LNG燃料動(dòng)力船舶技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

1、LNG然料動(dòng)力船舶技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用、?. 、.前言二十一世紀(jì)是人類追求美好生活、實(shí)現(xiàn)美麗夢想的偉大時(shí)代，也是面臨諸多問題、迎接挑戰(zhàn)的變革時(shí)代。雖然世界經(jīng)濟(jì)仍然在快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)也在飛速進(jìn)步，但是人類面對的問題似乎也越來越多，如全球氣候的不斷惡化等環(huán)境問題、煤炭和石油等化石燃料的消耗殆盡等能源問題，這兩個(gè)重大問題也是二十一世紀(jì)人類必須要解決的。因此，世界各國、各行各業(yè)都在研究和找尋有效的解決方法。對于世界船舶工業(yè)來說更是如此。我們知道，物流業(yè)是僅次于制造業(yè)的石油消費(fèi)第二大行業(yè)，而船舶長期以來一直是物流行業(yè)的消耗和排放的“大戶” 。由于成品油價(jià)格不斷上漲，國際污染公約日趨嚴(yán)格，使得整個(gè)船舶工業(yè)不得

2、不尋求新的解決之道。船用 LNG技術(shù)似乎給我們帶來了希望，它不僅 清潔，而且儲量充沛，甚至比石油的儲量還要豐富，如果應(yīng)用LNG乍為動(dòng)力， 似乎同時(shí)緩解了上述的兩個(gè)問題。然而，對于現(xiàn)有的技術(shù)與政策而言，要實(shí)現(xiàn)全面的LNGft,我們還有相當(dāng)長的路要走。下面我們對LNG然料動(dòng)力船舶技術(shù)的現(xiàn)狀、發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行初步的探討。一、發(fā)展LNG然料動(dòng)力船舶的優(yōu)勢LNG就是液化天然氣(Liquefied Natural Gas)的簡稱。將氣田生產(chǎn)的天然氣凈化處理， 再經(jīng)超低溫 ( -162 ) 加壓液化就形成液化天然氣。 ” LNG 主要成分是甲烷，它無色、無味、無毒且無腐蝕性，其體積約為同量氣態(tài)天然氣體積的 1

3、/600 ，重量僅為同體積水的45%左右，熱值約為汽油的倍。與傳統(tǒng)的燃油相比，LNGM有以下優(yōu)勢：1 . 儲量豐富。 2009年已探明儲量達(dá)188萬億立方米， 可至少滿足全世界需求 150 年以上。近幾年科學(xué)家從深海中發(fā)現(xiàn)了“可燃冰”這種能源，它是一種“固態(tài)”型天然氣， 1 體積“可燃冰”可分解成164體積的天然氣和體積水。據(jù)統(tǒng)計(jì)，地球上“可燃冰”所含能量相當(dāng)于石油、天然氣、煤總和的3倍。我國2008年底探明天然氣儲量達(dá)到63357億立方米，具有廣泛運(yùn)用天然氣的資源基礎(chǔ)2 .經(jīng)濟(jì)性好。按照目前的油價(jià)和LNG介格水平（柴油8200元/噸，LNG5000 元/噸），使用LNG比使用柴油節(jié)約40*6

4、0%勺燃料費(fèi)用。按熱值計(jì)算，LNG 價(jià)格只有柴油的60%fc右（1立方米天然氣產(chǎn)生的能量相當(dāng)于開柴油產(chǎn)生的 能量），且因?yàn)樘烊粴馊紵龔氐?，不易積碳，減少維護(hù)費(fèi)用逾50%3 .環(huán)保性好。首先，LN雛液化前灰塵、硫、水分等雜質(zhì)已被排除，是 一種潔凈能源；其次，與其它化石燃料比，在相同的能量輸出下，LNG勺污染物排放最少，一般來說可以減少 10%- 20%勺CO2非放量，90%勺NO排放 量，100%勺硫化物和顆粒物排放；最后，天然氣燃燒時(shí)比較柔和，燃燒噪聲 小。4 .安全性好。首先，天然氣燃點(diǎn)為650c （柴油為260C ,汽油為427 C）; 其次，天然氣發(fā)生爆炸的濃度區(qū)間是 5-15% （柴油

5、為汽油為1-5%）;最后， 天然氣密度是空氣的55%泄漏后會(huì)直接擴(kuò)散到空氣中，如果加入嗅劑泄漏 時(shí)可被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，減少安全隱患。5 .冷能利用。LNG在氣化時(shí)產(chǎn)生大量的冷能（860883kJ/kg ）。在發(fā) 動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)或改裝時(shí)可以給予考慮，持別船舶制冷和空調(diào)、漁船冷凍和冷藏等 方面給予利用。LNG CNG LPG的區(qū)別：1. CNGfb壓縮天然氣（Compressed Natural Gas）。目前在汽車上應(yīng)用較 多，技術(shù)也較成熟。它是天然氣加壓并以氣態(tài)儲存在容器中（20MPa,它與 管道天然氣的組分相同，CNG勺體積能量密度約為汽油的26% LNG勺組成比 CNGM純凈，不含水分，因而LNG的排

6、放性能要優(yōu)于CNG是液化石油氣（Liquefied Petroleum Gas）。經(jīng)常容易與LNG昆淆，其 實(shí)它們有明顯區(qū)別。LPG的主要組分是丙烷（超過 95%,還有少量的丁烷。 LPG在適當(dāng)?shù)膲毫ο乱砸簯B(tài)儲存在儲罐容器中，常被用作炊事燃料和車輛燃 料。二、發(fā)展LNG然料動(dòng)力船舶的背景分析1. 節(jié)能減排的要求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界航運(yùn)業(yè)每年要消耗20 億桶燃油。我國是一個(gè)人均占有資源相對貧乏的國家， 節(jié)能減排責(zé)任重大。 2010年我國原油消耗達(dá)到億噸， 需進(jìn)口 2 億噸才能滿足要求， 約為總需求的45%； 預(yù)計(jì)2020年，原油消耗將達(dá)億噸，石油對外依存度將提高到60%。巨大的原油消費(fèi)又會(huì)促使原油價(jià)格

7、保持高位，提升船舶運(yùn)營成本。因此，原油短缺會(huì)制約我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，還會(huì)嚴(yán)重威脅國家的能源安全。隨著原油的消耗，隨之帶來的就是排放污染。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界航運(yùn)業(yè)每年要排放超過12 億噸二氧化碳，約占全球總排放量6%。為應(yīng)對世界氣候變化出臺的環(huán)保法規(guī)，規(guī)定了船舶污染防治、減少排放的標(biāo)準(zhǔn)和時(shí)限。近年來，國際海事組織（IMQ加強(qiáng)了對海上船舶排放的強(qiáng)制性規(guī)定，如果各國都執(zhí)行 IMO 的排放強(qiáng)制性規(guī)定的話， 5-10 年后世界上用于近海貿(mào)易的船只大多數(shù)都會(huì)使用LNG乍為船用燃料。在我國物流業(yè)是僅次于制造業(yè)的石油消費(fèi)第二大行業(yè)， 全行業(yè)石油制品消耗占全國的34%左右，二氧化碳排放量占%， 并且這一比例仍逐年上升。

8、而船舶長期以來一直是我國物流行業(yè)的消耗和排放 “大戶” ， 以我國內(nèi)河為例，目前內(nèi)河船舶柴油機(jī)每年產(chǎn)生的NO SO和顆粒等污染物約100萬噸，占港口區(qū)域總量的50%以上。因此，以技術(shù)創(chuàng)新為先導(dǎo)，大力提升船舶動(dòng)力裝置的節(jié)能減排能力，走綠色船舶動(dòng)力發(fā)展之路已成為貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀、建設(shè)節(jié)能型社會(huì)的必然選擇。2. 降低噪聲的要求。船員長期工作和生活在船上，強(qiáng)烈的噪音使船員精神疲勞，工作效率下降，嚴(yán)重時(shí)影響身心健康，危及航行安全。 20 世紀(jì) 80年代，由于航運(yùn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，國際社會(huì)普遍關(guān)注船舶艙室的噪音問題，相關(guān)研究較多，也促使了我國一系列規(guī)范的出臺。之后一段時(shí)間，隨著造船技術(shù)的成熟，艙室噪音得到一

