內(nèi)河LNG燃料動(dòng)力船舶改造技術(shù)探討

覃漢

摘 要：本文根據(jù)內(nèi)河船舶的特點(diǎn)，分析內(nèi)河LNG燃料動(dòng)力船舶的改造技術(shù)，闡述了加裝儲(chǔ)存罐、改裝發(fā)動(dòng)機(jī)、安裝燃料管系、加裝監(jiān)測(cè)安全控制系統(tǒng)等改造過(guò)程的技術(shù)要點(diǎn)，并對(duì)LNG燃料動(dòng)力船舶改造提出相應(yīng)的建議。

關(guān)鍵詞：內(nèi)河 LNG燃料 動(dòng)力船 改造技術(shù)

LNG燃料作為清潔能源，以其經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、安全等優(yōu)點(diǎn)愈發(fā)受到航運(yùn)界的青睞，全國(guó)各地LNG燃料動(dòng)力船舶的改造和使用正成為研究的熱點(diǎn)。

今年2月11日，西江水系首艘LNG-柴油雙燃料動(dòng)力船“西江興桂3608”船在廣西貴港建成下水，開(kāi)啟了內(nèi)河LNG燃料動(dòng)力船舶的先河，也為內(nèi)河LNG燃料動(dòng)力船舶改造提供了技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

1.LNG燃料動(dòng)力船舶的改造原理

LNG是通過(guò)在常壓下氣態(tài)的天然氣冷卻至-162℃而凝結(jié)成的液體，即液態(tài)天然氣，是一種經(jīng)濟(jì)、清潔、高效的能源。LNG燃料動(dòng)力船舶改造是把現(xiàn)有船舶單純使用柴油作為燃料的動(dòng)力系統(tǒng)，更改為可以用柴油、LNG或者LNG-柴油作為燃料的動(dòng)力系統(tǒng)，采用LNG部分或者全部代替柴油作為燃料，以達(dá)到節(jié)省燃料和減少有害排放的目的。

根據(jù)內(nèi)河船舶的特點(diǎn)，為了改造方便，且兼顧安全，在LNG燃料動(dòng)力船舶改造時(shí)，建議采取增強(qiáng)安全型機(jī)器處所形式，合理布置增加的LNG燃料儲(chǔ)存罐，規(guī)范安裝燃?xì)夤芟怠⒖茖W(xué)改裝發(fā)動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)，同時(shí)設(shè)置相應(yīng)的監(jiān)測(cè)、報(bào)警、通風(fēng)、安全控制等系統(tǒng)，確保LNG燃料的使用安全。改造好的船舶除滿足普通船舶的規(guī)范外，還應(yīng)滿足《內(nèi)河天然氣燃料動(dòng)力船舶法定檢驗(yàn)暫行規(guī)定》和《天然氣燃料動(dòng)力船舶規(guī)范》等有關(guān)規(guī)范的要求。

2.LNG燃料動(dòng)力船舶的改造技術(shù)要點(diǎn)

2.1LNG燃料儲(chǔ)存罐的加裝

2.1.1儲(chǔ)存罐的選取

LNG儲(chǔ)存罐分為薄膜型氣罐、半薄膜型氣罐、獨(dú)立氣罐，獨(dú)立氣罐又包括A型獨(dú)立氣罐、B型獨(dú)立氣罐、C型獨(dú)立氣罐。內(nèi)河船舶噸位較小，主尺度不大，發(fā)動(dòng)機(jī)功率也較小，C型獨(dú)立氣罐以其設(shè)計(jì)獨(dú)立、絕熱性好，耐壓、易安裝等優(yōu)點(diǎn)，更適合內(nèi)河船舶安裝。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的最大持續(xù)功率、熱效率，以及要求達(dá)到的續(xù)航能力，對(duì)照LNG的密度和熱值，可計(jì)算出儲(chǔ)存罐的容積。LNG儲(chǔ)存罐由專門的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)，并經(jīng)船舶檢驗(yàn)部門檢驗(yàn)，我們只要根據(jù)實(shí)際需要購(gòu)買安裝上船即可，而不用自己生產(chǎn)。

2.1.2儲(chǔ)存罐安裝位置

LNG燃料儲(chǔ)存罐可以布置在艙內(nèi)或甲板上，內(nèi)河船舶噸位少，各處所的空間有限，除了貨艙，很難保證儲(chǔ)存罐的合理布置，因此最好將LNG儲(chǔ)存罐布置在開(kāi)敞的尾甲板上。這樣布置有很多優(yōu)點(diǎn)：首先，不影響船舶的載貨量，不減少船主營(yíng)運(yùn)的收益；其次，甲板是敞開(kāi)式的，意外泄露的LNG可直接釋放到大氣中，減少LNG易燃易爆性的危害，增加安全性；第三，儲(chǔ)存罐如果布置在艙內(nèi)，要求配備防爆裝置、專用通風(fēng)，控制探測(cè)報(bào)警裝置，以及滅火器材等較多設(shè)備，而裝在甲板上則不用那么復(fù)雜，可以大大降低成本。

