Basisstudie LNG-Motorensicherheit - LNG

MARITIME
Basisstudie LNG-Motorensicherheit
Svante Einarsson, Jan Tellkamp
23 June 2015
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DNV GL ©
23 June 2015
SAFER, SMARTER, GREENER
Ziel der Basisstudie
Das Ziele dieser Studie ist, die Schlüsselparameter für Sicherheit von Gasmotoren
bezüglich Explosionen in der Abgasanlage zu untersuchen.
Hierauf aufbauend soll ein Projekt definiert werden welches
 untersucht, ob die derzeitig verlangte Sicherheitsmaßnahmen angemessen sind;
 Anforderungen an ein Bewertungswerkzeug formuliert;
 die Sicherheit von Abgasanlagen und die Wirksamkeit der vorgesehenen
Sicherheitsmaßnahmen modelliert.
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23 June 2015
Aufgabe der Basisstudie
1) Klärung des verwendeten Kraftstoffs
2) Definition der Parameter der Untersuchungen
3) Recherche vorhandener experimenteller Untersuchungen
4) Erarbeitung eines Forschungsdesigns
5) Definition von praktischen Versuchsanordnungen und -programmen an realen
Modellen
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23 June 2015
Ergebnisse - Klärung des verwendeten Kraftstoffs (1)
 Verschiedene Mischungen
von LNG
Source: EN 1160
LNG COMPOSITION (Mole %)
LNG mixture
CH4
C2H6
C3H8
C4H10 *
N2
High
97.5
1.8
0.2
-
0.5
Medium
93.9
3.26
0.69
0.36
1.79
Low
87.2
8.61
2.74
1.09
0.36
* C4H10 and C5H12.
C1 [%]
100
81
Source: SIGTTO
Methane %
Algeria - Arzew
88.0
Algeria - Bethioua
88.1
Australia - NWS
90.1
Egypt - Idku
95.9
Libya
81.6
Snohvit
91.8
Oman
87.9
Qatar - Qatargas I
87.4
Source: CFI-1600
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23 June 2015
Cn [%]
LNG COMPOSITION (Mole %)
Origin
CH4
C2H6
C3H8
C4H10
N2
Alaska
99.72
0.06
0.00
0.00
0.20
Algeria
86.98
9.35
2.33
0.63
0.71
Baltimore Gas & Electric
93.32
4.65
0.84
0.18
1.01
New York City
98.00
1.40
0.40
0.10
0.10
San Diego Gas & Electric
92.00
6.00
1.00
-
1.00
Ergebnisse - Klärung des verwendeten Kraftstoffs (2)
 Verschiedene Motorenkonzepte: Anteil NG und Diesel
NG
[%]
100
70
Gas
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Dual-fuel
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Hybrid
Ergebnisse - Klärung des verwendeten Kraftstoffs (3)
 Verschiedene Motorenkonzepte, Brennstoffqualität
NG
[%]
Anteil Cn
100
70
Gas
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Dual-fuel
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Hybrid
Ergebnisse - Definition der Parameter der Untersuchungen
 Brennbares Material:
– Explosionsgrenze
– Brenngeschwindigkeit
– Flammpunkt
– Mischung von Gas & kleinen Tropfen – zwei-Phasen!
 Oxidant:
– Sauerstoff (O2)
– Inertes Material (N2/CO/CO2/H2O/etc.)
 Zündenergie:
– Mindestzündenergie
– Zündtemperatur
– Zündstelle
 Weitere Aspekte: Initial Temperatur und Druck, Turbulenz, Geometrie
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Ergebnisse - Recherche vorhandener experimenteller Untersuchungen
 DNV GL hat experimentell überprüft, ob das Vorhandensein eines Katalysators
(Zündquelle) im Abgassystem zu einen Explosionen durch wiederholbare
Fehlzündungen kommt.
 Besau & Hruby hat einen Ansaugkrümmer eines Motors als Versuchsaufbau
verwendet, um Explosionen bei nahezu statischen Bedingungen bei
Startversuchen zu simulieren.
 Hoerbiger hat eine hauseigene eindimensionale numerische Methode entwickelt,
um die Flammenausbreitung, Druck und Temperatur während der Explosion in
langen Rohren vorherzusagen.
 Lücken:
– Geometrie
– Dynamische tests (Strömung von Abgasen, “heisses” System)
– Diesel gemischt mit Gas (Dual Fuel, Hybrid Motoren)
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Ergebnisse - Erarbeitung eines Forschungsdesigns
 Motorentypen
Engine
Dual-fuel
Gas
2 stroke
4 stroke
Diesel (SCR/EGR)
Otto (pilot fuel)
Otto (pilot fuel)
Otto (hybrid fuel)
-
 Ausführung der Abgaskonzepte
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Otto (spark plugs)
Otto (pilot fuel)
Ergebnisse - Definition von praktischen Versuchsanordnungen und
-programmen an realen Modellen
 Statische Versuche
– Gas/Diesel Mischung
– Initialdrück
– Luft-Kraftstoff-Verhältnis
– Zündpunkt
– Geometrie
 Explosionsventile
 Rohrleitungen
 Katalysator etc.
 Dynamische Versuche
– Initialtemperatur
– Strömungsgeschwindigkeiten
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Schlussfolgerung
 Vielfalt in LNG-Mischung
 Verschiedene Motorenkonzepte und Abgassysteme
 Komplexität in termodynamische und chemische Vorgänge
 Begrenzung in vorhandenen Versuchen
 Kein realistisches Konsequenzmodell vorhanden
Ergebnisse Hauptstudie:
 Experimentalaufbau
 Entwicklung Anforderungen an Experimentalaufbau
 Entwicklung Anforderungen an Konsequenzmodell
 Entwicklung Leitfaden zum sicheren Auslegung eines Abgassystems
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Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!
Svante Einarsson
[email protected]
+49 40 36149 3610
www.dnvgl.com
SAFER, SMARTER, GREENER
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Jan Tellkamp
[email protected]
+49 40 36149 4638

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