9、定控制，關(guān)注度逐漸降低，國內(nèi)相關(guān)研究也日趨減少。然而，目前的船舶動(dòng)力裝置普遍采用的是高噪音的柴油機(jī)，而且隨著人們對工作、生活環(huán)境舒適度的要求日益提高，作為影響船員生活質(zhì)量和工作質(zhì)量的主要因素之一，噪音問題不容忽視。大型遠(yuǎn)洋船舶的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)規(guī)范要求較高，且在機(jī)艙均設(shè)置隔音效果很好的集控室，一般能夠滿足我國運(yùn)輸船舶艙室噪音標(biāo)準(zhǔn)及運(yùn)輸船舶艙室噪音測量方法的要求。而內(nèi)河小型船舶多采用高噪音的中、高速柴油機(jī)作為動(dòng)力裝置，且有很多小船根本沒有集控室，輪機(jī)人員長期暴露在高噪音的沖擊之下，長此以往，聽力嚴(yán)重受損，身心健康無法保障?，F(xiàn)代船用柴油機(jī)普遍采用高增壓，其增壓器轉(zhuǎn)速可達(dá) 20000rpm 以上，對氣

10、流的作用可產(chǎn)生劇烈的高頻噪音，是柴油機(jī)最大的噪音源；而柴油機(jī)氣缸內(nèi)的劇烈燃燒（爆壓可高達(dá)20MPa）,亦會(huì)發(fā)出強(qiáng)烈噪音； 四沖程柴油機(jī)進(jìn)、 排氣閥周期性的啟閉， 也會(huì)發(fā)出刺耳的敲擊聲。3. 國家高度重視。國家“十二五”發(fā)展規(guī)劃把節(jié)能減排作為重要戰(zhàn)略目標(biāo)之一，各行各業(yè)提出了嚴(yán)格的節(jié)能減排目標(biāo)。同時(shí)，溫家寶總理在哥本哈根全球氣候大會(huì)上向世界承諾到 2020 年前CO2 排放量比2005 年減少40%-45%。船舶燃料作為耗能和碳排放大戶，必然會(huì)成為改造重點(diǎn)。2011 年 1 月國務(wù)院正式頒布關(guān)于加快長江等內(nèi)河水運(yùn)發(fā)展的意見 ， 將內(nèi)河水運(yùn)發(fā)展上升為國家戰(zhàn)略，提出了我國內(nèi)河水運(yùn)的發(fā)展目標(biāo)，明確要求利

11、用 10 年左右的時(shí)間，建成暢通、高效、平安、綠色的現(xiàn)代化內(nèi)河水運(yùn)體系。國家船檢總局也表示，國家船檢總局和地方各級船檢部門將一如既往地支持和關(guān)注LNGG舶的實(shí)踐和推廣。同年3月，交通部發(fā)布關(guān)于貫徹國 務(wù)院關(guān)于加快長江等內(nèi)河水運(yùn)發(fā)展的意見的實(shí)施意見，明確指出要著力構(gòu)建綠色內(nèi)河水運(yùn)體系。各地市也紛紛推出貫徹國務(wù)院關(guān)于加快長江等內(nèi)河水運(yùn)發(fā)展的意見的實(shí)施意見，都把利用綠色能源作為以后發(fā)展的重點(diǎn)。根據(jù)交通運(yùn)輸部規(guī)劃， “十二五”期間，我國新節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用試點(diǎn)將逐步增加，內(nèi)河柴油和LNG!合動(dòng)力船舶技術(shù)正是其中的試點(diǎn)新技術(shù)之 一。2012年1月，海事局又專門下發(fā)通知，對LNG然料動(dòng)力船舶改造試點(diǎn)工 作

12、進(jìn)行明確。在漁業(yè)領(lǐng)域，根據(jù)農(nóng)業(yè)部漁業(yè)船舶檢驗(yàn)局的發(fā)展規(guī)劃， “十二 五”期間，我國將全力提升漁船裝備技術(shù)水平，推動(dòng)漁業(yè)船舶向現(xiàn)代安全、節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)型方向發(fā)展轉(zhuǎn)變。用LNG弋替柴油作船舶燃料，符合國家“十二五”發(fā)展規(guī)劃和科學(xué)發(fā)展觀的總體要求，且能帶來經(jīng)濟(jì)效益，必將成為國家大力支持的產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目?？梢灶A(yù)見，以天然氣為主導(dǎo)的中國綠色海運(yùn)時(shí)代即將開啟。4. 漁船領(lǐng)域需求。我國是世界上漁船最多的國家，現(xiàn)擁有漁船達(dá) 106萬 艘以上，約為全世界漁船總量的 25%漁船功率總和超過1600萬kw,而海 洋漁船總能耗約占整個(gè)漁業(yè)能耗的 70%漁船燃料的費(fèi)用約占漁業(yè)捕撈成本 的75%近年來，盡管國家出臺的柴油補(bǔ)貼

13、政策對漁船補(bǔ)貼進(jìn)入常態(tài)化，但 高起的油價(jià)和高油耗，使得漁民們難以接受，造成漁船被迫停港現(xiàn)象非常普 遍，漁民生產(chǎn)生活也面臨較大困難。與此同時(shí)，燃油的大量消耗，帶來的污 染物的排放較高。作為綠色能源的天然氣，具有儲量豐富，價(jià)格低廉，運(yùn)輸 方便，使用安全等優(yōu)點(diǎn)，替代柴油在漁船等領(lǐng)域推廣使用，將推進(jìn)漁船節(jié)能 減排，促進(jìn)漁民持續(xù)增收，對促進(jìn)漁船的現(xiàn)代化發(fā)展將會(huì)起到重要的作用。農(nóng)業(yè)部漁業(yè)船舶檢驗(yàn)局與中海石油氣電集團(tuán)公司簽署“綠色能源框架協(xié) 議”。根據(jù)協(xié)議要求，中海油改造了天津北塘漁港的20條漁船，并與2012年11月13日對擁有“柴油-LNG'雙動(dòng)力白津塘漁03808和津塘漁03820漁 船進(jìn)行了

14、試航，這是國內(nèi)首批接受“油改氣”改造的漁船。下一批 30艘漁 船的改造施工即將在北塘漁港進(jìn)行，預(yù)計(jì)2012年內(nèi)改造完成。農(nóng)業(yè)部漁業(yè)船舶檢驗(yàn)局2012年確定的漁船液化天然氣（LNG動(dòng)力改造計(jì)劃提出，到2020 年，要使適用于LNG動(dòng)力的漁船柴油消耗量中的70嗾LNG弋替。動(dòng)力船舶改造相關(guān)規(guī)范要求。任何產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開政策規(guī)范的指導(dǎo)和 約束，由于LNG動(dòng)力船舶產(chǎn)業(yè)發(fā)展時(shí)間短，因此目前與 LNG動(dòng)力船舶制造、 改造和檢驗(yàn)的相關(guān)政策、規(guī)范不多，但國際海事組織、船級社和國內(nèi)海事部 門仍制定了相關(guān)的規(guī)范來促進(jìn)該產(chǎn)業(yè)的健康快速發(fā)展，相關(guān)規(guī)范見表1。表1 LNG動(dòng)力船舶相關(guān)規(guī)范序 號規(guī)范名稱頒布 時(shí)間頒布單位

