BOGを最大限に活用する

ジャック・バーク著2017年11月01日

MAN Diesel & Turbo は、ガス インジェクション (GI) 二元燃料コンセプトを導入して以来、これまでに 200 基を超える ME-GI エンジンを発注してきました。 2 ストローク ME-GI エンジンは、液化天然ガス (LNG) 船、液化石油ガス (LPG) 船、コンテナ船の推進用に設置されています。

船舶の種類が異なると、ME-GI エンジンは、バンカーの供給元やバンカリングの位置に応じて、さまざまなガス品質にさらされる可能性があります。 LNG 運搬船では、燃料ガスの品質は、船の航海の特定の時点 (積み込み時やバラスト時など) によっても変動します。

「ME-GIで利用されているディーゼル式燃焼の利点の1つは、2サイクルエンジンが効率の低下をまったく、または限定的に低下させることなく、ほぼあらゆる燃料ガス品質で動作できることです」とプロモーションマネージャーのルネ・セジャー・ローセン氏は述べています。 、二元燃料 ME-GI/LGI エンジン、MAN ディーゼル & ターボ。 「したがって、ME-GI エンジンはガスの品質やメタン濃度の低さに対して脆弱ではなく、ノッキングが危険を引き起こすこともありません。」

ME-GIエンジンを3つの異なるモードで動作させることにより、燃料の高度な柔軟性が提供されると同社は述べた。 二元燃料モードは燃料ガスの使用を最大限に高め、パイロットオイルの消費量を最小限に抑えますが、燃料ガスモードでは燃料油とガスのほぼすべての混合物での運転が可能です。 その対極に、純粋な燃料油のみのモードもあります。

ガス燃料と重油を切り替えるエンジンの機能により、所有者は船舶が港や排出制限区域に入港するたびに燃料を切り替えることができます。 同社によれば、ME-GIエンジンは、負荷の変化や周囲の空気条件の変化中にもメタンスリップを起こすことなく高効率を維持できるという。

MAN Diesel & Turbo は、LNG 運搬船と LNG 燃料船の両方に対する信頼性とコストが最適化された FGSS ソリューションに重点を置き、エンジンの動作を容易にする一連の燃料ガス供給システム (FGSS) を開発しました。 2 ストローク ME-GI エンジンと 4 ストローク補助エンジンの両方を搭載した FGSS は、エンジンにさまざまなガス圧力を提供できなければなりません。 ME-GI は高圧 (HP) 燃料ガス、つまり 45°C で 300 bar を必要としますが、MAN Holeby の DF 4 ストローク発電機セットは約 300 bar の低圧 (LP) 燃料ガスを必要とします。 0° ～ 60°C で 6 bar。

通常、LNG 船は豊富なボイルオフガス (BOG) を保有しており、MAN Diesel & Turbo の最新ソリューションは、資本支出と操業支出の両方の観点から、最も経済的な方法で BOG の量を使用し、バランスを取ることに重点を置いています。 LNG燃料船には、主機と補機の燃料消費量に合わせたLNG燃料タンクが設置されています。

LNG 船の FGSS を見ると、BOG の変更はシステム設計にとって非常に重要です。 MAN Diesel & Turbo は、標準として FGSS が開発した複合ソリューションを備えています。最初のバリエーションとして、5 段コンプレッサーが ME-GI エンジンに高圧ガスを供給し、DF エンジンに低圧燃料ガスを供給します。 低圧ガスはコンプレッサーの第 2 ステージから取り出されます。

このシステムの 2 番目の主要コンポーネントは、同社が最近導入したポンプ気化ユニット (PVU) システムで、ME-GI エンジンに高圧ガスを供給できます。 シングルリフト PVU モジュールの主なコンポーネントは、3 台の油圧駆動の高圧 LNG ポンプ、コンパクトなグリコールベースの気化器システム、安全弁、LNG とグリコール用の計器類とフィルターです。 また、PVU の ME-GI エンジン統合用に用意された制御システムも含まれています。

LNG 船用の FGSS に含まれる 3 番目のシステムは、部分再液化システムです。 再液化プロセスの主なコンポーネントは、5 段圧縮機の後の高圧ガスを受け取るコールド ボックスと、LNG の約 70% が LNG タンクに戻されるフラッシュ ドラムです。 残りの量はコールドボックスから 1 bar のガス流としてコンプレッサーの第 1 段に戻されます。 コールドボックスは原理的には熱交換器であり、300バールの温かい余剰燃料ガスが冷却され、2つのジュールトムソンバルブを介して膨張して1バールのガスになります。