2.1.3儲(chǔ)存罐布置的要求

儲(chǔ)存罐體及其附件應(yīng)布置在距離舷側(cè)不少于B/10（B為船寬，m）的位置。任何情況下，儲(chǔ)存罐及其附件與舷側(cè)的距離不應(yīng)小于0.8m。其次，儲(chǔ)存罐應(yīng)進(jìn)行有效防護(hù)，以防止機(jī)械損傷。對(duì)于存在LNG泄漏風(fēng)險(xiǎn)的位置，應(yīng)在其下方設(shè)置集液盤。另外，集液盤采用耐低溫材料制成，其所在的位置應(yīng)進(jìn)行有效隔熱，以保證LNG泄漏時(shí)船體或甲板結(jié)構(gòu)不會(huì)過(guò)冷。最后，儲(chǔ)存罐布置在船體尾部甲板上時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，以防止船舶追尾對(duì)罐體造成損壞。

2.2發(fā)動(dòng)機(jī)的改裝

2.2.1更換新發(fā)動(dòng)機(jī)

現(xiàn)有內(nèi)河船舶的發(fā)動(dòng)機(jī)都是高速的四沖程柴油機(jī)，其點(diǎn)燃方式均為壓燃式，如果要用LNG作為燃料，必須進(jìn)行改裝。發(fā)動(dòng)機(jī)改裝可以購(gòu)買新的LNG發(fā)動(dòng)機(jī)替換現(xiàn)有的柴油機(jī)，也可以在原柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行LNG的改裝。可以改成只用LNG為燃料的單一燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，也可以改成用LNG-柴油的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。國(guó)內(nèi)外對(duì)LNG燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)已達(dá)到一定的水平，上柴、維柴、玉柴等發(fā)動(dòng)機(jī)廠家均研制出了船用LNG發(fā)動(dòng)機(jī)，船主如果想用新的產(chǎn)品，可以購(gòu)買回來(lái)更換原柴油機(jī)，連接上相應(yīng)的管路上進(jìn)行使用，更換時(shí)要注意與齒輪箱的匹配。

2.2.2改裝舊發(fā)動(dòng)機(jī)

用現(xiàn)有的柴油機(jī)改裝成LNG-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)也是一個(gè)辦法。即保留原柴油機(jī)的供油系統(tǒng)，增加一套燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)（ECU）。燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)是在進(jìn)氣總管上安裝混合器，天然氣供氣管路與混合器相通，從儲(chǔ)存罐出來(lái)的天然氣經(jīng)過(guò)氣化、調(diào)節(jié)、凈化等一系列過(guò)程后，與空氣在混合器內(nèi)混合成可燃?xì)怏w，然后進(jìn)入氣缸，在發(fā)動(dòng)機(jī)活塞行程接近壓縮終點(diǎn)時(shí)，噴入少量柴油到缸內(nèi)引燃天然氣，在缸內(nèi)燃燒做功。

電子控制系統(tǒng)（ECU）主要由傳感器、控制器和執(zhí)行器組成，通過(guò)安裝溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速等傳感器，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況以電子信號(hào)的形式傳給控制器，控制器經(jīng)計(jì)算比較后傳給執(zhí)行器，執(zhí)行器收到信號(hào)后作出相應(yīng)的動(dòng)作，控制發(fā)動(dòng)機(jī)的噴氣量、空燃比、點(diǎn)火時(shí)刻和噴油量等參數(shù)，調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)各系統(tǒng)的性能，控制發(fā)動(dòng)機(jī)按規(guī)定做功。

2.2.3發(fā)動(dòng)機(jī)改造時(shí)注意事項(xiàng)

燃?xì)饣旌掀鳌⑷細(xì)鉃V清器、燃?xì)鈬娚溟y等部件的接頭均應(yīng)將法蘭接頭布置在閥箱內(nèi)；在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管應(yīng)安裝防爆安全閥，確保防爆安全閥排出的氣體不造成人身傷害；排氣管應(yīng)安裝防爆型抽風(fēng)機(jī)，當(dāng)在燃?xì)饽Ｊ较峦C(jī)后，掃除排氣管內(nèi)可能存在的可燃?xì)怏w。

2.3氣體燃料管系安裝。

氣體燃料管系是燃?xì)獾奶幚砉?yīng)系統(tǒng)。氣體燃料管路采用奧氏體不銹鋼等耐低溫的材料制成，安裝在通風(fēng)的導(dǎo)管內(nèi)，氣體燃料管與導(dǎo)管之間的氣室通過(guò)每小時(shí)至少換氣30次的符合防爆要求的抽風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)。管路的接頭均采用對(duì)接焊形式，進(jìn)行全焊透焊接，機(jī)艙內(nèi)設(shè)置氣體閥件單元，所有燃?xì)忾y件、法蘭也安裝在導(dǎo)管內(nèi)。LNG經(jīng)熱交換器氣化后，通過(guò)管系上設(shè)置的自動(dòng)截止閥、主氣體燃料閥、過(guò)濾器、自動(dòng)截止閥、壓力傳感器、減壓器、手動(dòng)截止閥、天然氣噴射閥、粗火器、排空閥，通過(guò)進(jìn)氣三通連接到主機(jī)進(jìn)氣總管與空氣混合。endprint

