LNG燃料動力船舶技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

1、精心整理LNG燃料動力船舶技術(shù)開展與應(yīng)用前言二十一世紀(jì)是人類追求美好生活、實(shí)現(xiàn)美麗夢想的偉大時代,也是面臨諸多問 題、迎接挑戰(zhàn)的變革時代.雖然世界經(jīng)濟(jì)仍然在快速開展,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 油價格不斷上漲,國際污染公約日趨嚴(yán)格,使得整個船舶工

2、業(yè)不得不尋求新的解決 之道.船用LNG術(shù)似乎給我們帶來了希望,它不僅清潔,而且儲量充分,甚至比 石油的儲量還要豐富,如果應(yīng)用 LNG乍為動力,似乎同時緩解了上述的兩個問題.然而,對于現(xiàn)有的技術(shù)與政策而言,要實(shí)現(xiàn)全面的LNGt,我們還有相當(dāng)長的路要走.下面我們對LNG然料動力船舶技術(shù)的現(xiàn)狀、開展和應(yīng)用進(jìn)行初步的探討.一、開展LNG然料動力船舶的優(yōu)勢LNG就是液化天然氣LiquefiedNaturalGas 的簡稱.將氣田生產(chǎn)的天然氣凈 化處理,再經(jīng)超低溫-162 C加壓液化就形成液化天然氣. LN人要成分是甲烷, 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1/600,重量僅為同

3、體積水的45施右,熱值為汽油的1.2倍.與傳統(tǒng)的燃油相比,LNGM有以下優(yōu)勢：1 .儲量豐富.2021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0.8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2021年底探明天 然氣儲量到達(dá)63357億立方米,具有廣泛運(yùn)用天然氣的資源根底.2 .經(jīng)濟(jì)性好.根據(jù)目前的油價和 LNG價格水平柴油8200元/噸,LNG5000S/ 噸,使用LNG比使用柴油節(jié)約40V60%勺燃料費(fèi)用.按熱值計(jì)

4、算,LNG介格只有柴精心整理油的60%fc右1立方米天然氣產(chǎn)生的能量相當(dāng)于 1.2升柴油產(chǎn)生的能量,且由于 天然氣燃燒徹底,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的污染物排放最少,一般來說可以減少10%- 20%勺CO珊放量,90%勺NO排放量,100%勺硫化物和顆粒物 排放；最后,天然氣燃燒時比擬柔和,燃燒噪聲小.4 .平安性好.首先,天然氣燃點(diǎn)為650C 柴油為260 C ,汽油為427C;其次, 天然氣發(fā)生爆炸的濃度區(qū)間是 5-15% 柴油為0.5-4汽油為1-5%

5、;最后,天然氣密 度是空氣的55%泄漏后會直接擴(kuò)散到空氣中,如果參加嗅劑泄漏時可被及時發(fā)現(xiàn), 減少平安隱患.5 .冷能用J用.LNG在氣化時產(chǎn)生大量的冷能860883kJ/kg .在發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì) 或改裝時可以給予考慮,持別船舶制冷和空調(diào)、漁船冷凍和冷藏等方面給予利用.產(chǎn)f ' f JLNG CNG LPG的區(qū)別：1 .CNG是壓縮天然氣CompressedNaturalGas.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20MP3,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的組成比CNGM純潔,不含水分, 因而LNG勺排放性能要優(yōu)于

6、CNG2 .LPG是液化石油氣LiquefiedPetroleumGas.經(jīng)常容易與LNG1淆,其實(shí)它們有 明顯區(qū)別.LPG勺主要組分是丙烷超過95%,還有少量的丁烷.LP士適當(dāng)?shù)膲毫?下以液態(tài)儲存在儲罐容器中,常被用作炊事燃料和車輛燃料.二、開展LNG燃料動力船舶的背景分析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.我國是一個人均占有資源相對貧乏的國家,節(jié)能減排責(zé)任重大.2021年我國原油消耗到達(dá)4.55億噸,需進(jìn)口 2億噸才能滿足要求,約為總需求的 45%預(yù)計(jì)2021年,原油消耗將 達(dá)5.6億噸,石油對外依存度將提升到60%巨大的原油消費(fèi)又會促使原油價格保持 高位,提升

7、船舶運(yùn)營本錢.因此,原油短缺會制約我國經(jīng)濟(jì)的開展,還會嚴(yán)重威脅 國家的能源平安.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),精心整理規(guī)定了船舶污染防治、減少排放的標(biāo)準(zhǔn)和時限.近年來,國際海事組織 IMQ增強(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%fc右,二氧化碳排放量占18.9%,并且這一比例仍逐年上升.而

