肖國濤

摘要：船舶普遍采用柴油提供動力，船舶廢氣氮氧化物、硫氧化物、碳氧化物的排放成為主要污染源，隨著國家一系列關于LNG燃料動力船舶設計、安裝、檢驗等規(guī)范及法規(guī)的陸續(xù)出臺，節(jié)能減排的進一步實施，設立船舶大氣污染物排放控制區(qū)的推進，LNG燃料動力船在近幾年得以發(fā)展，LNG作為清潔能源得到廣泛的關注。

關鍵詞：船用 ?LNG燃料 ?動力 ?應用

引言

由于國際范圍內(nèi)居高不下的油價，以及各類新出的環(huán)保規(guī)范開始實施，自然而然地液化天然氣（LNG）作為船舶燃料得到了越來越多人的支持，而且LNG動力船舶的技術發(fā)展也越來越受到人們的關注。LNG混合動力作為目前較為前沿的動力技術，本質(zhì)上是基于當前的船用柴油發(fā)動機開發(fā)的，通過加裝一套天然氣供應系統(tǒng)和柴油雙燃料天然氣電控噴射系統(tǒng)，使用電子開關，實現(xiàn)兩種操作模式的轉(zhuǎn)換，從而在純柴油燃料和石油天然氣雙燃料狀態(tài)之間靈活切換，船上的單一柴油動力模式就轉(zhuǎn)變成了LNG雙燃料功率柴油機，為實現(xiàn)最大程度地節(jié)省燃油，降低污染物排放量，保護環(huán)境，可以通過使用液化天然氣的部分或完全取代柴油燃料的做法來實現(xiàn)該雙重目的。

1. LNG動力船的時代背景

1.1 柴油機動力船舶污染情況分析

隨著水上運輸船舶數(shù)量的日益增加，船舶對大氣造成的污染日趨嚴重，據(jù)資料統(tǒng)計，一臺船用中速柴油機，以每年運轉(zhuǎn)4000小時計算，月產(chǎn)生1500噸的氮氧化物。在全球范圍內(nèi)，船舶柴油機的排氣引起的大氣污染約占5—10%，局部地區(qū)已達30—40%，柴油機排出的廢氣除了氮氧化物，還有一氧化碳，碳氫化合物、二氧化硫、三氧化硫、臭氧和微粒物質(zhì)等。這些排放物，有的能致癌，有些是刺激性有毒氣體，可形成有毒的光化學煙霧，或與水作用形成酸雨。可見船舶柴油機的排放是影響空氣質(zhì)量和環(huán)境的重要因素之一。

1.2 環(huán)保意識不斷增強

目前，隨著各類污染的惡化，環(huán)境問題已經(jīng)成了世界的一個時代性主題，而且還關系到內(nèi)河航運和沿海居民的日常生活，沿海環(huán)境對船舶污染物尤其敏感。通過眾多的研究得出結(jié)論，使用柴油機的船舶會產(chǎn)生大量的大氣污染物排放，嚴重影響中國的內(nèi)陸港口和海岸空氣的質(zhì)量。內(nèi)河運輸清潔燃料會成為今后解決內(nèi)河船和內(nèi)河船舶空氣質(zhì)量問題的一個重要渠道和發(fā)展方向。

2.LNG燃料船舶的技術應用分析

2.1氣體燃料發(fā)動機

氣體燃料發(fā)動機有單一和雙燃料發(fā)動機兩種。單一氣體燃料發(fā)動機只能依靠天然氣燃料運轉(zhuǎn)的內(nèi)燃機;雙燃料發(fā)動機可以同時使用燃油和天然氣的內(nèi)燃機，工作時可在純?nèi)加秃碗p燃料模式下相互轉(zhuǎn)換，分為單點噴射式、多點噴射式與缸內(nèi)直噴式。