15、1雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝指南2007中國船級社CCS2氣體燃料動(dòng)力船檢驗(yàn)指南2010中國船級社CCS3散裝運(yùn)輸液化氣體船舶構(gòu)造與設(shè)備規(guī)范2005中國船級社CCS4內(nèi)河散裝運(yùn)輸液化氣體船舶構(gòu)造與設(shè)備 規(guī)范2008中國船級社CCS5有關(guān)船上天然氣燃料發(fā)動(dòng)機(jī)裝置安全性 的臨時(shí)指南2009IMO海事安全委員會(huì)MSC6LNG然料動(dòng)力試點(diǎn)船舶關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)要 求2012中國海事局7« LNG燃料動(dòng)力試點(diǎn)船舶技術(shù)要求2012中國海事局8LN懿料動(dòng)力船舶應(yīng)用安全研究項(xiàng)目組織與實(shí)仙案2012中國海事局氣體燃料動(dòng)力船舶除滿足以上技術(shù)要求外， 尚應(yīng)滿足國內(nèi)航行海船法 定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則（2011）或內(nèi)河船舶

16、法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則（2011）的相關(guān) 要求。三、雙燃料動(dòng)力船舶的發(fā)展1. 低速雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展目前，全球推出的低速雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)僅有瓦錫蘭的 RTX理和曼恩（MAN 的ME-GI型發(fā)動(dòng)機(jī)，處于試驗(yàn)測試階段。另外，日本三菱重工（ MHD和韓 國現(xiàn)代重工（HHI）也開始啟動(dòng)這一技術(shù)。早在1973年，在被瓦錫蘭兼并之前的著名低速機(jī)供應(yīng)商-瑞士蘇爾壽公 司就已為LNG船“維納托爾”號配備了一臺低速雙燃料7RNMD9整發(fā)動(dòng)機(jī)。2010年秋季瓦錫蘭正式啟動(dòng)低速雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)研制，2011年2月進(jìn)行RTX5新型低速雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的測試工作。早在1994年，作為占有全球80%氐速機(jī)市場份額的巨頭曼恩就開始低速 雙燃

17、料發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)工作。2011年5月18日，曼恩在哥本哈根舉行了 ME-GI 型雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)布儀式。宣稱，新型主機(jī)可較傳統(tǒng)柴油機(jī)減少23%勺二氧化碳排放，而NO、SO排放分別能減少80%口 90% 2012年4月，曼恩在 哥本哈根又舉行第二次 ME-GI型發(fā)動(dòng)機(jī)測試展示會(huì)，宣稱，韓國現(xiàn)代重工和 日本三井造船將分別生產(chǎn)該機(jī)型的原型機(jī)，此舉意味著ME-GI型發(fā)動(dòng)機(jī)向商業(yè)化方面邁進(jìn)了重要一步。預(yù)計(jì) 2012年11月，韓國現(xiàn)代重工將生產(chǎn)1臺8s70ME-G型機(jī)，而三井造船則將在2013年下半年生產(chǎn)1臺6s70ME-GI型機(jī)。2012年6月，日本三菱重工（MHD著手開發(fā)一款低速雙燃料船用二沖 程發(fā)動(dòng)機(jī)

18、（UEC-LSGI kw,D=600mm預(yù)計(jì)2015年推出。2012年6月，韓國 現(xiàn)代重工（HHI）推出Himsen H35/40GV型單氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，作為一臺發(fā) 電用動(dòng)力裝置出現(xiàn)在中東的第一范例，也可用于商船、近海工程設(shè)施與鉆井平臺。目前，HHI在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)市場上占據(jù)了35陰額，2012年計(jì)劃15海于以氣體為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)替代。2. 中速雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展與低速雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)相比， 中速雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展明顯領(lǐng)先。 一方面，中速機(jī)一般作為中小型船舶的推進(jìn)主機(jī)或發(fā)電機(jī)使用，功率相對較小，燃料需求量也較少，船舶燃料攜帶問題易解決。另一方面，由于中速雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)有能夠廣泛應(yīng)用于沿海和內(nèi)河船舶的前景預(yù)

19、期，發(fā)展受到更多的關(guān)注。目前，全球推出中速雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的制造商有瓦錫蘭、曼恩、卡特彼勒等。其中，瓦錫蘭遙遙領(lǐng)先，共推出三種機(jī)型，并獲得大量訂單；曼恩發(fā)展相對落后，但也推出兩種機(jī)型，有部分訂單；卡特彼勒只處于起步階段。瓦錫蘭截至2012年5月底，已為100艘LNG船提供了 50DF雙燃料發(fā)動(dòng) 機(jī)，加上目前的手持訂單，使用該機(jī)型的LNG船占到了 LNG船隊(duì)總量的四分之一。 推出的機(jī)型還有34DF、 20DF， 應(yīng)用范圍擴(kuò)展到小型貨船、 渡船、 拖船、船用發(fā)電機(jī)和陸用發(fā)電機(jī)，瓦錫蘭已交付了 720 臺雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。曼恩于 2007 年才通過 51/60DF 中速雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的最后測試，并首次用于船舶

20、領(lǐng)域，并為西班牙航運(yùn)公司的LNG船提供了 5臺8L51/60DF雙燃料 發(fā)動(dòng)機(jī)。 之后也為陸用和發(fā)電用提供了雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。 2012年 5 月， 獲得兩 臺8L51/60DF和兩臺9L51/60DF訂單（俄羅斯現(xiàn)代商船公司）。卡特彼勒于2011年底推出旗下MA鬧牌的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)MAKM46DF該 機(jī)型正在德國羅斯托克卡特彼勒發(fā)動(dòng)機(jī)廠進(jìn)行試驗(yàn)，預(yù)計(jì)首臺將于 2014 年 交付。與歐洲船用發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)商相比， 亞洲主要造船國的制造商目前均未能推出中速雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。韓國方面，雖然現(xiàn)代重工自主品牌得的 Himsen 中速機(jī)已取得巨大成功 （ 2015 年 5 月） ， 但也僅是推出了 Himsen 品牌

21、的氣體發(fā)動(dòng) 機(jī)，尚未能進(jìn)一步拓展至雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。目前，采取合作方式與瓦錫蘭合資成立了瓦錫蘭現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)公司，生產(chǎn)瓦錫蘭50DF雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)引進(jìn)許可生產(chǎn)曼恩的ME-GI低速雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。3. 我國雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展受限于較為落后的船用柴油機(jī)研發(fā)技術(shù)， 我國目前尚未推出中速或低速船用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)， 但在促進(jìn)內(nèi)河船舶使用雙燃料動(dòng)力上依舊取得了不錯(cuò)的進(jìn)展。長航集團(tuán)、中興恒河投資集團(tuán)和富地石油控股集團(tuán)聯(lián)合開展的“長江綠色物流創(chuàng)新工程” ，以及中國船級社和中國石油聯(lián)合推進(jìn)的“氣化長江”等項(xiàng)目，都致力于我國內(nèi)河船舶的“油改氣” 。船舶“油改氣”的原理是：在不更換船舶發(fā)動(dòng)機(jī)的條件下，將柴油 -LNG 雙燃

22、料系統(tǒng)加裝到船舶上，將柴油、LNG®一定比例混合供給發(fā)動(dòng)機(jī)，由LNG 提供主要?jiǎng)恿Γ裼陀糜邳c(diǎn)燃壓縮狀態(tài)下LNG勺引燃燃料和部件的潤滑劑， 一旦LNG使用完畢或因故不能及時(shí)填充或燃?xì)庀到y(tǒng)出現(xiàn)故障，船舶仍可以在 純柴油下運(yùn)行。 2010 年以來，我國成功“油改氣”的內(nèi)河船舶不斷增多，典型案例有：（ 1 ） 2010 年 8 月，由江蘇宿遷海事局牽頭、北京油陸集團(tuán)出資研發(fā)的改造船 3000 噸級的“蘇宿貨1260號” ，在京杭運(yùn)河蘇北段成功試航。（ 2 ） 2010 年 8 月，由湖北西藍(lán)天然氣公司與武漢輪渡公司合作改造的“武拖輪 302號”在武漢試水成功。（ 3 ） 2011 年 3