8、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NQ SO和顆粒等污染物約100萬噸,占港口區(qū)域總量的50蛆上. 因此,以技術(shù)創(chuàng)新為先導(dǎo),大力提升船舶動力裝置的節(jié)能減排水平,走綠色船舶動 力開展之路已成為貫徹落實(shí)科學(xué)開展觀、建設(shè)節(jié)能型社會的必然選擇.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)重時影響身心健康,危及航行平安.20世紀(jì)80年代,由于航運(yùn)業(yè)的蓬勃開展,國際社會普遍關(guān)注船舶艙室的噪音問題,相關(guān)研究較多,也促使了我 國一系列標(biāo)準(zhǔn)的出臺.之后一段時間,隨著造船技術(shù)的成熟,艙室噪音得到一定控 制

9、,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升, 作為影響船員生活質(zhì)量和工作質(zhì)量的主要因素之一,噪音問題不容無視.大型遠(yuǎn)洋 船舶的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)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,身心健康無法保證.現(xiàn)代船用柴油機(jī)普遍采用高增壓,具增壓器轉(zhuǎn)速可達(dá) 20000r

10、pm以上,對氣流的作用可產(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,也會發(fā)出刺耳的敲擊聲.3 .國家高度重視.國家“十二五開展規(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,溫家寶總理在哥本哈根全球氣候大會 上向世界承諾一到2021年前CO排放量比2005年減少40%-45%船舶燃料作為耗能 和碳排放大戶,必然會成為改造重點(diǎn).2021年1月國務(wù)院正式公布?關(guān)于加快長江等內(nèi)河水運(yùn)開展的意見?,將內(nèi)河精心整理水運(yùn)開展上升為國家戰(zhàn)略,提出了我國內(nèi)河水運(yùn)的開展目標(biāo),明確要求

11、利用10年左右的時間,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LNG船舶的實(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)開展的 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)開展的意見?的實(shí)施意見,都把利用綠色能源 作為以后開展的重點(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昆合動力船舶技術(shù)正是其中的試點(diǎn)新技術(shù)之一.2021年1月,海事局又專門下發(fā)通知,對LNG然料動力船舶改造試

12、點(diǎn)工作進(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)局的開展規(guī)劃,“十二五期間,我國將全力提升漁船裝備 技術(shù)水平,推動漁業(yè)船舶向現(xiàn)代平安、節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)型方向開展轉(zhuǎn)變.用LNG代替柴油作船舶燃料,符合國家“十二五開展規(guī)劃和科學(xué)開展觀的總 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)工程.可以預(yù)見,以天 然氣為主導(dǎo)的中國綠色海運(yùn)時代即將開啟.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 整個漁業(yè)能耗的70%漁船燃料的費(fèi)用約占漁業(yè)捕撈本錢的 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,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,價格低廉,運(yùn)輸方便,使用平安等優(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)代化開展將會起到 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2021年11月13日對 擁有“柴油-LNG'雙動力白津塘漁03808和津塘漁03820漁船進(jìn)行了試

14、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)2021年內(nèi)改造完成.農(nóng)業(yè)部漁業(yè)船舶檢驗(yàn)局 2021年確定的漁船液化天然精心整理氣LNG動力改造方案提出,至U 2021年,要使適用于LNG動力的漁船柴油消耗量 中的 709< LNGHi替.5 .LNG動力船舶改造相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求.任何產(chǎn)業(yè)的開展離不開政策標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)和約 束,由于LNG動力船舶產(chǎn)業(yè)開展時間短,因此目前與 LNG動力船舶制造、改造和檢 驗(yàn)的相關(guān)政策、標(biāo)準(zhǔn)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) 的標(biāo)準(zhǔn)來促進(jìn)該產(chǎn)業(yè)的健康快速開展,相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)見表1.表1LNG動力船舶相關(guān)標(biāo)

15、準(zhǔn)序號標(biāo)準(zhǔn)名稱公布 時間公布單位1?雙燃料發(fā)動機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝指南?2007中國船級社CCS2?氣體燃料動力船檢驗(yàn)指南?2021中國船級社CCS3?散裝運(yùn)輸液化氣體船舶構(gòu)造與設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)?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)備標(biāo)準(zhǔn)?2021中國船級社CCS5?有關(guān)船上天然氣燃料發(fā)動機(jī)裝置平安性的臨 時指南?2021IMO海事平安委員會MSC6?LNG然料動力試點(diǎn)船舶關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)要求?2021中國海事局7?LNG燃料動力試點(diǎn)船舶技術(shù)要求?2021中國海事局8?LNGO動力船舶應(yīng)用平安研究工程組織與實(shí)施方 案?2021中國海事局氣體燃料動力船舶除滿足以上技術(shù)要求外,尚應(yīng)滿足?國

