En maskinchef, der kører et 6.000 kW firetakts hjælpesæt, har to numre foran sig. Gas er prissat til omkring to tredjedele af brændselsolie med meget lavt svovlindhold på hans rute, og cylinderhovedet, han netop har taget ud af drift, har 12.000 driftstimer på sig med slidte udstødningsventilsæder. Disse to tal forklarer næsten alt om dual fuel-motoren.
Det korte svar er enkelt. En dual fuel-motor er en dieselmotor, der kan køre på gas som hovedbrændstof, ved at bruge en lille mængde flydende brændstof som tændkilde, og som kan skifte tilbage til flydende brændstof, når operatøren har brug for det. Topstykket betyder så meget, fordi gastilstand ændrer trykket, varmeafgivelsen og ventilbelastningen inde i forbrændingskammeret, og hovedet er der, hvor alle tre ankommer. Det følgende dækker de to forbrændingsruter, de reelle omkostninger ved pilotbrændstof, den måde, substitutionsraten falder med belastningen, og de detaljer, der afgør, om et udskiftningshoved overlever gastilstand.
Hvad en Dual Fuel-motor gør anderledes
En dual fuel-motor starter livet som en dieselmotor. Blokken, krumtappen, plejlstængerne og effektniveauet forbliver i samme klasse, og motoren holder kompressionstændingsprincippet, der gjorde diesel pålidelig i første omgang. Det, der ændrer sig, er gasforsyningssystemet, forbrændingskammerets design, kontrolsoftwaren og, ved de fleste firetakts konverteringer, selve cylinderhovedet.
I gastilstand brænder motoren naturgas, og i nogle installationer flydende gas eller methanol, som den vigtigste energikilde. En lille mængde diesel eller skibsgasolie indsprøjtes som pilotbrændstof og giver tændingsenergien. Fordi pilotflammen tænder gas- og luftladningen i stedet for omvendt, holder motoren samme effektivitetsbånd som dieseldrift, mens den næsten ikke producerer svovloxider. Når gasforsyningen afbrydes, eller når fartøjet manøvrerer, og operatøren ønsker øjeblikkelig respons, vender motoren tilbage til dieseltilstand inden for få forbrændingscyklusser.
Operatører vælger dual fuel af tre praktiske grunde. Den første er overholdelse: gastilstand reducerer nitrogenoxider med omkring 85 procent, hvilket opfylder IMO Tier III-grænserne uden en selektiv katalytisk reduktionsenhed. Den anden er omkostningerne: På mange ruter dækker prisforskellen mellem flydende naturgas og brændselsolie med meget lavt svovlindhold de højere kapitalomkostninger til motoren og benzintanken inden for få år. Den tredje er valgfrihed: den samme motor kan brænde det brændstof, markedet og reglerne gør billigst den måned.
For store totakts hovedmotorer indsprøjter en udbredt tilgang gas sent i kompressionsslaget ved højt tryk, hvilket holder den originale dieselforbrændingscyklus intakt og undgår at miste uforbrændt metan til udstødningen.
DONGFANG Cylinderhoved | Reservedele, der er kompatible med MAN Marine dieselmotorer Kompatible modeller: L16/24, L23/30, L23/30H, L28/32A, S26MC, L31, L35MC, S35MC, L50MC-C I. Produktoversigt DONGFANG cylinderhoveder er tredjepartskompatible udskiftnings... Se produkt → Afvejningen ligger på vedligeholdelsessiden. Dual fuel-motorer kræver mere af den øverste ende: mere præcis injektor- og ventiltiming, snævrere tolerancer på tætningsflader og et topstykke, der skal klare to forskellige varmeafgivelsesmønstre i stedet for ét.
To forbrændingsruter, to sæt belastninger
De fleste dual fuel-diskussioner kommer ned til, hvilken cyklus motoren bruger i gastilstand, fordi det valg indstiller gastrykket, pilotbrændstofmængden, metanslipniveauet og belastningerne, der når topstykket.
| Parameter | Lavtryksgastilstand | Højtryksgastilstand |
|---|---|---|
| Forbrændingscyklus | Otto, færdigblandet ladning | Diesel, diffusionsflamme |
| Gasforsyningstryk | Cirka 5 til 6 bar | Omkring 300 til 350 bar |
| Gasadgangspunkt | Indsugningsslag, blandet med luft | Sen kompression, direkte ind i cylinderen |
| Pilot brændstofandel ved fuld last | Omkring 1 pct | Omkring 3 til 5 procent |
| Methan slip | Målbar, højere ved lav belastning | Ubetydelig |
| Kompressionsforhold | Nedre, bankegrænse gælder | Standard diesel niveau |
| Typisk pligt | Firetakts hjælpe- og mellemhastigheds hovedmotorer | Store totakts hovedmotorer |
| Hovedfunktioner at verificere | Gasindgangsporte, hærdede sæder, kølepassager | Gasinjektorboring, ærmepasning, branddæks hårdhed |
Ingen af ruterne er bedre i absolutte tal. Lavtryksruten dominerer firetakts hjælpe- og mellemhastighedsmotorer, hvor gassystemet er enklere og maskinrummet har plads til det. Højtryksruten bruges på store totakts hovedmotorer, hvor metanslip ikke er acceptabelt, og en gaskompressor allerede er en del af installationen.
