夏義江++歐卓琳

摘 要：該文以廣西標(biāo)準(zhǔn)化河船進(jìn)行LNG動(dòng)力改造工程進(jìn)行了分析和研究，闡述了LNG動(dòng)力船舶發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，分析了改造過(guò)程中的氣罐、機(jī)械設(shè)備的安裝、調(diào)試問(wèn)題，例如：LNG氣罐及附屬裝置的選擇和布置，氣體燃料的圍護(hù)，燃料充裝，防火結(jié)構(gòu)的設(shè)置，滅火系統(tǒng)及探火的配備，主機(jī)改造成LNG/柴油雙燃料，通風(fēng)系統(tǒng)的改造設(shè)置等相關(guān)的分析和設(shè)計(jì)，以設(shè)計(jì)出滿足法規(guī)和規(guī)范的要求，達(dá)到安全的要求，給廣西的船廠以經(jīng)驗(yàn)指引和技術(shù)指導(dǎo)，并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)船型的LNG動(dòng)力改造設(shè)計(jì)有較好的示范和指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：廣西 標(biāo)準(zhǔn)化河船 LNG動(dòng)力改造 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U676 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）03（a）-0074-03

廣西區(qū)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化河船從2012年4月1日開(kāi)始實(shí)施，至今已有3年多，總體取得良好效果，極大地提高了過(guò)閘通航效率和造船效率，但隨著近年來(lái)經(jīng)濟(jì)增速下滑，貨運(yùn)量增長(zhǎng)乏力，運(yùn)價(jià)不斷下降，人工成本持續(xù)攀升，燃料消耗逐漸增大，裝載集裝箱的船舶勉強(qiáng)維持，裝載一般干散貨船舶，利潤(rùn)微薄，瀕臨虧損的邊緣。該文選取主尺度滿足西江干線過(guò)閘要求的船舶標(biāo)準(zhǔn)船型，結(jié)合西江河船實(shí)際情況，以理論分析為基礎(chǔ)，依據(jù)現(xiàn)行的法規(guī)和規(guī)范，對(duì)這種廣西經(jīng)典的標(biāo)準(zhǔn)化河船改造LNG動(dòng)力改造進(jìn)行了詳細(xì)分析，分析改造過(guò)程中所需要注意的重點(diǎn)和難點(diǎn)，特別是涉及到安全性的問(wèn)題要滿足國(guó)家法規(guī)和規(guī)范的要求，為降低船舶、人員和設(shè)備安全的潛在風(fēng)險(xiǎn)，特別是氣罐的選擇，氣體燃料的圍護(hù)，主機(jī)及本質(zhì)安全型機(jī)艙部分，燃?xì)夤苈凡糠诌M(jìn)行詳細(xì)的改造分析，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)船型的LNG動(dòng)力改造設(shè)計(jì)有較好的示范和指導(dǎo)作用[1]。

1 改造概況及主要依據(jù)

本船設(shè)雙機(jī)、雙槳、雙舵的機(jī)動(dòng)貨船，原設(shè)雙主機(jī)，單機(jī)功率212 kW，以柴油為燃料，現(xiàn)改造為柴油-天然氣為雙燃料混燃驅(qū)動(dòng)。

主要依據(jù)法規(guī)和規(guī)范。

該船按中華人民共和國(guó)海事局及中國(guó)船級(jí)社頒布的現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)則的相關(guān)要求進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。

（1）《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》（2011年）及其2015年修改通報(bào)。

（2）《天然氣燃料動(dòng)力船舶規(guī)范》（2013年）。

（3）《內(nèi)河天然氣燃料動(dòng)力船舶法定檢驗(yàn)暫行規(guī)定》（2013）。

（4）《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》（2009）及其2012年和 2014 年修改通報(bào)。

（5）《材料與焊接規(guī)范》（2012年）及其2013年和2014年修改通報(bào)。

2 氣罐及附屬裝置、充氣站及消防的增設(shè)

2.1 增加LNG氣罐及附屬裝置的選擇和布置

增設(shè)船用LNG臥式氣罐置于于尾部二層甲板之上右側(cè)，LNG儲(chǔ)存罐座底甲板及面向LNG儲(chǔ)存罐的二層船員室后圍壁及駕駛室后圍壁應(yīng)為A60級(jí)防火分隔的艙壁。