16、內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn) 技術(shù)規(guī)那么?2021或?內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)那么?2021的相關(guān)要求.三、雙燃料動力船舶的開展1 .低速雙燃料發(fā)動機(jī)的開展目前,全球推出的低速雙燃料發(fā)動機(jī)僅有瓦錫蘭的 RTX理和曼恩MAN的ME-GI 型發(fā)動機(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)供給商-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型發(fā)動機(jī).2021年秋季瓦 錫蘭正式啟動低速雙燃料發(fā)動機(jī)研制,2021年2月進(jìn)行RTX涮型低速雙燃料發(fā)動機(jī)精心整理的測試工作早在1994年,作為占有全

17、球80%氐速機(jī)市場份額的巨頭曼恩就開始低速雙燃料 發(fā)動機(jī)的研發(fā)工作.2021年5月18日,曼恩在哥本哈根舉行了 ME-GI型雙燃料發(fā)動 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 NQSO排放分別能減少80騎口 90% 2021年4月,曼恩在哥本哈根又舉行第二次 ME-GI 型發(fā)動機(jī)測試展示會,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)動機(jī)向商業(yè)化方面邁進(jìn)了重要一步.預(yù)計(jì) 2021年11 月,韓國現(xiàn)代重工將生產(chǎn)1臺8s70ME-GI型機(jī),而三井造船那么將在2021年下半年生 產(chǎn)1臺6s70ME-G型機(jī).2021年6月,日本

18、三菱重工MHD著手開發(fā)一款低速雙燃料船用二沖程發(fā)動機(jī) UEC-LSG1 11000-18000kw,D=600mm 預(yù)計(jì) 2021 年推出.2021年 6 月,韓國現(xiàn)代 重工HHI推出HimsenH35/40GV型單氣體燃料發(fā)動機(jī),作為一臺發(fā)電用動力裝置 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)動機(jī)市場上占據(jù)了 35愉額,2021年方案15湘于以氣體為燃料的發(fā)動機(jī)替代. 2.中速雙燃料發(fā)動機(jī)的開展與低速雙燃料發(fā)動機(jī)相比,中速雙燃料發(fā)動機(jī)的開展明顯領(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

19、攜帶問題易解決.另一方面,由于中速雙燃料發(fā)動機(jī)有能夠廣泛應(yīng)用 于沿海和內(nèi)河船舶的前景預(yù)期,開展受到更多的關(guān)注.目前,全球推出中速雙燃料 發(fā)動機(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；曼恩開展相對落后,但也推出兩種機(jī)型,有局部訂單； 卡特彼勒只處于起步階段.瓦錫蘭截至2021年5月底,已為100艘LNG船提供了 50DF雙燃料發(fā)動機(jī),力口 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)動機(jī)

20、.曼恩于2007年才通過51/60DF中速雙燃料發(fā)動機(jī)的最后測試,并首次用于船舶 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)動機(jī).之后也 為陸用和發(fā)電用提供了雙燃料發(fā)動機(jī).2021年5月,獲得兩臺8L51/60DF和兩臺精心整理9L51/60DF訂單(俄羅斯現(xiàn)代商船公司).卡特彼勒于2021年底推出旗下MA鬧牌的雙燃料發(fā)動機(jī)MAKM46D骸機(jī)型正在 德國羅斯托克卡特彼勒發(fā)動機(jī)廠進(jìn)行試驗(yàn),預(yù)計(jì)首臺將于2021年交付.與歐洲船用發(fā)動機(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

21、(2021年5月),但也僅是推出了 Himsen品牌的氣體發(fā)動機(jī),尚未能進(jìn)一步拓展至 雙燃料發(fā)動機(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)動機(jī)公司, 生產(chǎn)瓦錫蘭50DF雙燃料發(fā)動機(jī),同時引進(jìn)許可生產(chǎn)曼恩的 ME-GI低速雙燃料發(fā)動機(jī). 3,我國雙燃料發(fā)動機(jī)的開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)動機(jī),但在促進(jìn)內(nèi)河船舶使用雙燃料動力上依舊取得了不錯的進(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)合開展的一長江綠色物流創(chuàng)新工程,以及中國船級社和中國石油聯(lián)合推進(jìn)的“氣化長江等工程,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

22、換船舶發(fā)動機(jī)的條件下,將柴油 -LNG雙燃料 系統(tǒng)加裝到船舶上,將柴油、LNG按一定比例混合供給發(fā)動機(jī),由LNGfel供主要動力, 而柴油用于點(diǎn)燃壓縮狀態(tài)下 LNG的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.2021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) 2021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) 2021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) 2021年

23、3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) 2021年4月,由中石油昆侖能源公司承當(dāng)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) 2021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.精心整理(6) 2021年4月,安徽省首艘LNG然料動力試點(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燃料動力試點(diǎn)改造以來,首艘取得船檢 驗(yàn)證書的船舶.2021年4月7日,“紅日166完成改造后,正式下水試航,在試 運(yùn)營的2年中,該船未出現(xiàn)任何故障,