DONGFANG Cylinderhoved | Reservedele, der er kompatible med Wartsila Marine Diesel En Kompatible modeller: R20, L20, R22, R25, R32 I. Produktoversigt DONGFANG cylinderhoveder er eftermarkedets reservedele af høj kvalitet, der er udviklet og fremstillet uafhængigt... Se produkt → Hvorfor cylinderhovedet bærer mere belastning i gastilstand
Gastilstand hæver det maksimale cylindertryk og ændrer formen på varmefrigivelseskurven, så branddækket, ventilsæderne og ventilhusene oplever en hårdere cyklus, end de ville gøre ved lige dieseldrift. Ved portindsprøjtningskonverteringer bærer hovedet også gastilførselsventiler, hvilket betyder yderligere boringer, yderligere tætningsflader og en anden vej til lækage. Alle, der vil have baggrunden på selve delen, kan læse hvordan et topstykke er bygget og hvad hver overflade gør .
- Ventilsædets hårdhed og sædevinkel, fordi gastilstand kører varmere udstødningsventiler ved delbelastning.
- Ventilholder og føring passer, fordi slidte føringer lader ventilen fejljustere og ødelægge sædet.
- Kølende passage renhed, fordi en delvist blokeret passage bliver til et revnet branddæk.
- Gasindtagsventilboringer på ombyggede motorer, som skal matche specifikationen for ombygningssættet.
Den praktiske konsekvens er, at et erstatningshoved til en dual fuel-motor ikke kan købes på borestørrelsen alene. Motorversionen, gastilstandsklassificeringen og konverteringssættet ændrer alle den tegning, som hovedet skal matche.
Pilot brændstofandel: Hvor meget diesel er der stadig brug for
Pilotbrændstof er den del af brændstofregningen, som operatørerne glemmer, og det er ikke et fast tal. Diagrammet nedenfor viser typiske pilotandele for fem konfigurationer.
Diagrammet viser, hvor meget af den samlede energi, der stadig mangler at komme fra flydende brændstof i fem almindelige konfigurationer. En lavtryks firetaktsmotor ved fuld belastning behøver kun omkring én procent pilotbrændstof, hvorfor operatører behandler gastilstand som næsten fuldstændig gasfyret. Skub den samme motor ned til en kvart belastning, og pilotandelen stiger til omkring otte procent, fordi blandingen bliver for mager til at kunne antændes pålideligt uden mere dieselenergi. Højtryks-totaktsmotorer kører på omkring tre procent ved fuld belastning, og diesel-til-gas eftermontering sidder tæt på fem procent, fordi deres gastilførsels- og kontrolsystemer er mindre præcise end dem i en specialbygget motor. Ved lav belastning kan eftermonteringstallet nå femten procent, hvilket er nok til at ændre brændstofomkostningsberegningen for et skib, der tilbringer lange perioder med at manøvrere i havn.
Substitutionsraten falder, før motoren løber tør for belastning
Substitutionshastigheden er den andel af flydende brændstof, som gas faktisk erstatter, og den er ikke konstant over hele belastningsområdet.
Den røde kurve viser en specialbygget lavtryksmotor med dobbelt brændstof, der holder omkring 40 procent substitution ved kvart belastning og når omkring 95 procent ved fuld belastning. Den blå kurve viser en dieselmotor konverteret til gasdrift, som starter næsten 25 procent ved kvart belastning og stiger til omkring 90 procent ved fuld belastning. Afstanden mellem de to kurver er størst ved dellast, hvilket er præcis der, hvor færger, havnefartøjer og offshore-støttefartøjer tilbringer det meste af deres driftstimer. En flåde, der beregner besparelser ud fra navneskilte ved fuld last, vil overvurdere dem, når arbejdscyklussen domineres af dellast. Det er grunden til, at belastningsprofilen, ikke motormærkningen, skal være afgørende for valget mellem en fabriksmotor med dobbelt brændstof og en ombygning.