式中：G3為右主機(jī)燃?xì)庀穆剩?92 g/kW·h；

N3為右主機(jī)額定功率，212KW；

T3為主機(jī)續(xù)航力，45h；

I3為主機(jī)數(shù)量，2臺(tái)；

Q3=3.66t。

實(shí)船在尾船員甲板尾部設(shè)LNG氣罐1只，可裝液化天然氣（LNG）約3.7 t，可采用8 m3LNG船用燃料罐，可滿足續(xù)航力要求。

氣體燃料罐主機(jī)及附件：本船氣體燃料罐主機(jī)、主機(jī)控制系統(tǒng)、GVU箱由主機(jī)廠供貨，并提供船檢產(chǎn)品證書。船員甲板的8 m3獨(dú)立船用LNG儲(chǔ)存罐內(nèi)。船用LNG臥式氣罐配氣罐連接處所（帶氣密門）、水浴汽化器（120 Nm3/h）、緩沖罐（30 L）、自增壓器、調(diào)壓等裝置，設(shè)計(jì)壽命不少于20年，帶CCS船用產(chǎn)品證書，有效容積：8 m3。

2.2 增加充裝系統(tǒng)（加氣站）

該船燃料充裝布置位于開(kāi)敞甲板上，充裝總管由儲(chǔ)氣罐經(jīng)氣罐連接處所引出，充裝接頭為L(zhǎng)NG標(biāo)準(zhǔn)充裝法蘭接頭[2]，燃料充裝時(shí)通過(guò)充裝法蘭接頭與加注設(shè)施（LNG水上/岸上加注站）直接對(duì)船上LNG儲(chǔ)罐加注，其額定充裝量（率）應(yīng)符合LNG儲(chǔ)罐廠家使用要求。在LNG充裝接頭和任何可能泄漏位置的下方安裝有由耐低溫材料制成的集液盤。充裝管路和供應(yīng)管路還設(shè)有氮?dú)獯祾哐b置，發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)饪刂葡到y(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)自帶電控系統(tǒng)ECU進(jìn)行控制[3]。控制、監(jiān)測(cè)、安全系統(tǒng)。該船LNG氣罐與右氣體發(fā)動(dòng)機(jī)均為CCS船用產(chǎn)品，出廠時(shí)已各配備符合規(guī)范要求的控制、監(jiān)測(cè)、安全系統(tǒng)（設(shè)備旁及駕駛室均設(shè)置），船廠另設(shè)置如下安全措施：可燃?xì)怏w探測(cè)器6套，分別為通風(fēng)導(dǎo)管、閥組單元GVU箱體內(nèi)各1套，右主機(jī)上方1套，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱透氣管內(nèi)1套，LNG氣罐連接處所內(nèi)2套，機(jī)艙與氣罐上方各設(shè)有感溫、感煙火災(zāi)探測(cè)器各1套，機(jī)艙通風(fēng)機(jī)、供氣通風(fēng)導(dǎo)管通風(fēng)機(jī)與右氣體發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)互鎖。

2.3 增設(shè)的消防系統(tǒng)