23、 月，由中國長航集團(tuán)、中興恒河投資集團(tuán)和富地石油控 股集團(tuán)共同推進(jìn)的改造船“長訊三號”散貨船試航成功。（ 4 ） 2011 年 4 月，由中石油昆侖能源公司承擔(dān)并組織研發(fā)的滿載排水量 5000 噸的改造船在安徽蕪湖舉行試航儀式。（ 5 ） 2011 年 12 月， 由山東昆侖勝利能源公司與山東濟(jì)寧市輪船公司合作改造的“魯濟(jì)寧貨2535 號”首航成功。(6) 2013年4月，安徽省首艘LNG然料動(dòng)力試點(diǎn)船舶“紅日166”輪， 順利取得船舶檢驗(yàn)證書，成為自我國船舶實(shí)施LNG®料動(dòng)力試點(diǎn)改造以來，首艘取得船檢驗(yàn)證書的船舶。 2011 年 4 月 7 日，“紅日166”完成改造后，正式下水試

24、航，在試運(yùn)營的 2 年中，該船未出現(xiàn)任何故障，總體運(yùn)行平穩(wěn)，取得良好經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效果。該船 2012年10月10日通過國家海事局組織的專家審核，并隨后取得LNG燃料動(dòng)力試點(diǎn)船舶核準(zhǔn)通知。2013年4月， 對照LNG然料動(dòng)力試點(diǎn)船舶關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)要求和LNG然料動(dòng)力試點(diǎn)船 舶技術(shù)要求，經(jīng)實(shí)船檢驗(yàn)，該船順利獲得船檢機(jī)構(gòu)簽發(fā)的 LNG試點(diǎn)船舶檢 驗(yàn)證書。船舶的“油改氣”技術(shù)中，LNG的替代率可達(dá)60-90%,系統(tǒng)改造成本大 致為15-100萬元左右(一年內(nèi)可以收回)，值得注意的是，雖然在沒有解決 雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，推進(jìn)內(nèi)河船舶使用雙燃料依舊取得了進(jìn)展，但船舶 可能在某些工況下面臨動(dòng)力不足問題，同時(shí)冷

25、能也沒有被充分利用。除了內(nèi)河船舶“油改氣”取得了一定進(jìn)展外，在雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)改造、拓 展、研制和開發(fā)方面，我國目前也做了大量有益的探索工作，代表性的有：(1)中石油旗下的濟(jì)柴動(dòng)力總廠自主研發(fā)推出了 2000、3000系列高速 雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，應(yīng)用于石油鉆探動(dòng)力。2011年5月，濟(jì)柴投資10億元在武 漢江夏區(qū)興建新能源船用發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)基地，規(guī)劃投產(chǎn)后年銷售額50億元。2012年3月，濟(jì)柴與中國長江航運(yùn)集團(tuán)簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，將為其 146艘 3000-10000載重噸的新建或現(xiàn)有內(nèi)河船舶提供或改造成LNGK燃料動(dòng)力。(2)淄博柴油機(jī)總公司，在原船用柴油機(jī)的基礎(chǔ)上，以中國船級社氣 體燃料動(dòng)力船檢驗(yàn)指南、鋼

26、制海洋漁船建造規(guī)范等為主要研發(fā)依據(jù)，開 發(fā)了 Z170、210系列船用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。(7) 2012年7月，江蘇韓通船舶重工開始建造 5萬載重噸的雙燃料散 貨船，預(yù)計(jì)2014年交付。(8) 2012年10月，中國船舶重工集團(tuán)711所簽訂了兩艘1000噸運(yùn)輸 船的雙燃料改造合同。(9) 2012年10月，中國北車大連機(jī)車車輛有限公司推出一款國內(nèi)最先 進(jìn)的雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)，它是在原有的6240型柴油機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)研發(fā)而成，天然氣替代率可達(dá)80%(10) 2012年5月，天津塘沽水產(chǎn)局與中海石油氣電集團(tuán)貿(mào)易分公司完 成了 “漁船LNG及柴油雙燃料改造試驗(yàn)示范項(xiàng)目”協(xié)議簽署，將對北塘50 艘漁船進(jìn)

27、行油氣ym合動(dòng)力改造。ii月份已改造完成20艘，成為全國首批油 氣混合動(dòng)力漁船，為全國“ LNGft源上漁船”戰(zhàn)略提供示范。（7）我國五大燃?xì)夤荆ㄐ聤W燃?xì)?、港華燃?xì)?、華潤燃?xì)?、中國燃?xì)狻?中油燃?xì)猓┚言贚NG船用市場取得一定成果。其中，華潤燃?xì)馐姿?LNG- 柴油混合動(dòng)力船舶已于2013年1月7日試航，中油燃?xì)庖灿?012年在贛江 等流域完成5艘LNG船舶改裝并投入運(yùn)營，另有10艘船舶正在改裝階段。 四、LNG混合動(dòng)力系統(tǒng)所謂LNG昆合動(dòng)力就是在船舶現(xiàn)有柴油機(jī)的基礎(chǔ)上，增加一套LNGft氣 系統(tǒng)和柴油LNG雙燃料電控噴射系統(tǒng)，通過電子裝換開關(guān)，可實(shí)現(xiàn)單純柴油 燃料狀態(tài)下和油氣雙燃料狀態(tài)下兩

28、種運(yùn)行模式，將船舶單一的柴油動(dòng)力改造為柴油LNG®燃料動(dòng)力，通過采用LNG部分替代柴油燃料，達(dá)到節(jié)省燃油和 降低排放的雙重目的?；旌蟿?dòng)力的特點(diǎn)船舶采用LNG柴油雙燃料動(dòng)力后，柴油的平均替代率達(dá)到 60雁80% 可實(shí)現(xiàn)硫氧化合物減排85%- 90%二氧化碳減排15%- 20%同時(shí)，噪聲污 染、煙塵、廢油水排放也大大降低，船員的工作生活環(huán)境得到很大改善。同 時(shí)，由于裝備了智能化的安全監(jiān)測與處置系統(tǒng)，一旦有可燃?xì)怏w泄露，就會(huì) 自動(dòng)報(bào)警，自動(dòng)切斷天然氣管路，啟動(dòng)防爆通風(fēng)機(jī)，隔開儲罐與艙室和機(jī)艙， 確保船舶運(yùn)營安全和船員生命安全。止匕外，采用LNG然料，即使船舶發(fā)生沉沒事故，也不會(huì)出現(xiàn)由于使用

29、柴油燃料導(dǎo)致大面積水域污染的現(xiàn)象。2.現(xiàn)有柴油動(dòng)力到LNG混合動(dòng)力的改裝首先是船體改造。針對試驗(yàn)船船體本身的特點(diǎn)，將 LNGt罐放置于船體 尾部的空閑區(qū)，并設(shè)計(jì)一個(gè)底座（70-80厘米）。底座與甲板是焊接連接， 儲罐與底座是螺栓連接。儲罐相鄰廚房和起居室的一側(cè)都要增加一道隔離空 倉。儲罐頂部是敞開的。氣化器可占用部分盥洗室的空間。其次是船用LNG柴油混燃系統(tǒng)。根據(jù)船的空間特點(diǎn)設(shè)計(jì)、安裝、連接船 用LNG桀油混燃系統(tǒng)，依次為：LNGt罐、氣化器、氣體流量計(jì)、電動(dòng)截止 閥、不銹鋼管路、阻火器、減壓穩(wěn)壓閥、噴射閥、柴油機(jī)第三是安全與消防。在LNGB罐位置應(yīng)安裝2個(gè)可燃?xì)怏w探測器，在機(jī) 艙內(nèi)應(yīng)安裝4個(gè)