24、總體運(yùn)行平穩(wěn),取得良好經(jīng)濟(jì)和社會效果.該船2021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然料動 力試點(diǎn)船舶核準(zhǔn)通知?.2021年4月,對照?LNG然料動力試點(diǎn)船舶關(guān)鍵設(shè)備技術(shù) 要求?和?LNG然料動力試點(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式點(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)改造本錢大致為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力 缺乏問題,同時冷能也沒有被充分利用.除了內(nèi)河船舶“油改氣取

25、得了一定進(jìn)展外,在雙燃料發(fā)動機(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)柴動力總廠自主研發(fā)推出了 2000、3000系列高速雙燃料 發(fā)動機(jī),應(yīng)用于石油鉆探動力.2021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)動機(jī)生產(chǎn)基地,規(guī)劃投產(chǎn)后年銷售額 50億元.2021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LNG雙燃料動力.(2)淄博柴油機(jī)總公司,在原船用柴油機(jī)的根底上,以中國船級社?氣體燃料 動力船檢驗(yàn)指南?、?鋼制海洋漁船建造標(biāo)準(zhǔn)?等為主要研發(fā)依

26、據(jù),開發(fā)了Z170、210系列船用雙燃料發(fā)動機(jī).(3) 2021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)2021年交付.(4) 2021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.(5) 2021年10月,中國北車大連機(jī)車車輛推出一款國內(nèi)最先進(jìn)的雙 燃料船用發(fā)動機(jī),它是在原有的 6240型柴油機(jī)的根底上進(jìn)行系統(tǒng)研發(fā)而成,天然氣 替代率可達(dá)80%精心整理(6) 2021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LNGR柴油雙燃料改造試驗(yàn)示范工程協(xié)議簽署,將對北塘50艘漁船進(jìn)行油氣混合動力改造.11月份已改造完成2

27、0艘,成為全國首批油氣混合動力漁船,為全國“LNG 能源上漁船戰(zhàn)略提供示范.(7)我國五大燃?xì)夤?新奧燃?xì)?、港華燃?xì)狻⑷A潤燃?xì)?、中國燃?xì)?、中油燃?xì)? 均已在LN郵用市場取得一定成果.其中,華潤燃?xì)馐姿?LNG桀油混合動力船舶已 于2021年1月7日試航,中油燃?xì)庖灿?021年在贛江等流域完成5艘LN郵舶改 裝并投入運(yùn)營,另有10艘船舶正在改裝階段.四、LNG混合動力系統(tǒng)所謂LNG昆合動力就是在船舶現(xiàn)有柴油機(jī)的根底上,增加一套LNGft氣系統(tǒng)和柴油LNGX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)下兩種運(yùn)行模式,將船舶單一的柴油動力改造為柴油LNG®

28、;燃料動力,通過采用LNGgB分替代柴油燃料,到達(dá)節(jié)省燃油和降低排放的雙重目的.1 .LNG混合動力的特點(diǎn)船舶采用LNG柴油雙燃料動力后,柴油的平均替代率到達(dá)60漁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,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,由于裝備了智能化的 平安監(jiān)測與處置系統(tǒng),一旦有可燃?xì)怏w泄露,就會自動報(bào)警,自動切斷天然氣管路, 啟動防爆通風(fēng)機(jī),隔開儲罐與艙室和機(jī)艙,保證船舶運(yùn)營平安和船員生命平安.此 外,采用LNG然料,即使船舶發(fā)生漂浮事故,也不會出現(xiàn)由于使用柴油燃料導(dǎo)致大 面積水域污染的現(xiàn)象.2 .現(xiàn)有柴油動力

29、到LNG混合動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LNGB罐放置于船體尾部的空閑區(qū),并設(shè)計(jì)一個底座(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. 氣化器可占用局部盥洗室的空間.其次是船用LNG柒油混燃系統(tǒng).根據(jù)船的空間特點(diǎn)設(shè)計(jì)、安裝、連接船用LNG-柴油混燃系統(tǒng),依次為：LNGB罐、氣化器、氣體流量計(jì)、電動截止閥、不銹鋼管路、 阻火器、減壓穩(wěn)壓閥、噴射閥、柴油機(jī).精心整理第三是平安與消防.在LNGB罐位置應(yīng)安裝2個可燃?xì)怏w探測器,在機(jī)艙內(nèi)應(yīng) 安裝4個可燃?xì)怏w探測器.在機(jī)艙兩側(cè)頂部位置應(yīng)安裝2臺

