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GCU and plug system

更新時間:2022-09-01 14:47:03點擊次數:979次
相關介紹

NG3

PLUG(Power Generation during Loading and Unloading)

PLUG ,源自于法國,是一種創新的海岸電力電纜管理系統,早在2011年就被引入市場,以提供一個4.5 MVA 11 kVolt的海岸電力連接在奧斯陸的Color Magic ROPAX客滾船上安裝應用,隨后應用到整個整個Color Line ROPAX船隊,以及提供給挪威西海岸的HurtigrutenHavila ROPAX船隊。PLUG的主要設計特點是,它是世界上第一個完全“放手(hands off )”的岸電連接解決方案,提供了一個安全、有效的替代基于手動連接器的解決方案。一旦船到達泊位,船員只需滑出一根橫梁(在碼頭上方),它是連接到船側的電源插座,然后降低一根鏈向碼頭側的連接器鏈條的末端裝有一個自動鉤,一旦它被插入并鎖定到碼頭側的連接器中,就可以提升它,以及連接到它上的電力電纜,朝向船側的插座。當它進入船側插座時,簡單的機械操作就使電源交換觸點對準,當鏈條進一步升起時,建立連接。通過這種自配對/去配對的專利連接器技術,避免了直接處理連接器和電纜,操作可以由一個機組人員在幾分鐘內完成。除了在安全和運營成本方面的明顯好處外,在這一資源短缺和減少船舶碳排放壓力的時期,值得指出的是,這項技術帶來了巨大的環境收益和經濟效益。減少了人工岸電連接用時長所造成主付機的無畏的燃料消耗和噪音對人身潛在安全的影響。無論船舶靠港停留時間長短均可快速對接安裝使用。

PLUG的應用對象主要是傳統、混合動力或電力推進的船舶如客滾船,郵輪等。



GCU在LNG船上的應用



以前采用蒸汽輪機做推進系統的LNG船,從液貨艙蒸發出來的過多的汽化氣BOG在鍋爐內燒掉,產生過多的蒸汽泄放到冷凝器;新一代LNG船采用雙燃料發動機電力推進或帶再液化裝置的低速柴油機推進。這些新型的推進系統在正常操作或備用狀態下需要具有處理過多汽化氣的能力,而這些過多汽化氣BOG不能以安全和環境友好的方式作為燃料使用或通過液化裝置處理掉,所以需要特殊的設備即氣體燃燒裝置(Gas Combustion Unit)來處理過多的汽化氣BOG。

當船舶進出港口機動航行或者在錨地時,船需要的推進功率較少,這時雖然液貨艙的壓力保持在承受的范圍內,但是這些汽化氣超過了推進系統的需要,為了處理這些汽化氣,避免液貨艙內壓力升高,需要考慮以下兩種方法:


1)船上安裝再液化裝置,把汽化氣液化后再送回液貨艙。


2)在滿足安全和環境方面的規范要求下,通過船上安裝的氣體燃燒裝置來處理掉過多的汽化氣,從安全和環境方面考慮,LNG不能直接排放到大氣中,因為甲烷氣體的溫室效應明顯高于CO2.



GCU 除了用于在正常操作時處理推進系統過多的蒸發氣,它必須也要處理液貨艙內過多的蒸發氣,避免液貨艙內壓力過高。


NG3

ECOFLARE GCU Gas Combustion Unit)

介紹

當汽化氣體無法滿足船舶的能源需求時,作為釋放液貨艙壓力的最后手段,氣體燃燒裝置(GCU)是燃油電力液化天然氣運輸船的強制要求。這同樣適用于未來的LNG燃料船舶,如集裝箱運輸船、郵輪或ROPAX,如目前行業正在編制的LNG燃料船舶氣體規范,如果所選的LNG燃料箱技術,如膜式或棱柱式燃料箱,不兼容15天的壓力積累。與液化天然氣燃料船舶相比,以液化天然氣為燃料的船舶GCU的主要區別在于:

-需要處理的汽化氣BOG(Boil Off Gas)流量將大大減少:通常少于1噸/小時,而不是3到4噸/小時,因為液化天然氣罐的尺寸要小得多;

-可用于該設備的空間將是稀缺的,而噪音和排氣溫度的限制將更加嚴格。

為了應對這一挑戰,作者提出了一種全新的小型化ECOFLARE GCU技術,本文將介紹:

--ECOFLARE的主要設計特點;

--ECOFLARE對于船廠的效益;

--ECOFLARE對于船東的效益;

--ECOFLARE對于液化天然氣燃料船舶的效益;


ECOFLARE關鍵技術

ECOFLARE基于以下數量非常有限的優化組件:

--一種創新的燃燒器技術,使燃燒分布在整個燃燒室的中心部分,減少燃氣和空氣的壓力下降。

--一種創新的燃燒室技術,采用排氣煙囪作為外部包絡,在系統運行時由金屬燃燒室保護,在兩側主動冷卻,避免了對高溫耐火材料的需要。

創新的送風單電機風扇技術提供了高效率,同時創新的滑動系統提供了備份能力,符合船級社的要求。

下圖概述了ECOFLARE組件的安排

燃燒室呈圓柱形,與排氣煙囪相似,其下端與風扇連接,風扇提供所需的空氣,首先用于燃燒BOG汽化氣,其次用于冷卻相應的熱氣體。電機風扇通過甲板下方的大截面進風道從外部吸入環境空氣。