燃料管系的布置安裝應(yīng)安全合理，且滿足功能要求。供氣管路不應(yīng)穿過(guò)起居處所、服務(wù)處所、或控制站；如果氣體燃料中含有會(huì)在系統(tǒng)中凝結(jié)的較重的成分，應(yīng)安裝氣液分離罐頭；如果是過(guò)閘船舶，被隔離管路內(nèi)含有液態(tài)氣體燃料時(shí)，該氣體燃料應(yīng)能被有效回收；管路不應(yīng)使用滑動(dòng)式膨脹接頭連接，連接法蘭的螺絲應(yīng)設(shè)有防松墊圈，防止螺母松動(dòng)；

2.4監(jiān)測(cè)、報(bào)警、通風(fēng)、安全控制系統(tǒng)的安裝

除了船頭駕駛的集裝箱船安裝有探火報(bào)警裝置外，其他船舶都沒(méi)設(shè)置有監(jiān)測(cè)裝置，LNG的主要成分為甲烷，沸點(diǎn)為-162℃，爆炸極限為5-15%，易蒸發(fā)，易燃易爆，所以要采取措施，監(jiān)測(cè)機(jī)艙等密閉場(chǎng)所的天然氣體積聚的濃度，當(dāng)超過(guò)允許值時(shí)發(fā)出警報(bào)，進(jìn)行安全控制，采取通風(fēng)或者關(guān)停有關(guān)設(shè)備等措施，消除安全隱患，防止天然氣爆炸事故的發(fā)生。

主要監(jiān)測(cè)的設(shè)備主要有氣罐、熱交換器、發(fā)動(dòng)機(jī)、從燃?xì)鈨?chǔ)存罐至發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸蓋前的燃?xì)夤苈泛屯L(fēng)導(dǎo)管及其閥件。根據(jù)實(shí)際在相應(yīng)的處所設(shè)置可燃?xì)怏w探測(cè)器，感溫探測(cè)器，感煙探測(cè)器進(jìn)行連續(xù)探測(cè)。當(dāng)某一處所的探測(cè)器測(cè)到可燃?xì)怏w濃度達(dá)到最低爆炸極限的一定百分比時(shí)，要發(fā)出聲光報(bào)警，濃度再增加到一定量時(shí)，自動(dòng)切斷燃?xì)夤庀到y(tǒng)，主機(jī)轉(zhuǎn)換為全部燃油供應(yīng)。大部分的內(nèi)河船舶一般都在機(jī)艙兩側(cè)設(shè)置有每小時(shí)至少換氣30次的通風(fēng)機(jī)。通過(guò)改造，讓其與主機(jī)氣體燃料管路上的主氣體燃料閥連鎖，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)10分鐘以上后，發(fā)動(dòng)機(jī)才轉(zhuǎn)到雙燃料模式運(yùn)行。當(dāng)主機(jī)關(guān)閉時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)轉(zhuǎn)換為柴油模式。若機(jī)艙內(nèi)的通風(fēng)導(dǎo)管和儲(chǔ)存管連接處所的通風(fēng)失效，則自動(dòng)切斷燃?xì)狻?/p>

3.對(duì)LNG燃料動(dòng)力船舶改造的建議

3.1改造前進(jìn)行充分評(píng)估

內(nèi)河船舶的種類較多，各船的情況不一樣，并非所有船舶都可以改造成LNG燃料動(dòng)力船舶，有些船舶就算可以改造成LNG動(dòng)力船，但經(jīng)濟(jì)、環(huán)保達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)，所以建議在船舶改造前進(jìn)行充分評(píng)估。根據(jù)船舶的類型、船齡、主尺度、噸位、發(fā)動(dòng)機(jī)的年齡和性能、船上各處所位置等進(jìn)行評(píng)估，經(jīng)評(píng)估認(rèn)為可以改造的再進(jìn)行改造。

3.2制定并優(yōu)化改造方案

綜合考慮各系統(tǒng)之間的聯(lián)系，規(guī)劃好氣罐位置和容積、機(jī)艙布置形式、發(fā)動(dòng)機(jī)改裝類型等因素，制定并優(yōu)化改造方案。施工過(guò)程發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，及時(shí)調(diào)整方案。

LNG燃料動(dòng)力船舶的發(fā)展很迅速，技術(shù)不斷更新?lián)Q代，我們應(yīng)努力學(xué)習(xí)研究，采用更先進(jìn)的知識(shí)技術(shù)進(jìn)行改造。同時(shí)加強(qiáng)技術(shù)合作，提升技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新能力，不斷把LNG燃料動(dòng)力船舶改造推向新的更高的技術(shù)層面。endprint