30、軸流防爆風(fēng)機(jī).一旦有可燃?xì)怏w泄露,濃度到達(dá)天然氣燃爆點(diǎn)的20嫩進(jìn)行聲光報(bào)警,并自動啟動軸流風(fēng)機(jī) 進(jìn)行強(qiáng)制排風(fēng)換氣.如果濃度到達(dá)燃爆點(diǎn)的 40%那么自動切斷電動截止閥.上述動作 過程全部是自動限制.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),保證滿足限制系統(tǒng)和軸流風(fēng)機(jī)用電的需要.3 .LNG混合動力的推廣應(yīng)用大量試驗(yàn)和研究說明,LNG柒油雙燃料動力技術(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)一步做好以下幾個方面的工作.一是開展加氣站規(guī)劃.為滿足 LNG桀油雙燃料動力船舶加氣的需求,需在港口

31、 和沿河布置加氣站.據(jù)悉,中石油及港華燃?xì)夤餐督ǖ?條LNGffl氣建船有望在2021年6月左右下水試航,為來往船舶加氣.預(yù)計(jì) 2021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?氣體燃料動力船舶 檢驗(yàn)指南?,國家2021年也公布了?LNG燃料動力試點(diǎn)船舶關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)要求?和?LNG然料動力試點(diǎn)船舶技術(shù)要求?,江蘇藍(lán)色船舶動力編制了?柴油 -LNG 雙燃料動力系統(tǒng)操作手冊?和?船員平安作業(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),主要包括兩個方面：一是 進(jìn)一

32、步完善標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)體系.全力推進(jìn)?氣體燃料動力船舶檢驗(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)一步完善并公布船員操作 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)、施工的標(biāo)準(zhǔn)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.在港口和沿河加氣站點(diǎn)、LN

33、GO備庫等基地的土地征用中給予適當(dāng)政策精心整理支持.三是建立工程工作協(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2021年底,全球有22艘LNGtft力船舶已在商業(yè)化運(yùn) 營.到2021年,全球以LN助燃料的新船訂單將到達(dá)500艘,到2021年將升至數(shù) 千艘.五、目前LN郵動力裝置介紹LN硼是載運(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,LNG船在LNG動力技術(shù)研究上是比擬成熟的,這里就以 LNG船為例來介紹幾種LNM力裝置.1 .蒸汽輪機(jī)蒸汽輪機(jī)占據(jù)

34、今天全球LNGm推進(jìn)系統(tǒng)的主流,主要原由于：LNG船舶的航速要 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 時系統(tǒng)功率裕量較大、可靠性較高,可以滿足交貨時效性的要求；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)汽的平安利用問題；LNG的應(yīng)用技術(shù)在相當(dāng)長的時期內(nèi)只被少數(shù)幾個興旺國家所掌 握,同時市場長期處于供過于求的狀態(tài),LNG價格較低,蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)的整體經(jīng)濟(jì)性 較

35、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 LNG 船主推進(jìn)系統(tǒng)的障礙.經(jīng)過幾十年的開展,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)換成動能驅(qū)動渦輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 動,經(jīng)減速裝置減速后帶動螺旋槳轉(zhuǎn)動,從而推動船舶前進(jìn).鍋爐配備貨物L(fēng)NGH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)用記錄說明系統(tǒng)具有很高的可靠 性.蒸發(fā)汽獲取量取決于船舶設(shè)計(jì)

36、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,可得到的蒸精心整理發(fā)汽量只有滿載航行時的1050% ,具體比例取決于貨艙留有用于預(yù)冷液貨的量、 海況和貨艙溫度的限制等綜合因素.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.LNG1發(fā)汽 在空氣中爆炸濃度范圍是514%,釋放到大氣不但不經(jīng)濟(jì)而且非常危險(xiǎn).LNG是在常壓下運(yùn)輸?shù)?通常液貨艙平安閥設(shè)定壓力為 25KPq真空壓力設(shè)定為低于大氣壓 1KPq航行時要預(yù)防貨艙超壓或出現(xiàn)負(fù)壓.圖1蒸汽輪機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)原理圖 &quo

37、t;二一 I平安在天然氣運(yùn)輸中是極其重要的,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郵有極好的平安記錄.迄今為止,除發(fā)生 過個別型號蒸汽輪機(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 價高昂,延長船舶使用壽命是降低船舶營運(yùn)本錢的重要舉措之一.與其他船舶一樣, LNG船使用壽命很大程度上取決于船體、貨艙和主推進(jìn)裝置的效勞壽命.船體、貨艙 和主推進(jìn)系統(tǒng)的維護(hù)治理是 LNGm舶治理的重要環(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)果說明液化氣運(yùn)輸船舶的平安系數(shù)