風扇安裝在一組輪子和軌道上,因此,如果出現故障,它可以側移,并隨時更換備用的。

燃燒器與煙囪同心,與燃燒室一樣,且位于廢氣煙囪底座的水平面上。它由一組坡道組成,坡道的幾何形狀經過優化,使燃燒擴散到整個入射氣流的橫截面上。

這些坡道的氣體來自氣閥機構。燃燒器被設計為有超過1 - 10的調節,同時提供一個低的氣體壓降,當BOG壓縮機不運行時,以“自由流動模式”處理汽化氣BOG。從機械上講,燃燒器懸浮在燃燒室中,以便在熱膨脹時提供一定的靈活性。

燃燒器周圍的燃燒室在內部被來自風扇的一層新風冷卻,在外部被來自外部的二次氣流冷卻,二次氣流通過煙囪底座的開口并被主氣流吸入(文丘里Ventury)效應。二次風從外面吹來,通過燃燒室外殼的一組大百葉,然后,通過排氣煙囪的底部和燃燒器甲板之間的空間。

根據船級社要求,燃燒室配備了一套高能電氣點火器和自檢火焰探測器,以及一套兩個溫度傳感器,監測煙囪出口的排氣熱氣體溫度。這兩個傳感器可以從外殼的頂部甲板上進行維護。

控制流向燃燒器的氣流的氣體閥系位于燃燒器甲板上。其主要組成部分包括:

-一種氣體流量調節閥,其開啟由船舶自動系統直接驅動,以處理船舶發動機不使用的多余汽化氣BOG;

-自動關閉閥,一旦不再需要燃燒BOG就會關閉氣流;

-手動隔離閥,允許維護操作;

-一套溫度和壓力指示器和傳感器來監測BOG入口條件

軸向風扇是由一個變速電機直接驅動的,并安裝在一組車輪上,該車輪運行在固定在GCU甲板上的一對軌道上。葉輪直徑與燃燒室下開口相同,可帶來兩個好處:

-由于葉輪和燃燒室之間沒有限制,風機效率高;

-氣流均勻地沿整個燃燒器區域均勻分布。




GCU甲板上的一個圓形開口允許風扇通過一個大的橫截面風道直接從外部吸入新鮮空氣,以減少壓力降。風扇和燃燒室之間的密封性由柔性橡膠密封件提供。

為了降低功耗和噪音,風扇葉輪直接由一個變速電機以低速驅動。葉輪采用輕復合結構,以減少慣性,并允許快速啟動瞬態從備用模式到全功率操作。



根據船級社要求,提供一個備用風扇,當風扇運行失敗時,可用燃燒室前的電動機構滑動進行更換。

風扇甲板還可容納:

-一個控制指揮平臺,機組人員可以從那里通過一個人孔進入燃燒室的內部。該人孔配有一個端口孔,使機組人員可以從同一位置監控GCU C&C機柜,并目視檢查燃燒器和風扇的運行情況。該平臺還提供了點火器和火焰探測器的維護通道;

-一個備用電機風扇電機;

-電機風扇電源機柜。

一個控制指揮平臺,機組人員可以從那里通過一個人孔進入燃燒室的內部。這個檢修孔配有一個孔孔,所以工作人員可以從相同的位置。

為了便于容易和安全的對燃燒器的燃燒室進行維護操作,可以在備用風扇上安裝一個可拆卸的柵網平臺。一旦完成,這個風扇可以側滑到燃燒室下面。機組人員可以通過燃燒室人孔進入該平臺并進行維護。

通過這種方法,避免了在GCU運行時,一個永久平臺將產生的壓降。


燃燒和稀釋空氣通過一個大的進氣口直接從外部進入風扇,這是船后外殼結構的一部分。這種空氣也可以容納一個備用的風扇葉輪。

對于船廠的益處

ECOFLARE比以前的GCU設計更緊湊LE了30%。這減少了周圍的鋼結構工作,以容納GCU,并允許安裝這個單元在機艙排氣模塊的最頂部,與主發動機的排氣管平行。這使得GCU下面有額外的空間可以安裝其他設備,如應急發電機、應急泡沫系統等。


船廠的一個主要的額外節省是大大減少了部件數量(通常比以前的設計少兩到三倍),減少了安裝工作量和進度。

對于船廠的另一個好處是減少了專門用于GCU安裝的甲板部件的數量和空間。對于ECOFLARE,需要一個單獨的房間,來容納電機風扇,并容納控制命令及電源機柜。

對于船東的益處

對船東來說,ECOFLARE帶來了幾個主要的好處。首先,當GCU沒有燃燒任何氣體,可降低電機的功耗,通常電機必須在幾秒鐘內完成時,它才能準備就緒。在這種模式下,變速電機風扇以非常低的速度運行,通常是其最大速度的10%,這意味著可以忽略的功消耗(通常比以前設計的功率少0倍)和噪音。如果需要燃燒多余的BOG出現,由于葉輪的慣性低,從備用到全容量模式,可以在幾秒鐘內完成。

此外,ECOFLARE在維護成本方面具有優越的好處:部件數量非常有限,使用全靜態燃燒器和直接驅動風扇電機(不更換電機風扇皮帶)減少了相應的維護活動。

對于船員來說,ECOFLARE,除了更少的維護,意味著更低的噪音,因為整個系統低壓降低了電機風扇運行,電機風扇運行相比以前的設計可以在更低的速度和較低的輸入功率。

LNG燃料船的ECOFLARE

對于需要較少BOG處理能力的液化天然氣燃料船舶,可以相應地縮小ECOFLARE尺寸,允許在主機排氣空間上部內實現整個系統安裝。



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