Aprovechando BOG al máximo

Nov 08, 2023

Por Jack Burke01 de noviembre de 2017

Desde que MAN Diesel & Turbo introdujo su concepto de combustible dual con inyección de gas (GI), la compañía ha pedido más de 200 motores ME-GI hasta la fecha. El motor ME-GI de dos tiempos se instala para la propulsión en buques de gas natural licuado (GNL), buques de gas licuado de petróleo (GLP) y buques portacontenedores.

Con distintos tipos de embarcaciones, el motor ME-GI puede estar expuesto a diferentes calidades de gas según el proveedor de combustible y la posición del combustible. En los buques de GNL, la calidad del gas combustible también variará dependiendo del momento específico del viaje del barco, por ejemplo, si está cargado o lastrado.

"Uno de los beneficios de la combustión tipo diésel utilizada en el ME-GI es la capacidad del motor de dos tiempos de funcionar con casi cualquier calidad de gas combustible sin una disminución o una disminución limitada de la eficiencia", dijo René Sejer Laursen, gerente de promoción. , motores bicombustible ME-GI/LGI, MAN Diesel y Turbo. "Por lo tanto, el motor ME-GI no es vulnerable a la calidad del gas ni a los bajos niveles de metano y las detonaciones no suponen ningún riesgo".

Al operar el motor ME-GI en tres modos diferentes, se proporciona un alto grado de flexibilidad de combustible, afirmó la compañía. El modo de combustible dual maximiza el uso de gas combustible y reduce el consumo de aceite piloto al mínimo, mientras que el modo de gas combustible permite operar con casi cualquier mezcla de gasóleo y gas. En el otro extremo del espectro, también está el modo de fueloil puro.

La capacidad de los motores para cambiar entre gas y fueloil pesado permite a los propietarios cambiar de combustible cada vez que un buque ingresa a un puerto o a una zona restringida de emisiones. Según la empresa, los motores ME-GI pueden mantener una alta eficiencia sin ningún deslizamiento de metano durante cambios de carga o variaciones en las condiciones del aire ambiente.

MAN Diesel & Turbo ha desarrollado una gama de sistemas de suministro de gas combustible (FGSS) para facilitar el funcionamiento del motor, centrándose en la fiabilidad y las soluciones FGSS de coste optimizado tanto para buques metaneros como para buques alimentados con GNL. Con motores ME-GI de dos tiempos y motores auxiliares de cuatro tiempos a bordo, el FGSS debe poder proporcionar presiones de gas variables para los motores. El ME-GI requiere gas combustible a alta presión (HP), es decir, 300 bar a 45ºC, mientras que un grupo electrógeno de cuatro tiempos DF de MAN Holeby requiere gas combustible a baja presión (LP) a aprox. 6 bar de 0° a 60ºC.

Los buques de GNL suelen tener una gran cantidad de gas de ebullición (BOG) y la última solución de MAN Diesel & Turbo se centra en utilizar y equilibrar la cantidad de BOG de la forma más económica, tanto desde el punto de vista de los gastos de capital como de funcionamiento. Para un buque alimentado con GNL, se instala un tanque de combustible de GNL que se adapta al consumo de combustible del motor principal y de los motores auxiliares.

Si observamos el FGSS de un buque metanero, los cambios en el BOG son de gran importancia para el diseño del sistema. MAN Diesel & Turbo ha desarrollado como estándar, FGSS una solución combinada, donde como primera variante un compresor de cinco etapas suministra gas a alta presión al motor ME-GI y gas combustible a baja presión a los motores DF. El gas a baja presión se extrae de la segunda etapa de los compresores.

Un segundo componente principal de este sistema es el sistema de unidad de bomba vaporizadora (PVU) recientemente introducido por la compañía, que puede suministrar gas a alta presión al motor ME-GI. Los componentes principales del módulo PVU de elevación única son tres bombas de GNL de alta presión accionadas hidráulicamente, un sistema vaporizador compacto a base de glicol, válvulas de seguridad e instrumentación y filtros para el GNL y el glicol. También se incluye un sistema de control preparado para motores ME-GI con integración del PVU.

Un tercer sistema incluido en el FGSS para buques metaneros es un sistema de relicuación parcial. Los componentes principales del proceso de relicuación son una caja fría que recibe el gas a alta presión después del compresor de cinco etapas y un tambor flash desde el cual alrededor del 70% del GNL regresa al tanque de GNL. La cantidad restante se devuelve desde la caja fría como una corriente de gas de 1 bar a la primera etapa del compresor. La caja fría es en principio un intercambiador de calor, donde el exceso de gas combustible caliente a 300 bar se enfría y se expande a través de dos válvulas Joule-Thomson a gas a 1 bar.