38、很高,貨艙發(fā)生液化氣泄漏的危險(xiǎn)性很低.蒸汽輪機(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)汽的價格與燃油的價格相比足夠低 時,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、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 會使安裝更復(fù)雜,費(fèi)用更為昂貴.羅爾斯一羅伊斯燃?xì)廨啓C(jī)公司,于 200

39、2年初推出了供LNG船選用的Trent30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)在整個使用期間可以節(jié)約營運(yùn)本錢 2096左右.如選用Trent30型燃?xì)廨啓C(jī)精心整理作LN郵主機(jī),船的總長可縮短19米,而載重量卻可增加12%,這對提升船舶經(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力公司也準(zhǔn)備為 LNG船提供燃?xì)廨啓C(jī).他們認(rèn)為,LN郵 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GT35

40、型燃?xì)廨啓C(jī).該機(jī)是能使用柴油和天然氣 混合燃料的雙燃料發(fā)動機(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.通用動力公司生產(chǎn)的 LM250慳和LM6000型燃?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LNG船上可安裝兩臺燃?xì)廨啓C(jī)或采用燃?xì)廨啓C(jī)加 余熱鍋爐或采用燃?xì)廨啓C(jī)與柴油機(jī)聯(lián)合動力裝置.復(fù)合渦輪機(jī)組(即燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動機(jī)十蒸汽輪機(jī)發(fā)動機(jī)),是在用燃?xì)廨啓C(jī)燃燒蒸 發(fā)汽的同時,利用廢氣能量產(chǎn)生蒸汽,驅(qū)動蒸汽輪機(jī).這種發(fā)動機(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)動機(jī)相同,是比擬

41、清潔的.缺點(diǎn)是需要 高質(zhì)量的石油燃料,并且不能與蒸發(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)電動機(jī)組,經(jīng)減速 裝置減速后驅(qū)動螺旋漿轉(zhuǎn)動.在建船舶中,己有LNGm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)動機(jī)可使用低壓氣體,在發(fā)動機(jī)入口處壓力在4bar至5bar之間,其壓縮機(jī)組與目前使用蒸汽輪機(jī)推進(jìn)裝置的船舶根本相同.基于雙燃料發(fā)動機(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

42、還是雙槳,將基于航線情況及不同的冗余要求而定.發(fā)動機(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LNG船 所需功率大約為30唧,可由4臺50DF發(fā)動機(jī)組組成,其 MC輸出功率為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 也具有良好的機(jī)動性,適應(yīng)不同的運(yùn)營模式要求,如機(jī)動操縱、在港口等待、裝載精心整理及卸貨等.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)動機(jī)都是不可能的.圖2雙燃料電

43、力推進(jìn)系統(tǒng)原理圖近年來的研究說明,最有利的方案就是使用強(qiáng)制蒸發(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；提升了熱效率,具 有低排放的特性.4 .雙燃料推進(jìn)系統(tǒng)雙燃料發(fā)動機(jī)燃油和蒸發(fā)氣的開展己經(jīng)使有效利用蒸發(fā)氣成為可能,雙燃料 發(fā)動機(jī)是從重油柴油機(jī)開展而來.因此雙燃料發(fā)動機(jī)推進(jìn)裝置也是現(xiàn)代LNG船一個具有強(qiáng)有力競爭力的選擇.該裝置的系統(tǒng)簡圖見圖 3.雙燃料發(fā)動機(jī)是一種經(jīng)過特殊改造的可直接燃燒LNG1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LN5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

44、蒸發(fā)的 LNG氣體以較低的壓力約4bar/cm2噴射進(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),后者那么需要額外配置點(diǎn)火裝置.據(jù)有關(guān)資料,在挪 威近海工程中,在小型LNGm上推進(jìn)系統(tǒng)有直接采用了雙燃料發(fā)動機(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)動機(jī)己經(jīng)面市,使雙燃料發(fā)動機(jī) 作為液化天然氣LNG船推進(jìn)主機(jī)的設(shè)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)動機(jī). 在正常工作時,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,才切換到燃油狀態(tài).在預(yù)燃室中 噴入燃油啟

45、動發(fā)動機(jī).與常規(guī)動力裝置相比,使用這種雙燃料發(fā)動機(jī)不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)營本錢,可節(jié)約燃料20%30%,提升發(fā)動機(jī)的效率.在一艘13.5萬立方米LN加上,MANBW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)動機(jī)進(jìn)行了比擬,后者每年可為船東節(jié)約250萬美元左右的費(fèi)用“1.同時,雙燃料發(fā)動機(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)?shù)?由于雙燃料發(fā)動機(jī)可以在氣體燃料精心整理和液體燃料兩種模式下交替工作,而且兩種模式是自動切換,在停止氣體燃料供給 時,發(fā)動機(jī)不會停止運(yùn)行,而是自動切換到液體燃料模式.隨著

