ME-GI, LGI and FGSS Update
Niels B. Clausen
Senior Manager
EELEE/Engine and System Application
Marine Two-Stroke, Engineering
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
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1
>
ME-GI and ME-LGI Gas Technologies
開発の歩み
Nakilat LNGC向けME-GI
現代重工でのデモ運転
三井造船でのデモ運転
メタノール焚きの初
海上運転
レトロフィット
三井造船でのエタン焚き
主機開発及び実機運転
TOTE Maritime向け主
機出荷
ME-GIデモ＠DRC
TEEKAY LNG向け
主機出荷
2011 2012 2013 2014
MAN Diesel & Turbo
メタノール焚き
ME-LGIの開発
2016
2015
Niels B. Clausen
LPG焚きME-LGI
の開発
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
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2
>
ME-GI, LGI and FGSS Update
内容
1
二元燃料焚きのコンセプト
2
ME-GI デザインアップデート
3
ME-LGI デザインアップデート
4
ME-GI 燃料ガス供給システム – 最新提案
5
ME-GI 燃料ガス供給システム – コスト削減の取組み
6
結論
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
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3
>
ME-GI and ME-LGI Gas Technologies
二元燃料焚きのコンセプト
燃料物性値
燃料
Methane
Ethane
Methanol
LPG*
Diesel
噴射時密度 (kg/m3)
194
440
814
562
860
噴射圧力 (bar)
300
380
550
600
800
低発熱量 (LCV) (MJ/kg)
50.0
47.5
19.9
46.3
42.7
沸点（大気圧） (°C)
-162
-89
64
-42
180-360
46
49
82
43
435
噴射時動粘度 (cSt)
0.12
0.17
0.67
0.29
2.5-3.0
噴射時体積弾性率 (MPa)
78.4
373
1,419
820
1,550
極わずか
極わずか
No
極わずか
Max. 2%
臨界圧力 (bar)
硫黄分
*Values are based on pure propane
代替燃料と二元燃料焚きのコンセプト
機関型式
燃料タイプ
ME-GI
Methane
ME-GIE
Ethane
ME-LGIM
Methanol
ME-LGIP
LPG
Yes
Yes
Yes
Yes
MDO/HFO
MDO/HFO
MDO/HFO
MDO/HFO
燃料供給圧力 (bar)
300
380
10
50
Tier III SCR/EGR 対応可否
Yes
Yes
Yes
Yes
二元燃料の可能性
パイロット油
MAN Diesel & Turbo
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November 2016
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4
>
ME-GI and ME-LGI Gas Technologies
ME-GIとME-LGIの比較
ME-GIとME-LGIの主な違いは
ガス燃料噴射及び ガス燃料供給システム
ME-GI:
ME-LGI:
• 高圧ガス供給システム
• 低圧燃料供給システム
• コモンレール式燃料噴射
• 従来重油燃料弁と似たようなコ
ンセプト
• 必要な燃料噴射圧力
300bar (ﾒﾀﾝ) - 380 bar (ｴﾀﾝ)
• 燃料ガス: ﾒﾀﾝ, ｴﾀﾝ
• 必要な燃料噴射圧力 500 – 600
bar
• 燃料: ﾒﾀﾉｰﾙ, ｴﾀﾉｰﾙ, LPG, DME
MAN Diesel & Turbo
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ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
5
>
ME-GI, LGI and FGSS Update
内容
1
二元燃料焚きのコンセプト
2
ME-GI デザインアップデート
3
ME-LGI デザインアップデート
4
ME-GI 燃料ガス供給システム – 最新提案
5
ME-GI 燃料ガス供給システム – コスト削減の取組み
6
結論
MAN Diesel & Turbo
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ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
6
>
ME-GI and ME-LGI Gas Technologies
重油焚き主機と同等な安定燃焼
熱発生を左右するのは:
 燃料噴射率
 空気との混合
初めの予測:
 性能, 熱効率, 排ガス (NOx, CO, HC) は重油
焚き主機と同じ挙動を示す:
 Turbocharging
 Miller/Atkinson timing
 Etc.
 燃料組成により一部の排出物も低減される
実証済
MAN Diesel & Turbo
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ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
7
>
ME-GI and ME-LGI Gas Technologies
ME-GI エンジンは ディーゼルサイクル燃料
4T50ME-X テストエンジン
での噴射及び燃焼の安定性:
 500 回連続サイクルの解析結
果
 ガスモードでは若干優れたサ
イクル毎の安定性（重油モー
ドと比較）
実証済
MAN Diesel & Turbo
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ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
8
>
ME-GI and ME-LGI Gas Technologies
ME-GI 開発: Engine Control System & Safety
General design decisions and concepts:
 機関室はガスフリー