為保護(hù)儲(chǔ)氣罐，在儲(chǔ)氣罐存放的露天甲板上設(shè)置了水霧噴淋管路，噴嘴為全孔型高速水霧噴嘴，用于儲(chǔ)氣罐暴露部分及限界面的防火降溫。水霧管路接至消防總管并由閥門控制，該閥設(shè)置在艉部甲板安全且容易到達(dá)的位置。該船消防主要為水滅火系統(tǒng)，全船在機(jī)艙進(jìn)出口左右舷及船中、船艏、尾船員甲板LNG氣罐附近均設(shè)有消防栓，機(jī)艙內(nèi)設(shè)80CWL-6型電動(dòng)消防（兼水霧）泵組2臺(tái)，可為全船提供消防用水。該船氣罐處所水霧系統(tǒng)由消防總管提供（主要用于冷卻、防火以及船員防護(hù)），水霧總管連接到消防總管前設(shè)有截止閥，以防止水霧管遭受損壞時(shí)不影響被隔離管段前面的消防管路[4]。為了隔離破損區(qū)域，在水霧總管上還通過(guò)多只截止閥隔離劃分為幾個(gè)區(qū)域的水霧支管，截止閥設(shè)在安全且易到達(dá)的位置，該位置不會(huì)因火災(zāi)而切斷。水霧系統(tǒng)覆蓋位于甲板上方的氣罐的暴露部分外，還覆蓋面向該氣罐的上層建筑和甲板室的限界面。該船氣罐充裝接頭附近設(shè)有由消防總管提供的水幕系統(tǒng)，通過(guò)水幕噴頭將水噴灑成水簾狀，以防止在充裝過(guò)程中LNG泄漏到周圍船體或甲板上使其遭受低溫?fù)p傷。在氣罐附近設(shè)有2具容量5 kg的手提式干粉滅火器，在充裝站還設(shè)置有一臺(tái)容量不小于160 kg的大型推車式粉滅火器及1具容量不少于5 kg的手提式干粉滅火器（兩種滅火器由充裝站配置）。惰氣吹掃系統(tǒng)：本船不設(shè)惰性氣體發(fā)生裝置及氮?dú)馄?，船上充裝系統(tǒng)中設(shè)有惰氣吹掃管線及其他惰氣吹掃接口，惰氣由加注方在本船加注后提供吹掃。其他惰氣接口只在船舶動(dòng)力系統(tǒng)維修時(shí)使用（如曲軸箱透氣管惰氣接口），也由岸基部門提供。

3 主機(jī)改造成LNG/柴油雙燃料

3.1 船舶主機(jī)改造

在原船使用的主機(jī)（即柴油機(jī)）上增加一套液化天然氣供給系統(tǒng)，將單燃料柴油機(jī)改造為L(zhǎng)NG-柴油的兩種燃料混燃的發(fā)動(dòng)機(jī)，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)采用的是電控噴射系統(tǒng)[5]。為了精確控制空氣燃料的比例，沒(méi)有燃?xì)鈷叱⒈ＷC燃燒充分，排放性能好，目前大多數(shù)改造LNG動(dòng)力的船舶都是選擇改造液化天然氣采用支管進(jìn)氣多點(diǎn)噴射方式，安全性比較高，技術(shù)也比較成熟。

3.2 增加燃?xì)庀到y(tǒng)