30、可燃?xì)怏w探測器。在機(jī)艙兩側(cè)頂部位置應(yīng)安裝2臺軸流防爆 風(fēng)機(jī)。一旦有可燃?xì)怏w泄露，濃度達(dá)到天然氣燃爆點(diǎn)的20嫩進(jìn)行聲光報(bào)警， 并自動(dòng)啟動(dòng)軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制排風(fēng)換氣。如果濃度達(dá)到燃爆點(diǎn)的40%則自動(dòng)切斷電動(dòng)截止閥。上述動(dòng)作過程全部是自動(dòng)控制。另外在儲罐位置和機(jī)艙 內(nèi)各擺放了兩臺干粉滅火器。最后是電路改造。根據(jù)船用發(fā)電電壓不穩(wěn)定的特點(diǎn)要進(jìn)行穩(wěn)壓和電壓逆 變等設(shè)計(jì)，確保滿足控制系統(tǒng)和軸流風(fēng)機(jī)用電的需要。混合動(dòng)力的推廣應(yīng)用大量試驗(yàn)和研究表明，LNG柴油雙燃料動(dòng)力技術(shù)已經(jīng)初步具備了推廣應(yīng) 用的條件。為迅速把科研成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力，還需進(jìn)一步做好以下幾個(gè) 方面的工作。一是開展加氣站規(guī)劃。為滿足LNG柴油雙燃

31、料動(dòng)力船舶加氣的需求，需 在港口和沿河布置加氣站。據(jù)悉，中石油及港華燃?xì)庥邢薰竟餐督ǖ?條LN口氣建船有望在2013年6月左右下水試航，為來往船舶加氣。預(yù)計(jì) 2013年期間，國內(nèi)將建成約10座水上加氣點(diǎn)，且長江沿線未來共規(guī)劃布局 3000個(gè)船舶加氣點(diǎn)。二是研究制定相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前，中國船級社已經(jīng)完成氣體燃料動(dòng) 力船舶檢驗(yàn)指南，國家2012年也頒布了LNG燃料動(dòng)力試點(diǎn)船舶關(guān)鍵設(shè)備 技術(shù)要求和LNG燃料動(dòng)力試點(diǎn)船舶技術(shù)要求，江蘇藍(lán)色船舶動(dòng)力有限 公司編制了柴油-LNG雙燃料動(dòng)力系統(tǒng)操作手冊和船員安全作業(yè)及維護(hù) 須知。為順利實(shí)現(xiàn)LN雛船舶上的應(yīng)用及推廣，還將進(jìn)一步研究制定相關(guān) 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主要包

32、括兩個(gè)方面：一是進(jìn)一步完善規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)體系。全力推進(jìn) 氣體燃料動(dòng)力船舶檢驗(yàn)指南的出臺；加快推進(jìn)改裝船廠評估和船舶設(shè)施 設(shè)備產(chǎn)品的認(rèn)證認(rèn)可；進(jìn)一步完善并頒布船員操作指南，開展船員培訓(xùn)和發(fā) 證工作。二是實(shí)現(xiàn)船舶改造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化。進(jìn)一步優(yōu)化儲罐及管路設(shè)計(jì)，針對 不同類型、不同噸位的船舶，提出不同的設(shè)計(jì)方案，并制定相關(guān)的施工工藝 流程，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。三是研究出臺相關(guān)扶持政策。在試點(diǎn)推廣初期，研究出臺相關(guān)扶持政策， 主要包括三個(gè)方面：一是資金扶持。研究通過建立專項(xiàng)補(bǔ)助資金、政府貼息、 過閘費(fèi)減免等方式，在推廣初期對柴油-LNG雙燃料動(dòng)力改裝船舶給予適當(dāng)資 金扶持。二是土地政策支持。在港口和

33、沿河加氣站點(diǎn)、LNGB備庫等基地的土地征用中給予適當(dāng)政策支持。三是建立項(xiàng)目工作協(xié)調(diào)機(jī)制。針對加氣站的 布點(diǎn)規(guī)劃和立項(xiàng)審批、船舶設(shè)施設(shè)備和船員發(fā)證等方面工作，采取集中處理 和一站式處理等方式，簡化程序。據(jù)挪威船級社統(tǒng)計(jì)，截至2011年底，全球有22艘LN朋力船舶已在商 業(yè)化運(yùn)營。到2015年，全球以LNG為燃料的新船訂單將達(dá)到500艘，到2020 年將升至數(shù)千艘。五、目前LNG船動(dòng)力裝置介紹LNG船是載運(yùn)LNG勺專用船舶，它在航行的過程中需要充分的利用蒸發(fā) 的天然氣，相對于其他類型的船舶而言，LN郵在LNG動(dòng)力技術(shù)研究上是比 較成熟的，這里就以LNG船為例來介紹幾種LNGIft力裝置。1 .蒸汽

34、輪機(jī)蒸汽輪機(jī)占據(jù)今天全球LNG船推進(jìn)系統(tǒng)的主流，主要原因?yàn)椋篖N郵舶 的航速要求一般較高，蒸汽輪機(jī)輸出功率大，可以滿足 LNG船對大功率推進(jìn) 系統(tǒng)的要求；同時(shí)系統(tǒng)功率裕量較大、可靠性較高，可以滿足交貨時(shí)效性的 要求；在蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)中LNG蒸發(fā)汽或重油均可用作鍋爐的燃料，也可以采 用一定比例混合燃燒方式，LNG蒸發(fā)汽可以得到很好的利用；在只燃燒蒸發(fā) 汽時(shí)排出的排放物也較為清潔；維護(hù)不是很頻繁且費(fèi)用也相對較低；主鍋爐 和蒸汽透平結(jié)合的主推進(jìn)系統(tǒng)有效地解決了蒸發(fā)汽的安全利用問題；LNG的應(yīng)用技術(shù)在相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)只被少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)國家所掌握，同時(shí)市場長期處于供過于求的狀態(tài)，LNG價(jià)格較低，蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)的

35、整體經(jīng)濟(jì)性較好。而其 他主推進(jìn)系統(tǒng)方案相對地都或多或少存在一些技術(shù)瓶頸，成了作為LN郵主推進(jìn)系統(tǒng)的障礙。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)在某種程度上說已成為 LNG船的標(biāo)準(zhǔn)主動(dòng)力系統(tǒng)。蒸汽輪機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)主要由鍋爐、蒸汽輪機(jī)和齒輪減速傳動(dòng)裝置組成。其工作原理是鍋爐產(chǎn)生的蒸汽通過蒸汽渦輪機(jī)將熱能和壓力勢能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能驅(qū)動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)， 經(jīng)減速裝置減速后帶動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)， 從而推動(dòng)船舶前進(jìn)。鍋爐配備貨物L(fēng)NGII發(fā)氣和燃油兩套燃料供給系統(tǒng)。鍋爐可以單獨(dú)燃燒蒸發(fā)氣或燃油，也可以兩種燃料同時(shí)使用。其工作原理如圖 1 所示。蒸汽輪機(jī)保養(yǎng)費(fèi)用相對較低，維修頻次少，應(yīng)用記錄表明系統(tǒng)具有很高的可靠性。蒸發(fā)汽獲取量取決于

36、船舶設(shè)計(jì)及其工作環(huán)境條件，通常自然蒸發(fā)率設(shè)計(jì)為 0 15左右，有些正在營運(yùn)的船舶蒸發(fā)率可低到0 10左右。在壓載航行時(shí)，可得到的蒸發(fā)汽量只有滿載航行時(shí)的1050%,具體比例取決于貨艙留有用于預(yù)冷液貨的量、 海況和貨艙溫度的控制等綜合因素。 對 LNG 船來說，不管選擇何種推進(jìn)系統(tǒng)，都必須采取某種方式來處理蒸發(fā)汽，把它用作推進(jìn)系統(tǒng)的燃料或進(jìn)行再液化。LN盛發(fā)汽在空氣中爆炸濃度范圍是5 14% ,釋放到大氣不但不經(jīng)濟(jì)而且非常危險(xiǎn)。LN蝠在常壓下運(yùn)輸?shù)?，通常液貨艙安全閥設(shè)定壓力為25KPa真空壓力設(shè)定為低于大氣壓1KPq航行時(shí) 要避免貨艙超壓或出現(xiàn)負(fù)壓。圖 1 蒸汽輪機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)原理圖安全在天然氣運(yùn)輸

