难题。2022年6月国际海事组织海上安全委员会通过了使用气体或低闪点燃料船舶国际安全规则(IGFCode)于2022年1月1日生效,规则适用于使用自然气燃料及总吨位大于500的新货船及客船2。23000TEU是目前全球首款采纳双燃料推动的超大型集装箱船,该船的具体设计在规范生效不久后逐步展开。关于双燃料超大型集装箱船设计和建筑,国内没有相关案例可供参考,电气设计难点在于,不仅需要考虑所涉及燃料特性和设备掌握原理,还需要满足将船舶及其船员和环境的风险降到最低的原则。为此,在遵循IGFCode的前提下,提出符合船东要求的设计方案,并针对设计中最为关键的4个方面进行分析。
3、1电站功率管理系统设计双燃料发电机组可以在自然气燃料和燃油燃料2种工作模式下运行,在燃气和燃油模式下由于2类燃料的热值、空燃比等不同,所以在相应模式下对于负荷的加载能力是不一样的3。对于双燃料船舶的电站功率管理系统(powermanage-mentsystem,PMS)必需根据燃气模式的工作原理设计出合理的掌握规律,才能使得发电机机组不会常常性转换至燃油模式,并且保证输出功率不会造成较大波动。11燃气模式下的自动电站功能电站配置为6台AC66kV、60Hz、3PH的Wartsila34DF发电机组,其中2台发电机组额定输出功率为4150kW,另外4台发电机组额定输出功率为3690kW。发电机在
4、燃油模式下启动,运行至合适条件后转为燃气模式。在燃气模式正常运行过程中只有当发生某些特别状况,发电机综合掌握系统接收到燃气脱扣信号后才会发出指令使发电机转换为燃油模式。在对发电机组的使用指南讨论后,对于燃气模式自动转换程序,本船在功率管理系统中进行了如下设置。1)当发电机在燃气模式下运行时,发电机应保证在10%最大功率以上持续运行。2)在燃料转换指令被1台发电机接受之前,必需确保在转换期间其他发电机提供的功率足够使用。这是因为这台发电机可能需要卸载以使得功率降到最高转换功率之下。瓦锡兰建议的转换范围是发电机额定功率的0%80%之间。3)在燃料转换过程中,重载设备发出启动请求信号给自动电站,此时
5、电站不能发出允许启动信号。12燃气模式下的重载问询功能本船配有2台3000kW的艏侧推在进出港口时使用,由于艏侧推电机功率较大,已接近单台发电机的额定功率。假如直接投入船舶电网运行,必定对船舶电力系统造成冲击,引起电网电压波动、频率下降,严重时甚至导致电网瘫痪。所以当船舶电网中有较大负载投入使用时,船级社对于电站功率储备都有明确要求。当该大负载投入使用时,对于电站应首先推断目前电站机组发出的总电功率是否能够供给当前船舶电网上全部的负载(包括即将投入的大负载)并满足肯定的裕量要求。对于工作在燃气模式中的发电机初始加载能力和加载速度都低于燃油模式,每级最大负荷阶跃需要满足031%,31%53%,5
6、3%75%,75%90%,90%100%的加载要求。2种模式下最大瞬态负荷阶跃加载对比见图1。基于以上要求,燃气模式下的重载问询功能设计不仅需要考虑负荷增加的速度不超过燃气模式下最大瞬态负荷阶跃加载限制,而且艏侧推掌握系统应当具有限制螺距改变率的功能。当艏侧推功率接近最大瞬态负荷阶跃加载曲线限制值时,PMS向艏侧推掌握系统发出削减螺距的信号,防止艏侧推电机功率上升过快导致发电机过载停机的状况发生4。通过试航验证,本船在进出港开艏侧推的工况下,发电机组仍旧保持工作在燃气模式下,重载问询掌握程序设计符合使用要求。13燃气模式下的顺序启动功能为保证对重要设备的供电连续性,当发电机恢复供电时,船舶主推
7、动系统的相关泵组会自动启开工作。但是发电机运转初期不允许马上同时突加全部负载,特殊是带有增压器的柴油发电机组,假如突加负载会导致原动机过载停机。所以当备用发电机自动投入后,电源恢复接入的负载应当采纳顺序启动的方式。PMS依据顺序启动负载的重要程度,将关键的顺序启动设备根据时间分级原则预定次序重新起动。一般状况下,发电机组的负载突加不能超过允许的最大瞬态负荷阶跃加载值,在图1已经说明。针对燃气模式突加负荷比燃油模式响应时间更长的特点,不同时间下负载的增加率见图2,需要设计比燃油模式时间分级更为精准的顺序启动程序。本船顺序启动程序设计为7级,每一级的加载的时间和负荷功率均保持在发电机最大瞬态负荷阶
8、跃加载曲线限制范围内,并保证每一级加载发电机瞬时电压降小于额定电压15%。具体顺序启动电压降计算见表1。2火气安全系统设计作为使用自然气燃料的货船,IGFCode对于指定区域的火警探测器配置要求进行了阐述。法国船级社在NR529规范中5,针对这些条款进行了更为具体的说明。1)单一感烟火警探测器认为缺乏以快速探测到火源,易熔塞被视作可接受的快速探测火源的方式。基于以上规范要求,本船在燃气处理间(fuelgashandlingroom,FGHR)、燃料舱连接间(tankconnectionspace,TCS),加注站(bunkeringsta-tion),都配置有本安型的感烟型探测器及易熔塞。由于
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