該船機(jī)艙需改造為本質(zhì)安全型機(jī)器處所，燃?xì)夤苈吠ㄟ^(guò)雙套管型式進(jìn)入機(jī)艙。本船LNG儲(chǔ)罐（含單冷箱、系統(tǒng)管路、充裝口等）總成有儲(chǔ)罐供貨廠家負(fù)責(zé)全部圖紙及技術(shù)文件的送審和產(chǎn)品報(bào)檢，并取得相應(yīng)的產(chǎn)品證書。單冷箱內(nèi)含有儲(chǔ)罐增壓器、汽化橇、緩沖罐以及LNG配套管路等，組成燃?xì)夤庀到y(tǒng)。液態(tài)低溫天然氣從儲(chǔ)氣罐出來(lái)后經(jīng)根部閥、汽化器使液態(tài)轉(zhuǎn)換成氣態(tài)進(jìn)入緩沖罐，經(jīng)供氣總管進(jìn)入機(jī)艙，再通過(guò)穩(wěn)壓使燃?xì)鈮毫Ρ３衷?～4 bar左右，為雙燃料主機(jī)供氣。供氣總管進(jìn)機(jī)艙前分成兩路，經(jīng)支管互鎖閥為主機(jī)提供燃?xì)猓ㄒ?jiàn)燃?xì)夤庀到y(tǒng)原理圖）。儲(chǔ)氣罐防止在艉部甲板，燃?xì)馐褂弥?0%后由LNG加注船為該船加液，加液時(shí)加裝不銹鋼罩，以防止充裝飛濺，裝滿燃?xì)夂髢?chǔ)氣罐可立即投入使用。設(shè)燃?xì)馔L(fēng)套管抽風(fēng)機(jī)和冷箱通風(fēng)管抽風(fēng)機(jī)各一套（每套2臺(tái)抽風(fēng)機(jī)），用在雙燃料主機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中燃?xì)夤芟蛋l(fā)生泄漏時(shí)及時(shí)抽排套管內(nèi)和冷箱內(nèi)的可燃?xì)怏w，以確保機(jī)艙設(shè)備和船舶的運(yùn)行安全。船尾船員甲板尾部開(kāi)敞甲板處設(shè)有一只船用LNG氣罐（有效容積：8 m3，設(shè)計(jì)壽命不少于20年），該氣罐配連接處所（帶氣密門）、水浴汽化器（120 Nm3/h）、緩沖罐（30 L）、自增壓器、調(diào)壓等裝置，通過(guò)自帶閥件及管路系統(tǒng)可完成充液、供發(fā)動(dòng)機(jī)用氣、平衡罐內(nèi)壓力、安全放散、緊急切斷、壓力液位就地顯示及信號(hào)遠(yuǎn)傳、溫度遠(yuǎn)傳等監(jiān)測(cè)控制。只有當(dāng)拖動(dòng)轉(zhuǎn)速達(dá)到150 r/min時(shí)，氣體燃料互鎖閥才自動(dòng)打開(kāi)供氣；當(dāng)轉(zhuǎn)速自動(dòng)上升到達(dá)到400 r/min，系統(tǒng)判定點(diǎn)火成功，啟動(dòng)馬達(dá)自動(dòng)退出，發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)進(jìn)入怠速；當(dāng)拖動(dòng)超過(guò)15 S轉(zhuǎn)速?zèng)]有上升，發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)判定點(diǎn)火失敗，會(huì)自動(dòng)關(guān)閉氣體燃料互鎖閥并發(fā)出報(bào)警；停機(jī)過(guò)程是：用戶按下停機(jī)按鈕，氣體燃料互鎖閥先關(guān)閉，當(dāng)互鎖閥之后的燃?xì)夤軆?nèi)燃?xì)夂谋M，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速回到0，此時(shí)點(diǎn)火系統(tǒng)才自動(dòng)關(guān)閉，在供氣管路控制處所及機(jī)艙內(nèi)顯見(jiàn)位置應(yīng)張貼有關(guān)供氣管操作的警示牌。由于汽化器隨LNG氣罐布置在尾船員甲板，距離發(fā)動(dòng)機(jī)較遠(yuǎn)，該船另配備一臺(tái)專用電動(dòng)供水泵。

3.3 增加通風(fēng)設(shè)備

該船機(jī)艙按本質(zhì)安全型進(jìn)行設(shè)計(jì)，機(jī)艙設(shè)風(fēng)量為6 000 m?/h的軸流防爆通風(fēng)機(jī)2臺(tái)，布置在主甲板，通過(guò)風(fēng)管和封口將新鮮空氣送至機(jī)艙內(nèi)主、輔機(jī)的進(jìn)氣口處等需要新鮮空氣的地方，用以改善發(fā)動(dòng)機(jī)的工況和改善操作人員的工作環(huán)境[6]。

目前，面對(duì)天然氣良好的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保效益，我國(guó)政府和民間涌現(xiàn)出巨大的熱情，特別是我國(guó)內(nèi)河約有3萬(wàn)艘船只面臨“油改氣”，能源公司也在加緊加氣站的布局，這將是一個(gè)巨大的市場(chǎng)，且因?yàn)樘烊粴馊紵龔氐?，不易積碳，減少維護(hù)費(fèi)用逾50%等，而且世界上天然氣的儲(chǔ)量豐富，同時(shí)LNG作為船舶動(dòng)力已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，同時(shí)為應(yīng)對(duì)國(guó)際油料不穩(wěn)定因素，我國(guó)已規(guī)劃LNG作為替代能源戰(zhàn)略，將LNG應(yīng)用到我國(guó)航運(yùn)符合國(guó)家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整戰(zhàn)略，隨著改造技術(shù)的成熟和完善，“油改氣”的船舶市場(chǎng)將更廣闊，在經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的西部地區(qū)應(yīng)用將更為廣泛。

參考文獻(xiàn)

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