各國氣體燃料發(fā)動機水平相差較大，英國、美國、芬蘭、日本等國均在研究和生產(chǎn)氣體燃料發(fā)動機方面大量投入，技術水平相對完善，可靠性高，功率范圍廣，污染物減排效果優(yōu)良。

我國受限于較為落后的發(fā)動力研發(fā)技術，其污染物排放未能發(fā)揮LNG清潔能源的環(huán)保屬性，難以達到最佳燃料效果，但近年來也加大了投入，有廣州柴油機廠股份有限公司研制的單燃料多點噴射、中石油旗下的濟柴動力總廠研發(fā)的雙燃料單點噴射、濰柴研發(fā)的單燃料單點噴射、淄柴研發(fā)的雙燃料單點與多點噴射系列氣體燃料發(fā)動機均具備了CCS證書，河柴、玉柴也正在申報、研制中，雙燃料系統(tǒng)平均替代率達到了70%，隨著發(fā)動機關鍵技術的突破與日臻完善，燃料效果逐步提升。

2.2LNG燃料儲存設備

氣體燃料采用氣罐儲存，有薄膜型、半薄膜型、獨立型。各種氣罐優(yōu)缺點對比如下：

目前常用的LNG儲氣罐是C型氣罐，按壓力容器標準設計，其保溫方式一般有：①純真空;②玻璃鋼纏繞加真空;③珍珠巖加真空。其中玻璃鋼加真空的方式較為常見。目前國內(nèi)對于獨立C型儲氣罐的生產(chǎn)有較為豐富的經(jīng)驗，產(chǎn)品安全性、夾層真空度、低溫絕熱性等指標符合專業(yè)技術標準和規(guī)范要求。

2.3LNG燃料供應系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要功能是將儲罐中LNG進行氣化，并通過一定的壓力調(diào)節(jié)單元和應急切斷閥組向天然氣發(fā)動機供給燃料。

該系統(tǒng)主要有供氣管路和熱交換器：對于本質(zhì)安全型機艙內(nèi)所有供氣管路均要求雙壁管，而對于ESD防護型機艙，機電設備均已采用合格防爆型，因此管路不要求雙壁管。熱交換器是將LNG從液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)可用燃料的重要部件，常用空溫式與水浴式兩種。

2.4監(jiān)控和安全系統(tǒng)

通過對歷年來200多起LNG船舶事故的總結(jié)分析，約70%的事故與管、閥、接頭泄漏有關，故該系統(tǒng)在保障LNG安全應用發(fā)揮非常重要的作用，包括對LNG儲罐、燃料處理供給管系，動力設備燃料管線等的壓力、溫度、液位檢測，以及可燃氣體探測等，通過監(jiān)控收集各有關位置的信號參數(shù)，及時處理異常情況，避免發(fā)生LNG泄漏等引發(fā)的安全隱患。

在安全方面，按規(guī)范設計合理的功能分區(qū)，保證各功能區(qū)及主要設備間的防火間距，提供足夠的LNG泄漏收集空間，設置可靠的緊急切斷及自動保護裝置，確保消防供水系統(tǒng)、滅火器材的完好有效。

我國成立了由國家能源局、中國海事局、中石油、中國船級社等組成的“LNG動力船舶應用安全研究項目”領導小組，開展了LNG動力船舶安全性評價及保障措施研究等六個相關課題，現(xiàn)均已結(jié)題，保障了我國安全有序地推進LNG燃料動力船舶的發(fā)展。

3.結(jié)論

隨著國家對船舶污染排放的關注，船用燃料排放ECA（排放管制區(qū)域）的設定，在LNG燃料動力船舶技術及規(guī)范的不斷完善，關鍵設備研發(fā)的投入日益加大，國家利好政策不斷出臺的形勢下，LNG作為清潔能源，可有效降低船舶污染物排放量，對優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，改善環(huán)境，發(fā)展綠色航運有著積極的作用，LNG燃料動力船舶將是環(huán)境治理中不可或缺的重要組成部分。

參考文獻

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