46、船舶動力裝置的不 斷開展,雙燃料發(fā)動機(jī)以其可使用兩種燃料、重量輕、制造本錢較低等優(yōu)點(diǎn)將成為 今后LNGM主推進(jìn)裝置的一個重要選擇.圖3雙燃料發(fā)動機(jī)推進(jìn)裝置系統(tǒng)圖瓦錫蘭雙燃料發(fā)動機(jī)配有精確的電子限制設(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, 限制系統(tǒng)對輸入的信號與系統(tǒng)設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行分析比擬,立即對天然氣供氣壓力、 供氣量、供氣正時和空燃比進(jìn)行調(diào)整,以滿足負(fù)荷要求或其它工作條件,如預(yù)防敲 缸和熄火.因此當(dāng)氣體質(zhì)量,周圍環(huán)境溫度變化時,所有的缸在任何條件下都有最 佳的性能.LNG貨物蒸汽又t瓦錫蘭6L50DF發(fā)動機(jī)是一個很好的燃料,唯

47、一需要考慮的是氣 體組成的變化,即氮?dú)庠谡舭l(fā)汽中的含量.通常,氮對發(fā)動機(jī)不是有害的,發(fā)動機(jī) 吸入的空氣中氮含量就高達(dá)78%,不過,由于它是惰性氣體,對燃燒沒有奉獻(xiàn),蒸 發(fā)汽的能量熱值比純甲烷低.LNGII發(fā)汽中氮的含量可能會高達(dá)蒸發(fā)汽體積的 30% 尤其是在航程開始時.這對瓦錫蘭 6L50DF發(fā)動機(jī)來說不是一個問題,限制系統(tǒng)會很 好地調(diào)節(jié)功率輸出,平抑波動.瓦錫蘭雙燃料發(fā)動機(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)軍的時候了.六、國外LNG動力船舶的幾個實(shí)例1 .世界首艘LNG然料渡船挪威作

48、為LNG&產(chǎn)大國,為了提升挪威氣體燃料技術(shù)和獲得良好的環(huán)境效應(yīng), 1996年挪威議會決定分別建造采用 CNGf口 LNG乍為燃料的兩種類型車/客渡船.2000 年,世界首艘采用LN助燃料的渡船“ M/FGlutra 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,總本錢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)用的提升在可接受范圍內(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)動機(jī)冷卻劑蒸發(fā)后進(jìn)精心整理入4臺超稀薄燃燒天然氣發(fā)動機(jī)中.每臺

49、發(fā)電機(jī)與對應(yīng)的發(fā)動機(jī)相匹配,通過變頻 器將電能供給到1000kW勺異步電動機(jī),該電動機(jī)驅(qū)動位于船尾的雙槳,以提供較好 的操縱性.LNG儲存在2個真空、珍珠巖絕熱不銹鋼低溫儲氣罐中,該儲氣罐由AGA?Cryo?AB 公司提供.每個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.不銹鋼容器可以預(yù)防 LNG逸出,還預(yù)防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)生碰撞時不會出現(xiàn) 任何損壞.2個儲氣罐設(shè)置在位于主甲板下的兩個獨(dú)立艙室,每個艙室還配有蒸發(fā)器,蒸汽通過雙管輸送至壓力為4bar的主機(jī)艙.為了平安

50、起見,發(fā)動機(jī)的布置遠(yuǎn)離 LNG儲氣罐,位于汽車主甲板上的一個狹小 舷邊甲板.發(fā)動機(jī)采用4臺三菱GS12R-PT雙超稀薄燃燒天然氣發(fā)動機(jī),轉(zhuǎn)速為 1500r/m時單機(jī)功率為675kW發(fā)動機(jī)在滿載時的熱效率為37% 4臺發(fā)動機(jī)分布在4 個不同的、通風(fēng)性好的機(jī)艙,可以通過一套系統(tǒng)中的多個氣體檢測器進(jìn)行監(jiān)控,能 夠保證在氣體濃度超過某一水平時依靠截流閥切斷氣體流動.泄漏的氣體通過管道 進(jìn)入桅桿頂部.當(dāng)任一機(jī)艙中的氣體混合物到達(dá)最低爆炸水平(LEL)的20%寸,氣體檢測器會發(fā)出報(bào)警并且在發(fā)動機(jī)到達(dá) 60%?LEL寸自動切斷氣體供給.機(jī)艙的爆炸 分析說明：在最壞的情況下,主機(jī)的兩扇窗格門(sashed-d

51、oor)將爆裂并立即釋放 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4LNG然料渡船“ M/FGlutra 號船上LNG然料的補(bǔ)給由Statoil公司的卡車供給,通過舷側(cè)開口進(jìn)行補(bǔ)給.卡 車內(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LNG儲氣罐.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2個小時,補(bǔ)給周期約為每5或6天一次.據(jù)了解,Fjord1集團(tuán)目前共運(yùn)營10艘L