 ME機関にガス焚き用部品をアドオン
 重油運転はガス運転失敗しても保証される
 機関室内のガス安全は機関制御システムで担う
 制御と安全は別々のハードウェアで管理
 燃焼過程を常時監視
 ガス系統の一つの異常発生で ガスシャットダウ
ン （重油運転継続）
 異常に対するガスシャットダウン機能 有
 ガス噴射弁へのインターロック機能 を持った
Window弁有
実証済
MAN Diesel & Turbo
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ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
9
>
ME-GI and ME-LGI Gas Technologies
ME-GI 開発: 重油運転からガス運転への切替
重油からガスへの切替
 初期の陸上運転でエア噛みによる切替失敗
 油圧系統に低圧ブースタポンプを追加
 悪天候でも完璧な切替
 悪天候での操縦安定
実証済
MAN Diesel & Turbo
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ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
10
>
ME-GI and ME-LGI Gas Technologies
ME-GI 開発: 設計変更
これまでの設計変更:
 ガス噴射弁 – アトマイザー
 ガス噴射弁 – スロットルバルブ
 ガス噴射弁 – シール
 ガス圧力検知センサー
 ウィンドウ弁 – シール
 ガスブロックの逆止弁
MAN Diesel & Turbo
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ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
11
>
ME-GI and ME-LGI Gas Technologies
ME-GI 開発: G70ME-C-GIのガス噴射弁アトマイザー
将来のため新しい開発:
 短いアトマイザー かつ/或いは 複合材料アトマイザー
 新しい素材
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
12
>
ME-GI and ME-LGI Gas Technologies
ME-GI Ethane – 性能試験結果
ME-GI エタン焚き性能試験:
 メタン焚きのデザインを踏襲
 スモークを削減するためガス供給圧力増加
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
13
>
ME-GI and ME-LGI Gas Technologies
ME-GI Ethane – 性能試験結果
ME-GI エタン焚き性能試験:
 メタン焚きのデザインを踏襲
 スモークを削減するためガス供給圧力増加
 三井でガス供給システム設備の設置及び調整
 ISOタンクにバンカリングし、日本へ輸送
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
14
>
ME-GI and ME-LGI Gas Technologies
ME-GI Ethane – 性能試験結果
ME-GI エタン焚き性能試験:
 メタン焚きのデザインを踏襲
 スモークを削減するためガス供給圧力増加
 三井でガス供給システム設備の設置及び調整
 ISOタンクにバンカリングし、日本へ輸送
 予想通りの試験結果が得られた
 運転初期は排ガススモークが課題
 三元燃料焚き主機関誕生
（重油/メタン/エタン）
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
15
>
ME-GI, LGI and FGSS Update
内容
1
二元燃料焚きのコンセプト
2
ME-GI デザインアップデート
3
ME-LGI デザインアップデート
4
ME-GI 燃料ガス供給システム – 最新提案
5
ME-GI 燃料ガス供給システム – コスト削減の取組み
6
結論
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
16
>
ME-GI and ME-LGI Gas Technologies
ME-LGI Methanol – 開発の歩み
LGI デモイベント
at MDT 4T50ME-X
型式承認 at MES 4S50ME-T9
三井テストエンジン
4S50ME-T9
Sea trial MNS Taranaki Sun
テスト at MDT 4T50ME-X
テスト at HHI 6G50ME-B9.3
テスト at MES 7S50ME-B9.3
Sea trial HMD Lindanger
Celebration at MES
Sea trial HMD Mari Jone
Sea trial HMD Leikanger
2015
MAN Diesel & Turbo
2016
Niels B. Clausen
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
17
>
ME-GI and ME-LGI Gas Technologies
ME-LGI Methanol – 最新情報
最新情報:
 計7台主機の陸上運転完了
 計1200時間の就航実績が得
られた
 FBIVの動きが良好、その他
油圧部品の状態も良い
 初めてのメタノール運転を乗
組員自身で実施した
 広い範囲でのフォローアップ
がこれから実施される
Plunger
Cut-off shaft
Atomiser
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
18
>
ME-GI and ME-LGI Gas Technologies
ME-LGI Methanol – 就航船のフォローアップ 一例
現状:
対策:
オリジナル配管設計は複雑
メタノール吸入弁の設計変更によって、不
要な油圧配管を省略できる
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
19
>
ME-GI and ME-LGI Gas Technologies
ME-LGIP: LPG 噴射弁 FBIV-Hybrid – デザイン
LPG噴射弁とガスブロックを装備したシリンダカバー
バルブコントロールブロック:
 ELFI弁 (ブースター制御)
 ELGI弁 (噴射タイミング)
 油圧アキュムレーター
 作動油及びシールオイルの取合
LPG inlet
LPG return
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
20
>
ME-GI and ME-LGI Gas Technologies
なぜ燃料としてLPGを考えるか?
なぜ燃料としてLPGを考えるか?