"Las combinaciones operativas de estos tres sistemas dependen del tipo de barco, el patrón de viaje y el diseño técnico del barco", dijo Sejer Laursen. "De hecho, el sistema proporciona un alto grado de flexibilidad de combustible y total redundancia en el funcionamiento con gas".

Para los motores alimentados con GNL para propulsión y generación de energía, MAN Diesel & Turbo ofrece y suministra un sistema de suministro de gas combustible, que difiere del sistema propuesto para los buques de GNL.

La estrategia de diseño aquí es que el propietario puede optar por operar con GNL desde un tanque de combustible si esto es económico o operar con un combustible líquido como fueloil pesado (HFO) si es más económico en un momento dado.

Volviendo a los buques metaneros, el FGSS en este caso tiene un sistema PVU con una bomba de alta presión y un vaporizador de GNL que suministra 300 bar de gas al motor principal. El FGSS consta de un compresor de cinco etapas que, como en el caso anterior, suministra gas GNL a 300 bar al motor ME-GI y gas combustible a 6 bar a los motores auxiliares. La diferencia con el primer FGSS para los buques metaneros es que este sistema puede proporcionar una relicuefacción no parcial, sino total, del GNL y devolver el líquido al tanque de GNL. Esta solución ofrece total flexibilidad de combustible para el operador.

Una parte importante del sistema es la caja fría. Dado que en este caso no será necesario el funcionamiento con gas, la caja fría está sostenida por un circuito de nitrógeno que proporciona refrigeración a la caja. El sistema permite la relicuefacción completa del combustible GNL, lo que permite el funcionamiento completo con un combustible de petróleo líquido, si así se prefiere.

El compresor de cinco etapas utilizado es una unidad de velocidad fija Burckhardt Compression Laby-GI con sellos de laberinto en las primeras tres etapas de LP y sellos de anillo en la cuarta y quinta etapas de HP. Toda la carcasa del compresor está diseñada con una carcasa de compresor única y hermética y el engranaje del cigüeñal equilibrado está diseñado para minimizar la vibración.

Para aquellos que requieren una redundancia total en la entrega de BOG, se ha propuesto un sistema simplificado y optimizado en costos basado en dos compresores de gas combustible que omite la bomba criogénica y el vaporizador. El compresor Laby-GI utilizado aquí tiene un rango de 150 a 300 bar. En caso de volumen bajo de BOG, una bomba de GNL en el tanque y un vaporizador pueden suministrar el gas al compresor.

MAN Diesel & Turbo, junto con Burckhardt Compression, ha desarrollado un FGSS simple para buques metaneros propulsados ​​por ME-GI, así como para otros buques propulsados ​​por ME-GI, para reducir los costos iniciales. Para ello, Burckhardt Compression ha desarrollado una solución de diseño de compresor CT-D basada en la tecnología de pistón troncal.

El diseño puede contribuir a una reducción tangible del capital para el sistema de propulsión completo en comparación con los sistemas basados ​​en los compresores Laby-GI.

"En una instalación múltiple de compresores CT-D, por ejemplo en el caso de cuatro unidades compresoras CT-D en paralelo, cada unidad tiene dos compresores accionados por un motor eléctrico común", dijo Sejer Laursen. "La aplicación de múltiples compresores abre interesantes opciones de redundancia parcial".

Para permitir que el suministro de aceite lubricante para los compresores de la instalación funcione correctamente, se utiliza calor del lado de escape de los compresores para calentar el gas de admisión a los compresores.

“También vemos un mercado para nuestras unidades ME-GI para buques de GNL de tan solo 30 m3, donde dos compresores CT-D que utilizan BOG, y complementados con una bomba de GNL y un vaporizador, proporcionan el combustible gaseoso de 300 bar que requiere el motor. ”, dijo Sejer Laursen.

En el futuro, MAN Diesel & Turbo utilizará la toma de fuerza (PTO) de las unidades de propulsión ME-GI para lograr un funcionamiento más respetuoso con el medio ambiente. La toma de fuerza se utiliza durante la operación del buque, excepto para maniobras en puertos, cuando se utilizan grupos electrógenos auxiliares más pequeños. Uno de los grupos electrógenos podría ser de combustible dual y funcionar con GNL o MGO. Una segunda unidad podría funcionar con HFO o gasóleo marino (MGO).

"Vemos un futuro en el que nuestra PVU será la principal fuente de combustible gaseoso para el motor principal y, si es necesario, para las unidades auxiliares", afirmó Sejer Laursen. "Para controlar el BOG en el tanque de GNL, podemos utilizar un pequeño compresor CT-D para proporcionar 300 bar en paralelo con la PVU, si es necesario para el control del BOG".