52、NG燃料船舶,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精心整理100%勺SO牙口顆粒物,而且噪聲污染較低.不過建造費(fèi)用可能會增加15%-20%維護(hù)本錢比柴油主機(jī)高.2 .瓦錫蘭65000噸級LNG然料旅游船2021年,瓦錫蘭公司公布了 65000噸級LNG燃料豪華旅游船的設(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,載客水平 為1900人,航速19節(jié).船上安裝3個465m3的瓦錫蘭LNGPacSt氣罐,LNG§天消耒量為45t ,自持力 為12天.35米長的C型儲氣罐安裝在

53、游泳池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型雙燃料發(fā)動機(jī),主機(jī)總功率為 27300kVy LN助主燃料,柴油為備 用燃料,有2個8000kW的電動機(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,又可以保證平安.由于 LNGB氣罐容積較大,船舶的補(bǔ)給將通過駁船或者 產(chǎn)-% I小型LN弛輸船完成.此外,2021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白上的儲氣罐,采用LNG乍為燃料以驅(qū)動螺旋槳并提 供船上所需電力. j圖5瓦錫蘭6500

54、0噸級豪華旅游船 I <圖665000噸級豪華旅游船雙燃料推進(jìn)布置圖3 .LNG燃料 VLCC2021年12月,DN0布了一型環(huán)保VLCO “Triarity 號的設(shè)計(jì)設(shè)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然料可以減少24%勺CO2 80%勺NOX 94%勺SOX非放量和顆粒物.據(jù)了解,一 艘VLCGB每個航程中會損失0.2%的液貨,為了減少貨物蒸汽的泄漏,該 VLCC5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 力.2個可以儲存6750m3LNG勺C型壓力罐設(shè)置在甲板室的

55、貨物甲板, 便于操作和提 高艙室的平安性,續(xù)航力到達(dá) 25000海里.主機(jī)采用2臺MAN?Diesel&Turbo高壓雙 精心整理燃料低速發(fā)動機(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)動機(jī)或氣體發(fā)動機(jī),并配有三燃料鍋爐.燃料供給系統(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LNG船或燃料補(bǔ)給駁.圖7DNV勺LNG然料油船“ Triarity 號七、LNM力船舶改造技術(shù) I / _.1 .發(fā)動機(jī)改造技術(shù)船用LNGe動機(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 I

56、管和一套限制系統(tǒng),適用于小功率柴油機(jī),比方170機(jī)型,改造費(fèi)用較低.方式一發(fā)動機(jī)改造流程見圖8.圖8方式一發(fā)動機(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?另外增加一套限制系統(tǒng),適用于較大功率柴油機(jī)改造, 比方210、250機(jī)型,改造費(fèi)用較高.方式二發(fā)動機(jī)改造見圖9.圖9方式二發(fā)動機(jī)改造圖 II .z 方式一和方式二的主要差異為：(1)方式二是在氣缸進(jìn)氣歧管內(nèi)設(shè)置了燃?xì)鈬娮?噴嘴定時定量地噴出燃?xì)?并與空氣一起進(jìn)入氣缸內(nèi)混合,而方式一那么是燃?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

57、缸的負(fù)荷變化,來進(jìn)行延時或提前變量地噴出燃?xì)? 而方式一無法做到這點(diǎn),而且從本質(zhì)上,平安性能不及方式二.2 .船體改造(1)儲罐艙設(shè)計(jì)儲罐艙工藝流程如圖10.當(dāng)液罐處于98流裝率下時,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)壓力到達(dá)0.50MPa時,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 0.45MPa 精心整理時,增壓調(diào)節(jié)閥翻開,重新流出液體氣化進(jìn)入,由于氣化器出口和罐內(nèi)壓力相通, 液體留出的動力靠液位差.當(dāng)船舶停航LNG長期不用時,由于漏熱蒸發(fā),罐內(nèi)的壓力會持續(xù)上升,當(dāng)?shù)竭_(dá)0.52MPa時,減壓調(diào)節(jié)閥翻開,將局部 BOG非至強(qiáng)制氣化器 加熱進(jìn)入膨脹罐.當(dāng)壓力回到 0.50MPa,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)置一個壓力限制閥,壓力信 I / _.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,閥門關(guān)閉,阻止液體進(jìn)入氣化 器.設(shè)置該閥的原因是當(dāng)膨脹罐和儲罐的壓力差較大時,輸液管進(jìn)液速度較快,此 時,氣化速度也很快,由于儲罐和膨脹罐的壓力平衡有個延時效應(yīng),此時,氣化器 A 內(nèi)已積聚了局部液體,所以必須阻止后續(xù)液體繼續(xù)