37、中是極其重要的，蒸汽輪機(jī)主推進(jìn)系統(tǒng)的可靠性、嚴(yán)格的安全操作規(guī)程以及成熟的系統(tǒng)設(shè)計(jì)使得LN現(xiàn)有極好的安全記錄。迄今為止，除發(fā)生過個(gè)別型號蒸汽輪機(jī)齒輪箱過度磨損事故外，并無其他重大機(jī)損事故報(bào)告。LNG船造價(jià)高昂，延長船舶使用壽命是降低船舶營運(yùn)成本的重 要措施之一。與其他船舶一樣，LN郵使用壽命很大程度上取決于船體、貨 艙和主推進(jìn)裝置的服務(wù)壽命。船體、貨艙和主推進(jìn)系統(tǒng)的維護(hù)管理是LNG船舶管理的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)日本船級社1992 年的技術(shù)簡報(bào)對防范非自持式液化氣船舶事故的反思，通過對29 艘非自持式液化氣船舶的事故調(diào)查分析“，其結(jié)果表明液化氣運(yùn)輸船舶的安全系數(shù)很高，貨艙發(fā)生液化氣泄漏的危險(xiǎn)性很低。蒸汽

38、輪機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是：蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)的燃油消耗率比低速柴 油機(jī)高，系統(tǒng)整體熱效率低，燃料消耗量大。只有當(dāng)蒸發(fā)汽的價(jià)格與燃油的 價(jià)格相比足夠低時(shí)，此種方案的推進(jìn)系統(tǒng)在營運(yùn)的經(jīng)濟(jì)性方面才有一定的優(yōu) 勢，越過了某一價(jià)格的臨界點(diǎn)，系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性差的問題便凸顯出來了。2 .燃?xì)廨啓C(jī)在LNG船上采用燃?xì)廨啓C(jī)推進(jìn)裝置，可采用機(jī)械式或電力式。燃?xì)廨啓C(jī) 重量較輕，無振動(dòng)、并且可以使用雙燃料（使用重油作為備用燃料）。它的低 效率某種程度上可通過聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)來彌補(bǔ)。然而，燃?xì)廨啓C(jī)對電站和氣體 壓力的要求較高，這會(huì)使安裝更復(fù)雜，費(fèi)用更為昂貴。羅爾斯羅伊斯燃?xì)廨啓C(jī)公司，于 2002年初推出了供LNG船選用的 Trent

39、30型燃?xì)廨啓C(jī)。該機(jī)輸出功率達(dá) 36MW且重量較輕，不到26噸。與 蒸汽輪機(jī)相比，這種燃?xì)廨啓C(jī)在整個(gè)使用期間可以節(jié)約營運(yùn)成本2096左右。如選用Trent30型燃?xì)廨啓C(jī)作LN郵主機(jī)，船的總長可縮短19米，而載重 量卻可增加12%,這對提高船舶經(jīng)濟(jì)效益至關(guān)重要。Trent30型燃?xì)廨啓C(jī)具 有模塊化結(jié)構(gòu)等特性，可維修性好，這己成為用戶選用船舶主機(jī)的重要條件 之一。阿爾斯通公司和通用動(dòng)力公司也準(zhǔn)備為 LNCB提供燃?xì)廨啓C(jī)。他們認(rèn)為， LNG船采用燃?xì)廨啓C(jī)推進(jìn)可以節(jié)省很大的艙內(nèi)空間和減輕主機(jī)重量。阿爾斯 通公司已向LNG船市場推出了輸出功率達(dá)17兆瓦的GT3慳燃?xì)廨啓C(jī)。該機(jī) 是能使用柴油和天然氣混合燃

40、料的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，柴油和天然氣的混合比為2 : 8。目前船東對這種燃?xì)廨啓C(jī)很感興趣。通用動(dòng)力公司生產(chǎn)的LM2500型和LM600理燃?xì)廨啓C(jī)也適合于LNG船，這兩型燃?xì)廨啓C(jī)具有可靠性高、重 量輕、單位重量的功率很大等特點(diǎn)。為了滿足對LNG船冗余度方面的要求，可在一艘LN硼上可安裝兩臺燃?xì)廨啓C(jī)或采用燃?xì)廨啓C(jī)加余熱鍋爐或采用燃 氣輪機(jī)與柴油機(jī)聯(lián)合動(dòng)力裝置。復(fù)合渦輪機(jī)組（即燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)十蒸汽輪機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)），是在用燃?xì)廨啓C(jī) 燃燒蒸發(fā)汽的同時(shí)，利用廢氣能量產(chǎn)生蒸汽，驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)的 燃料效率較一般的蒸汽輪機(jī)好，而且排放的廢氣與汽輪發(fā)動(dòng)機(jī)相同，是比較清潔的。缺點(diǎn)是需要高質(zhì)量的石油燃料，并且不能與蒸

41、發(fā)汽混合燃燒。將來 還可能考慮與電力推進(jìn)裝置相結(jié)合。 從環(huán)保因素考慮將來有可能會(huì)采用此種 方案的推進(jìn)系統(tǒng)。3 .雙燃料電力推進(jìn)該種推進(jìn)方式采用雙燃料發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生電能，供給船舶推進(jìn)電動(dòng)機(jī)組， 經(jīng)減速裝置減速后驅(qū)動(dòng)螺旋漿轉(zhuǎn)動(dòng)。在建船舶中，己有LNG船采用此種推進(jìn)方式，根據(jù)其配置的不同有多種型式可供選擇，其原理如圖2。由于雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)可使用低壓氣體，在發(fā)動(dòng)機(jī)入口處壓力在4bar至5bar之間，具壓縮機(jī)組與目前使用蒸汽輪機(jī)推進(jìn)裝置的船舶基本相同?；陔p燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的電力推進(jìn)裝置的總效率高于 40%,與蒸汽推進(jìn)裝置的30% 或者更低相比要好得多。至于選擇單槳還是雙槳，將基于航線情況及不同的 冗余要求而定。

42、發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)目及輸出功率將由所需的軸功率及冗余度決定。 通常來說，一艘13. 5萬立方米的LNGm所需功率大約為30唧，可由4臺 50DF發(fā)動(dòng)機(jī)組組成，其MC喻出功率為950千瓦/缸，熱效率高達(dá)46. 5% “1。在轉(zhuǎn)速為500rpm(50Hz)或514rpm(60Hz),熱效率可達(dá)48%,推薦的裝 置為8缸機(jī)或9缸機(jī)。多臺機(jī)使系統(tǒng)具有良好的冗余特性，同時(shí)也具有良好 的機(jī)動(dòng)性，適應(yīng)不同的運(yùn)營模式要求，如機(jī)動(dòng)操縱、在港口等待、裝載及卸 貨等。在海上和港口中可進(jìn)行靈活的預(yù)防性維護(hù)，這對蒸汽裝置或者說大型 二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)都是不可能的。圖2雙燃料電力推進(jìn)系統(tǒng)原理圖近年來的研究表明，最有利的方案就是使用強(qiáng)制

43、蒸發(fā)汽以代替燃油。這 種推進(jìn)方式冗余度高，操作靈活，可以保證 LN郵具有較高的可靠性；提高 了熱效率，具有低排放的特性。4 .雙燃料推進(jìn)系統(tǒng)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)（ 燃油和蒸發(fā)氣） 的發(fā)展己經(jīng)使有效利用蒸發(fā)氣成為可能，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)是從重油柴油機(jī)發(fā)展而來。 因此雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)裝置也是現(xiàn)代LNG船一個(gè)具有強(qiáng)有力競爭力的選才I。該裝置的系統(tǒng)簡圖見圖3。雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)是一種經(jīng)過特殊改造的可直接燃燒LN懿發(fā)汽和燃油的內(nèi)燃機(jī)，有高壓型和低壓型兩種。高壓型雙燃料內(nèi)燃機(jī)在噴射少量的點(diǎn)火柴油后，即可將船上蒸發(fā)的LNG體高壓噴射進(jìn)入燃燒室燃燒；低壓型雙燃料柴 油機(jī)可將船上蒸發(fā)的LNG氣體以較低的壓力（約4bar/cm2）噴