Hvad gastilstand gør ved emissioner
Gastilstand sænker alle regulerede forurenende stoffer sammenlignet med drift med flydende brændstof, men ikke med samme margin.
Svovloxider falder med omkring 99 procent, fordi naturgas næsten ikke indeholder svovl, hvilket alene opfylder det globale loft på 0,50 procent og grænserne på 0,10 procent inden for emissionskontrolområder. Partikler falder med omkring 95 procent, og nitrogenoxider falder med omkring 85 procent, nok til at nå Tier III uden nogen efterbehandlingsanordning. Kuldioxid falder kun med omkring 22 procent, fordi den besparelse kommer fra forholdet mellem brint og kulstof i brændstoffet snarere end fra forbrændingsteknologi. Diagrammet viser også, hvorfor gastilstand ofte beskrives som et compliance-værktøj frem for en klimaløsning: kvælstofoxid- og svovlgevinsten er stor og øjeblikkelig, mens kulstofgevinsten er moderat. Efterhånden som reglerne for kulstofintensitet skærpes, hjælper dual fuel-drift en flåde med at forblive kompatibel, men den leverer ikke dyb dekarbonisering alene.
Formålsbygget dobbeltbrændstofmotor eller en konvertering
Begge muligheder kører på gas, men de opfører sig ikke på samme måde, og radarsammenligningen nedenfor scorer dem på tværs af de seks kriterier, som operatører oftest vejer.
De to former scores fra nul til hundrede på tværs af seks kriterier, og en større form er bedre. Den specialbyggede motor fører til brændstoffleksibilitet, nitrogenoxid frihøjde og kuldioxidfordele, fordi dens forbrændingskammer, ventiltiming og kontrolkort blev designet til gas fra starten. Konverteringen scorer højere på eftermonteringsvenlighed, da den holder en eksisterende motor i drift i stedet for at erstatte den, og den forbliver konkurrencedygtig på brændstofomkostningsbesparelser. Det svageste område for begge er komponentlevetid i den øverste del, fordi gastilstand øger spidstrykket og ændrer varmeafgivelsen, så ventilsæder, ventilhuse og topstykkets branddæk arbejder hårdere end ved lige diesel. En konvertering indsnævrer denne margen yderligere, hvorfor udskiftningshoveder til ombyggede motorer altid bør kontrolleres i forhold til gastilstandsspecifikationen i stedet for den originale dieseltegning.
Sourcing cylinderhoveder til en dobbeltbrændstofflåde
Indkøb til dual fuel-motorer er for det meste et matchende problem. Den samme motorfamilie kan eksistere i diesel-, lavtryksgas- og højtryksgasversioner, og cylinderhovedet adskiller sig mellem dem på små, men kritiske måder: Injektormanchetdiameter, ventilsædemateriale, gasindtagsporte og kølepassagelayout. Et hoved, der passer til dieselversionen af en motor, kan fysisk bolte sig på gasversionen og stadig svigte tidligt, fordi materialet og sædets hårdhed aldrig blev specificeret til det højere spidstryk.
Tjeklisten inden bestilling er kort. Bekræft motormodellen og byggeversionen, ikke kun boringen. Bekræft, om motoren kører lavtryks- eller højtryksgastilstand. Bekræft, om hovedet har brug for gastilførselsventilboringer. Bekræft kravet til ventilsædets vinkel og hårdhed. Bekræft derefter leveringstid og lagerposition, fordi et fartøj, der venter på hovedet, er et fartøj, der ikke tjener.
Zhoushan Putuo Dongfang Machinery leverer reservedele til cylinderhovedudskiftning til marinedieselmotorer, der dækker firetakts hjælpe- og mellemhastighedsmotorfamilier, der optræder i gaskonverteringsprojekter såvel som i konventionel dieselservice, herunder 
DONGFANG Cylinderhoved | Reservedele, der 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 udvalget, inklusive enheder til husholdningsdieselmotorer, er opført i katalog med reservedele til cylinderhoved , hvor hver side angiver den motorfamilie hovedet er kompatibelt med.
Det tal, der endeligt afgør, om dual fuel betaler sig, er ikke brændstofspredningen alene, men det øverste vedligeholdelsesinterval bagved. En motor, der kører på gastilstand i 6.000 timer om året, udsætter sit topstykke gennem flere termiske cyklusser end et dieselsæt på samme drift, og hovedet er et forbrugsstof i den aritmetik. Planlægning af udskiftninger omkring motorversionen, gastilstandsspecifikationen og den reelle belastningsprofil holder en dobbeltbrændstofflåde kompatibel og tilgængelig uden at gøre en brændstofbesparelse til en vedligeholdelsesoverraskelse.