LPGは世界中で使用されている

SOx環境規制に適する ( Max. 0.1 % S分 )

燃料費の低減が期待できる ( MGOより安価 )

SOx スクラバーより初期コスト安い

将来の燃料油価高騰がありうる

レトロフィットが容易

燃料のバンカリング費用及び時間が削減できる
※カーゴタンクから燃料が取れる場合
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
21
>
ME-GI and ME-LGI Gas Technologies
ME-LGIP: LPG 噴射弁 FBIV-Hybrid
作動過程:
1) FBIVにLPG燃料が供給される
2) 吸入弁が開き、LPG燃料がブースタ
チャンバーに充填される
LPG inlet
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
22
>
ME-GI and ME-LGI Gas Technologies
ME-LGIP: LPG Injection Valve FBIV-Hybrid
作動過程:
3) LPGの充填圧力で、プラン
ジャーを上に押し戻す
4) 吸入弁が閉まる
LPG inlet
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
23
>
ME-GI and ME-LGI Gas Technologies
ME-LGIP: LPG Injection Valve FBIV-Hybrid
作動過程:
5) ELFI弁にて作動油を送り、プラン
ジャーを下に押し出す
Non-return valve
Closed
6) LPGがブースタチャンバーの中で
昇圧される
7) 逆止弁が閉まっている
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
24
>
ME-GI and ME-LGI Gas Technologies
ME-LGIP: LPG Injection Valve FBIV-Hybrid
作動過程:
Non-return valve
Open
8) 燃料圧力が上昇し、逆止弁
が開けられる
9) LPG がcut-off shaftに至るま
で加圧される
10) Cut-off shaft 閉まっている
11) LPGの噴射準備完了
Cut-off shaft
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
25
>
ME-GI and ME-LGI Gas Technologies
ME-LGIP: LPG Injection Valve FBIV-Hybrid
作動過程:
12) 油圧でcut-off shaft スピンドルを
上昇させる
そして…
13) LPGが噴射される
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
26
>
ME-GI and ME-LGI Gas Technologies
ME-LGIP: LPG 供給システム概略
Vent
HC
Knockout
Standard single-walled piping
Double-walled piping, ventilated
Drum
Vent
Vapour return
Liquid return
Tank example
Constant
recirculation
New purge/return
system
Service tank
LS
LPG SFSS
LPG FVT
LPG@18bar & amb.
temp.
MeOH FVT, illustration courtesy of Eltronic
Second Fuel
Fuel Valve Train
Supply System
LPG cargo tank
Deck
Air supply 7 bar
N2 Purging
SFSS example
LPG supply
pressure 50 bar
@45 ±10 °C.
 指定条件でLPGを供給する  パージの際になるべく液状態でLPGを回収
 燃料再循環することで安定した温度を確保
 可変高圧ポンプ
 燃料タンクの中/外設置でき  コンパクトなFVT
るような低圧ポンプ
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
ME-GI, LGI and FGSS Update
GVT, illustration courtesy of Eltronic
SFSS, illustration courtesy of Alfa Laval
November 2016
<
27
>
ME-GI, LGI and FGSS Update
内容
1
二元燃料焚きのコンセプト
2
ME-GI デザインアップデート
3
ME-LGI デザインアップデート
4
ME-GI 燃料ガス供給システム – 最新提案
5
ME-GI 燃料ガス供給システム – コスト削減の取組み
6
結論
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
28
>
ME-GI Fuel Gas Supply System
就航船不具合
漏れチェックの難しさ
LNG及びガス配管から出てきた異物
MAN Diesel & Turbo
破損したGVTフィルタ
Niels B. Clausen
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
29
>
ME-GI Fuel Gas Supply System
対策
燃料ガス仕様
フラッシング要領/spool pieces
窒素ブースター
OR
Gas filter
MAN Diesel & Turbo
GVT pre-filter
Slow-opening block
Niels B. Clausen
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
30
>
ME-GI Fuel Gas Supply System
燃料ガスクリーンニング
最大粒子サイズだけでなく、フィルタ位置についてのガイドラインが発行された:
ガイドライン:
少なくとも下記3ヶ所のうち1ヶ所に10 μフィルタ
が推奨される:
- バンカリングライン (“bunkering filter”)
- ポンプのサクションライン(“LP filter”)
- 気化器の下流側 (“HP filter”)
LNG Tank
要求:
FGSSのサプライヤーが FGSSの出た後10μ
以上の粒子が供給ガス中から除去されたこと
を確認しなければならない
FGSS
GVT
20 ミクロン安全フィルタ
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
31
>
ME-GI, LGI and FGSS Update
内容
1
二元燃料焚きのコンセプト
2
ME-GI デザインアップデート
3
ME-LGI デザインアップデート
4
ME-GI 燃料ガス供給システム – 最新提案
5
ME-GI 燃料ガス供給システム – コスト削減の取組み
6
結論
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
32
>
ME-GI Fuel Gas Supply System
LNG運搬船典型的なFGSS
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
33
>
ME-GI Fuel Gas Supply System
LNG運搬船シンプルなFGSS
圧縮機１台が高圧ポンプ１台より安い場合
• 高圧ポンプユニットをなくし、圧縮機２
台配置の方が安い
• 圧縮機メーカ: Burckhardt, 三井,
GE & Kobelco
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
34
>
ME-GI Fuel Gas Supply System
Burckhardt SHP CT型 174k LNGC燃料ガス圧縮機