44、射進(jìn)入燃燒室, 在輕油點(diǎn)火下燃燒。前者使用高壓 LNGt路有泄漏的危險(xiǎn)，后者則需要額外 配置點(diǎn)火裝置。據(jù)有關(guān)資料，在挪威近海項(xiàng)目中，在小型LNGm上推進(jìn)系統(tǒng)有直接采用了雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)作為主推進(jìn)裝置， 但此系統(tǒng)需要和蒸發(fā)汽氧化裝 置配套使用。當(dāng)前，天然氣一柴油雙燃料二沖程和四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)己經(jīng)面市，使雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)作為液化天然氣（LNG）船推進(jìn)主機(jī)的構(gòu)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。瓦錫蘭50DF型柴 油機(jī)就是一種以天然氣和柴油作為燃料的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。在正常工作時(shí)，僅使用 9的天然氣和 1的燃油混合燃料，只有在天然氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，才切換到燃油狀態(tài)。在預(yù)燃室中噴入燃油啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。與常規(guī)動(dòng)力裝置相比， 使用這種雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)不

45、但最大限度地利用了蒸發(fā)汽燃料， 而且大大降低了燃油的消耗和運(yùn)營成本， 可節(jié)約燃料20 30，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。在一艘萬立方米 LNG船上，MAN3&W柴油機(jī)公司對燒重 油的蒸汽輪機(jī)與燒重油和天然氣的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了比較， 后者每年可為 船東節(jié)約 250 萬美元左右的費(fèi)用 “ 1。 同時(shí)， 雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)具有很低的排放， 其氮氧化物的排放量只相當(dāng)于普通柴油機(jī)的 1 10，二氧化碳的排放也相當(dāng) 低。由于雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)可以在氣體燃料和液體燃料兩種模式下交替工作，而且兩種模式是自動(dòng)切換，在停止氣體燃料供應(yīng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)停止運(yùn)行，而是自動(dòng)切換到液體燃料模式。隨著船舶動(dòng)力裝置的不斷發(fā)展，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)

46、以其可使用兩種燃料、重量輕、制造成本較低等優(yōu)點(diǎn)將成為今后LNG船主推進(jìn)裝置的一個(gè)重要選擇。圖3雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)裝置系統(tǒng)圖瓦錫蘭雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)配有精確的電子控制設(shè)備，將布置在柴油機(jī)各位置上的傳感器聯(lián)系在一起，對各種參數(shù)如負(fù)載、轉(zhuǎn)速、燃燒特性、廢氣排放溫 度等進(jìn)行監(jiān)控，控制系統(tǒng)對輸入的信號與系統(tǒng)設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行分析比較，立 即對天然氣供氣壓力、供氣量、供氣正時(shí)和空燃比進(jìn)行調(diào)整，以滿足負(fù)荷要 求或其它工作條件，如避免敲缸和熄火。因此當(dāng)氣體質(zhì)量，周圍環(huán)境溫度變 化時(shí)，所有的缸在任何條件下都有最佳的性能。LN砥物蒸汽又t瓦錫蘭6L50DF發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)很好的燃料，唯一需要考慮 的是氣體組成的變化，即氮?dú)庠谡舭l(fā)

47、汽中的含量。通常，氮對發(fā)動(dòng)機(jī)不是有 害的，發(fā)動(dòng)機(jī)吸入的空氣中氮含量就高達(dá) 78%,不過，因?yàn)樗嵌栊詺怏w， 對燃燒沒有貢獻(xiàn)，蒸發(fā)汽的能量（熱值）比純甲烷低。LNG蒸發(fā)汽中氮的含量 可能會(huì)高達(dá)蒸發(fā)汽體積的30%尤其是在航程開始時(shí)。這對瓦錫蘭 6L50DF 發(fā)動(dòng)機(jī)來說不是一個(gè)問題，控制系統(tǒng)會(huì)很好地調(diào)節(jié)功率輸出，平抑波動(dòng)。瓦 錫蘭雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率可達(dá) 46. 5%,它在陸地上累計(jì)己有相當(dāng)數(shù)量的 運(yùn)行時(shí)間，對用于海上來說己趨于成熟。換句話說，一切都己準(zhǔn)備好，是其 向LNG船主推進(jìn)裝置進(jìn)軍的時(shí)候了。六、國外LNG動(dòng)力船舶的幾個(gè)實(shí)例1.世界首艘LNG然料渡船挪威作為LNG生產(chǎn)大國，為了提高挪威氣體燃料

48、技術(shù)和獲得良好的環(huán)境 效應(yīng)，1996年挪威議會(huì)決定分別建造采用 CN函LNG作為燃料的兩種類型車 /客渡船。2000年，世界首艘采用LNG為燃料的渡船“ M/F Glutra ”號由阿 克爾船廠建造完工。通過采用 LNG然料，該船可以減少80%勺NOX非放量， 總成本比采用柴油燃料的渡船高 30%但船廠和運(yùn)營商認(rèn)為由于屬于新技術(shù) 的首次應(yīng)用，費(fèi)用的提高在可接受范圍內(nèi)。該渡船的LNG然料推進(jìn)原理是LNGR卡車儲氣罐注入到船上的不銹鋼儲 氣罐，該不銹鋼儲氣罐布置在甲板下的雙壁不銹鋼容器中。LNG通過發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑蒸發(fā)后進(jìn)入4臺超稀薄燃燒天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)中。每臺發(fā)電機(jī)與對應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)相匹配，通過變頻器將電能

49、供應(yīng)到1000kW勺異步電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)位于船尾的雙槳，以提供較好的操縱性。LNG儲存在2個(gè)真空、珍珠巖絕熱不銹鋼低溫儲氣罐中，該儲氣罐由 AGA?Cryo?A公司提供。每個(gè)LNGB氣罐容積約為32m3最大填充率為85% 儲氣罐的外層是不銹鋼容器，該容器為雙壁結(jié)構(gòu)，中 間填充礦物纖維。不銹鋼容器可以防止LNG逸出，還避免低溫液體對船體鋼板的冷卻侵蝕。 對于氣體系統(tǒng)的要求之一是當(dāng)船舶以最高速度與碼頭發(fā)生碰 撞時(shí)不會(huì)出現(xiàn)任何損壞。 2 個(gè)儲氣罐設(shè)置在位于主甲板下的兩個(gè)獨(dú)立艙室， 每個(gè)艙室還配有蒸發(fā)器，蒸汽通過雙管輸送至壓力為 4bar 的主機(jī)艙。為了安全起見，發(fā)動(dòng)機(jī)的布置遠(yuǎn)離 LNG儲氣罐，位

50、于汽車主甲板上的一 個(gè)狹小舷邊甲板。發(fā)動(dòng)機(jī)采用4臺三菱GS12R-PTK超稀薄燃燒天然氣發(fā)動(dòng) 機(jī)， 轉(zhuǎn)速為 1500r/m 時(shí)單機(jī)功率為675kW， 發(fā)動(dòng)機(jī)在滿載時(shí)的熱效率為37%。4 臺發(fā)動(dòng)機(jī)分布在4 個(gè)不同的、通風(fēng)性好的機(jī)艙，可以通過一套系統(tǒng)中的多個(gè)氣體檢測器進(jìn)行監(jiān)控， 能夠確保在氣體濃度超過某一水平時(shí)依靠截流閥切 斷氣體流動(dòng)。泄漏的氣體通過管道進(jìn)入桅桿頂部。當(dāng)任一機(jī)艙中的氣體混合物達(dá)到最低爆炸水平( LEL) 的 20%時(shí)，氣體檢測器會(huì)發(fā)出報(bào)警并且在發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到60%?LEL寸自動(dòng)切斷氣體供應(yīng)。機(jī)艙的爆炸分析表明：在最壞的情況下， 主機(jī)的兩扇窗格門( sashed-door )將爆裂并立即