「これら 3 つのシステムの運用の組み合わせは、船舶の種類、航海パターン、および船舶の技術的なレイアウトによって異なります」と Sejer Laursen 氏は述べています。 「このシステムは実際、燃料の高度な柔軟性とガス運用における完全な冗長性を提供します。」

MAN Diesel & Turbo は、推進用および発電用の LNG 燃料エンジンに対して、LNG 船用に提案されているシステムとは異なる燃料ガス供給システムを提案および供給しています。

ここでの設計戦略は、所有者が経済的である場合には燃料タンクからの LNG で動作するか、または特定の時点でより経済的である場合には重燃料油 (HFO) などの液体燃料で動作するかを選択できるというものです。

LNG 運搬船の話に戻りますが、この場合の FGSS には、高圧ポンプとメイン エンジンに 300 bar のガスを供給する LNG 気化器を備えた PVU システムが搭載されています。 FGSS は 5 段コンプレッサーで構成されており、前のケースと同様に、300 バールの LNG ガスを ME-GI エンジンに供給し、6 バールの燃料ガスを補助エンジンに供給します。 LNG 船用の最初の FGSS との違いは、このシステムが LNG を部分的ではなく完全に再液化し、液体を LNG タンクに戻すことができることです。 このソリューションは、オペレーターに燃料の完全な柔軟性を提供します。

システムの重要な部分はコールドボックスです。 この場合、ガスで動作する必要がないため、コールド ボックスはボックスを冷却する窒素ループによってサポートされます。 このシステムは LNG 燃料の完全な再液化を可能にし、これが望ましい場合には液体石油燃料での完全な運転を可能にします。

使用される 5 段コンプレッサーは、最初の 3 つの LP 段にラビリンス シール、4 番目と 5 番目の HP 段にリング シールを備えた Burckhardt Compression Laby-GI 固定速度ユニットです。 コンプレッサー ケーシング全体は単一の気密コンプレッサー ケーシングで設計されており、バランスのとれたクランク ギアは振動を最小限に抑えることを目的としています。

BOG 供給の完全な冗長性が必要な場合には、極低温ポンプと気化器を省いた 2 台の燃料ガス圧縮機をベースとした簡素化されコストが最適化されたシステムが提案されています。 ここで使用される Laby-GI コンプレッサーの範囲は 150 ～ 300 bar です。 BOG の量が少ない場合は、LNG タンク内ポンプと気化器がガスをコンプレッサーに供給できます。

MAN Diesel & Turbo は、Burckhardt Compression と共同で、初期コストを削減するために、ME-GI 駆動の LNG 船および他の ME-GI 駆動の船舶用のシンプルな FGSS を開発しました。 この目的のために、Burckhardt Compression はトランク ピストン技術に基づいた CT-D コンプレッサー設計ソリューションを開発しました。

この設計は、Laby-GI コンプレッサーをベースとしたシステムと比較して、推進システム全体の目に見える資本削減に貢献できます。

「CT-D コンプレッサーを複数設置する場合、たとえば 4 台の CT-D コンプレッサー ユニットを並列に設置する場合、各ユニットには共通の電気モーターで駆動される 2 台のコンプレッサーがあります」と Sejer Laursen 氏は述べています。 「複数のコンプレッサーを適用すると、興味深い部分冗長性のオプションが開かれます。」

設備のコンプレッサーへの潤滑油の供給が適切に機能するように、コンプレッサーの排気側からの熱を利用してコンプレッサーへの吸入ガスが加熱されます。

「また、当社の ME-GI ユニットは、30 立方メートルほどの小型の LNG 運搬船向けの市場も見込んでおり、BOG を使用する 2 台の CT-D コンプレッサーと、LNG ポンプおよび気化器を補完することで、エンジンに必要な 300 バールのガス燃料を供給します。 」とセイジャー・ローセンは語った。

MAN Diesel & Turboは、将来的にはME-GI推進ユニットからのパワーテイクオフ（PTO）を使用して、より環境に優しい運転を実現すると述べた。 PTO は、小型の補助発電機セットが使用される港内での操縦を除き、船舶の運航中に使用されます。 発電機セットの 1 つは、LNG または MGO で動作する二元燃料である可能性があります。 2 番目のユニットは HFO または船舶用ガスオイル (MGO) で動作する可能性があります。

「当社のPVUが主エンジンの主なガス燃料源となり、必要に応じて補助装置の燃料源となる未来が見えています」とSejer Laursen氏は語った。 「LNG タンク内の BOG を制御するために、BOG 制御に必要な場合は、1 台の小型 CT-D コンプレッサーを使用して PVU と並列に 300 bar を提供できます。」