Marine CT unitは小さいタイプのLNG運搬船のために開発した

CT Version “D”で容量は 950kg/h
2 x CT units, 共通モータで駆動する

310barまで昇圧可能

マルチスモールユニット方式

効率的な部分負荷運転

容易なメンテナンス

部分冗長性を可能に

初期コストの大幅削減
MAN Diesel & Turbo
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ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
35
>
ME-GI Fuel Gas Supply System
ガス燃料船典型的なFGSS
4 x 9L28/32DF
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
36
>
ME-GI Fuel Gas Supply System
ガス燃料船：PTOと小型BOG圧縮機付FGSS
※メタンスリップ最小にするアレンジ
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
37
>
ME-GI Fuel Gas Supply System
MDT PVU コンセプト – 油圧ブースター採用
Hydraulic
distribution block
EX proofed
MOOG valve
Elva on-off
Cold-End
Plunger
section
油圧ピストン
寸法: (1100 x 350 x 350 mm)
MAN Diesel & Turbo
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ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
38
>
ME-GI Fuel Gas Supply System
New MDT ポンプ気化器ユニット (PVU)
•
高圧ポンプを介してLNGを再循環することでサクションドラムの省略
•
安全弁を含む弁類を大幅に削減した
•
計装機器の数も大幅に削減した
•
高圧ポンプの電動モータを防爆ゾーンより移動 – よりシンプルになった
防爆ゾーンの外から動力を供給する
•
放気ラインの数も大幅削減した
•
クランクシャフトのアクチュエータの代わりに高圧ポンプリニアアクチュエータ
•
拡散接合タイプ設計を導入し、気化器のサイズも大幅に削減した
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
39
>
ME-GI Fuel Gas Supply System
MDT PVU –従来FGSSより簡略化
Component
Today amount
MDT amount
Difference
計装機器
95
17
78
バルブ類
54
19
35
安全弁類
20
3
17
I/O 信号
138
32
106
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
40
>
ME-GI Fuel Gas Supply System
MDT PVU – 従来FGSSより簡略化
新しいME-GI PVUはFGSSの設置スペースを大幅に削減
従来型
volume: 60 m3
新型（PVU）
volume: 8 m3
MAN Diesel & Turbo
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ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
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41
>
ME-GI Fuel Gas Supply System
MDT PVU コンセプト -冗長性
MDT
Others
 冗長性が備わった油圧パワーパック
およびピストン構造
 電動モータとクランクシャフト
冗長性がない
電動モータが防爆区域にある
油圧発生装置は別の安全区
域に設置
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
42
>
ME-GI Fuel Gas Supply System
MDT PVU アプリケーション
MDT 承認した機器メーカ
ME-GI Engine
追加仕様でMDT供給可能
GVT
FGSS 所掌
Glycol System
Hydraulic Oil
System
ME-ECS
FGSS
control
system
PVU
control
system
ME-GIPVU
Glycol
filter
HP Pump
LNG Tank
HP Vaporizer
LP Pump
LNG filter
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
43
>
ME-GI, LGI and FGSS Update
内容
1
二元燃料焚きのコンセプト
2
ME-GI デザインアップデート
3
ME-LGI デザインアップデート
4
ME-GI 燃料ガス供給システム – 最新提案
5
ME-GI 燃料ガス供給システム – コスト削減の取組み
6
結論
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
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44
>
ME-GI, LGI and FGSS Update
結論
 きれいなガス燃料には明るい未来
 優れたガス技術の開発に全力投球
 主なガスに対応した開発は迅速に完了
 応用技術の最適化
ME-GI Demonstration at MES
Prototype MDT PVU at MDT Research Center
MAN Diesel & Turbo
Niels B. Clausen
Celebration of 7S50ME-B9.3-LGI at MES
ME-GI, LGI and FGSS Update
November 2016
<
45
>
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subsequent specific individual projects, the relevant
data may be subject to changes and will be assessed and
determined individually for each project. This will depend
on the particular characteristics of each individual project,
especially specific site and operational conditions.
MAN Diesel & Turbo
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November 2016
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46
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平成28年熊本地震における被災者・被災地の支援について