51、釋放壓力而不影響其他主 機(jī)室。 在正常操作下， 2 臺主機(jī)可以為推進(jìn)和其他能量消耗提供足夠的功率， 第 3 臺發(fā)電機(jī)作為備用或用于增速或用于惡劣天氣條件下。 第 4 臺發(fā)電機(jī)為 其他主機(jī)維護(hù)時(shí)使用。通過這種配置，該船能夠進(jìn)行23年的全年持續(xù)航行。圖4 LNG燃料渡船" M/F Glutra ”號船上LNG然料的補(bǔ)給由Statoil公司的卡車供應(yīng)，通過舷側(cè)開口進(jìn)行補(bǔ) 給?？ㄜ噧?nèi)的LNG在1臺空氣加熱蒸發(fā)器的壓力作用下輸送到渡船LNGB氣罐。補(bǔ)給過程一般在夜間及無人登船的情況下進(jìn)行，每次補(bǔ)給47m3或16t的LNG耗時(shí)2個(gè)小時(shí)，補(bǔ)給周期約為每5或6天一次。據(jù)了解，F(xiàn)jordl集團(tuán)目前共運(yùn)

52、營10艘LNG然料船舶，該公司表示，通 過多年的運(yùn)營采用LNG乍為燃料的渡船具有良好的環(huán)保性，可以減少 19%勺 CO2 91%勺NOX 100%勺SOW口顆粒物，而且噪聲污染較低。不過建造費(fèi)用 可能會(huì)增加15%-20%維護(hù)成本比柴油主機(jī)高。2.瓦錫蘭65000噸級LNG燃料旅游船2011年，瓦錫蘭公司公布了 65000噸級LNG然料豪華旅游船的設(shè)計(jì)方案。 該船長260米，船寬34米，最大寬度為43.2米，船員650人，客艙780間， 載客能力為1900人，航速19節(jié)。船上安裝3個(gè)465m3的瓦錫蘭LNGPacSt氣罐，LN的天消耒量為45t, 自持力為12天。35米長的C型儲氣罐安裝在游泳池

53、甲板下面的艙壁甲板上， 這種布置既不影響水密艙壁，還能夠通過船尾戶外甲板進(jìn)入艙室。該船裝有 2臺瓦錫蘭6L50DF型和2臺8L50DF©雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，主機(jī)總功率為27300kW LNG為主燃料，柴油為備用燃料，有2個(gè)8000kW勺電動(dòng)機(jī)。燃料補(bǔ)給站布置 在船尾貯存柜附近，既減少了管路長度，又可以保證安全。由于LNGB氣罐容積較大，船舶的補(bǔ)給將通過駁船或者小型 LNG®輸船完成。此外，2009年STX集團(tuán)和法國Stirling 國際設(shè)計(jì)公司推出一型新概念 旅游船EOSEAS該船設(shè)置類似于LNG船上的儲氣罐，采用LNG乍為燃料以驅(qū) 動(dòng)螺旋槳并提供船上所需電力。圖5瓦錫蘭6500

54、0噸級豪華旅游船圖6 65000噸級豪華旅游船雙燃料推進(jìn)布置圖燃料VLCC2010年12月，DN公布了一型環(huán)保VLCCM “Triarity ”號的設(shè)計(jì)構(gòu)想。 該船總長361米，船寬70米，型深27.52米，載重量291300t。該VLCC& 20年內(nèi)使用LNG®料可以減少24%勺CO2 80%勺NOX 94%勺SOX非放量和 顆粒物。據(jù)了解，一艘VLCQS每個(gè)航程中會(huì)損失勺液貨，為了減少貨物蒸 汽的泄漏，該VLCC?裝有貨物蒸汽回收裝置，將貨物蒸汽提供給輔助鍋爐 作為燃料，為貨油泵提供蒸汽動(dòng)力。2個(gè)可以儲存6750m3LNG勺C型壓力罐設(shè)置在甲板室的貨物甲板，便于操作和提高

55、艙室的安全性，續(xù)航力達(dá)到 25000海里。主機(jī)采用 2 臺MAN?Diesel&Turbo高壓雙燃料低速發(fā)動(dòng)機(jī)，可以燃燒壓力為 300bar的天然 氣，船用汽油作為引燃燃料，輔機(jī)將采用低壓雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)或氣體發(fā)動(dòng)機(jī)，并配有三燃料鍋爐。燃料供應(yīng)系統(tǒng)包括主機(jī)的高壓系統(tǒng)、輔機(jī)和鍋爐的低壓系統(tǒng)、增壓裝置和潛水泵等。燃料補(bǔ)給通過LN郵或燃料補(bǔ)給駁。圖7 DNV的LNG燃料油船“ Triarity ”號七、LNM力船舶改造技術(shù)1. 發(fā)動(dòng)機(jī)改造技術(shù)船用LN械動(dòng)機(jī)改造目前有兩種方式。方式一：不改變柴油機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)，只改造進(jìn)氣岐管，增設(shè)燃?xì)饣旌掀?、進(jìn)氣總管和一套控制系統(tǒng)，適用于小功率柴油機(jī)，比如 170 機(jī)

56、型，改造費(fèi)用較低。方式一發(fā)動(dòng)機(jī)改造流程見圖 8。圖 8 方式一發(fā)動(dòng)機(jī)改造流程圖方式二： 改變柴油機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)， 更換氣缸蓋， 在機(jī)體上加設(shè)燃?xì)饪偣?，各缸空氣進(jìn)口支管內(nèi)增設(shè)燃?xì)鈬娮?，另外增加一套控制系統(tǒng)，適用于較大功率柴油機(jī)改造，比如210、 250 機(jī)型，改造費(fèi)用較高。方式二發(fā)動(dòng)機(jī)改造見圖 9。圖 9 方式二發(fā)動(dòng)機(jī)改造圖方式一和方式二的主要差別為：（ 1）方式二是在氣缸進(jìn)氣歧管內(nèi)設(shè)置了燃?xì)鈬娮欤?噴嘴定時(shí)定量地噴出燃?xì)獠⑴c空氣一起進(jìn)入氣缸內(nèi)混合， 而方式一則是燃?xì)庠跈C(jī)體外就與空氣混合，還需經(jīng)渦輪增壓器、總管等，還需經(jīng)過一段路程。（ 2）方式二可以根據(jù)單缸的負(fù)荷變化，來進(jìn)行延時(shí)或提前變量地噴出燃?xì)?/p>

57、，而方式一無法做到這點(diǎn)，而且從本質(zhì)上，安全性能不及方式二。2. 船體改造（ 1）儲罐艙設(shè)計(jì)儲罐艙工藝流程如圖10。當(dāng)液缶I處于98流裝率下時(shí)，LNG靠重力流向儲罐增壓器，氣化后氣體回到液罐，隨著氣體的增加，罐內(nèi)壓力達(dá)到時(shí)，增壓調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，液體停止流入；隨著LNG的使用，液位下降，壓力降低，當(dāng)降至?xí)r，增壓調(diào)節(jié)閥打開，重新流出液體氣化進(jìn)入，因?yàn)闅饣鞒隹诤凸迌?nèi)壓力相通，液體留出的動(dòng)力靠液位差。當(dāng)船舶停航LNG長期不用時(shí)，由于漏熱蒸發(fā)，罐內(nèi)的壓力會(huì)持續(xù)上升，當(dāng)達(dá)到時(shí)，減壓調(diào)節(jié)閥打開，將部分BOG排至強(qiáng)制氣化器加熱進(jìn)入膨脹罐。當(dāng)壓力回到，加壓閥關(guān)閉。圖 10 儲罐艙工藝流程圖（ 2 ）氣化撬間設(shè)計(jì)氣化撬間工藝流程如圖 11。氣化器的液體進(jìn)口前設(shè)置一個(gè)壓力控制閥，壓力信號采至膨脹罐內(nèi)壓力，當(dāng)罐內(nèi)壓力高于設(shè)定壓力時(shí)，閥門關(guān)閉，阻止液體進(jìn)入氣化器