淺談LNG／柴油雙燃料動力船的改建檢驗

李明+張明+張強生

摘 要：為了滿足“綠色環保低碳減排”的發展理念，日前，在廣西西江重工有限公司已開展使用LNG/柴油雙燃料動力船的改建和建造。本文根據檢驗工作中遇到的問題，結合相關法規和規范的要求，淺談LNG/柴油雙燃料動力船的改建和建造中應注意的問題。

關鍵詞：LNG/柴油雙燃料動力船 改建 檢驗

1.前言

LNG是英語液化天然氣（Liquefied Natural Gas）的縮寫。以LNG燃料逐步替代柴油作為運輸船舶的主要動力燃料，具有節能降耗、低碳環保、安全經濟的優勢，順應內河運輸行業的發展趨勢，符合節能減排的政策方向，對改善內河運輸用能結構具有重要的促進作用。

2.LNG的特點

天然氣通過脫水、脫硫、去除雜質及重烴類，在常壓下，冷卻至約-162℃時，則由氣態轉變成液態，稱為液化天然氣，簡稱LNG。其主要成分是甲烷（CH4含量75%-99% ），無色、無味、無毒且無腐蝕性，其體積為同量氣態天然氣體積的1/625， 其質量僅為同體積水的45%左右。LNG的燃點為650℃，著火點較高，所以更難點燃；LNG的爆炸極限（LEL）為5%-15%，且氣化后密度很低，只有空氣的一半左右，即使稍有泄漏，也會立即揮發擴散，在非受限空間內不存在燃燒、爆炸的可能，安全性好。LNG是液態的天然氣，儲存壓力一般較低，溫度零下162度以下。

LNG的主要物理參數

（1）沸點-166--157℃ （常壓沸點：-162.15℃） 燃點650℃

（2）臨界浮力溫度-107℃（當氣態天然氣溫度高于-107℃時，氣態天然氣比空氣輕，將從泄漏處上升飄走。當氣態天然氣溫度低于-107℃時，氣態天然氣比空氣重，低溫氣態天然氣會向下積聚，與空氣形成可燃性爆炸物）

（3）熱值36000KJ/m3-46000KJ/m3（約合：8600-11000kcal/Nm3）

（4）液體密度420-460kg/m3

（5）氣體密度0.717kg/m3（1atm，2℃）

3.LNG/柴油雙燃料動力船改裝檢驗中應注意的問題：

3.1氣罐甲板的加強

對在航營運船舶改建成LNG/柴油雙燃料動力船，設計方應對待改建船舶氣罐基座下的甲板及其骨架和需進行防火處理的艙壁進行測厚；氣罐基座區域甲板應敷設寬度應不小于2個肋距、長度不小于1.5倍鞍座長度、厚度不小于鞍座腹板厚度的復板加強。

3.2防火分隔的檢驗

內河船舶改裝LNG/柴油雙燃料動力船，因內部艙室狹窄，氣罐一般位于開敞甲板，面向氣罐的起居處所、服務處所、貨物處所、機器處所和控制站的限界面應采用A-60級防火分隔。此種隔熱應延伸至駕駛室甲板底面，或艙壁實際高度。

實際檢驗時，應核對其產品質量證明書和產品明細能否滿足相應耐火分隔等級，其次要對照型式認可證書和試樣布置圖（經船檢批準）和安裝作業指導書對安裝工藝作檢驗，重點檢查隔熱材料是否有損壞、受潮現象，如有損壞、受潮，則隔熱材料不允許使用，單層材料的厚度、層數、總厚度、碰釘和彈性壓圈的布置間距、且每塊材料之間應緊密貼合，貼合處不允許有縫隙和明顯凹凸現象，端部是否安裝到位和敷面的固定情況等。材料上船安裝時，允許現場切割，但切割縫隙要平整，切割的斷面要用玻璃絲布包敷，以防材料脫落。隔熱層在結構的交接點和終止點應處應采取適當措施，以防止導熱的危險，一般要求耐火隔熱材料在結構交接點和終止點延伸450mm，防止隔熱層在交接點和終止點處導熱。

3.3桅桿的結構

對于桅桿設在氣罐附近的，應注意眠桅時信號燈與氣罐壓力釋放閥之間的距離，如不能滿足要求，則應設置專門的結構以確保桅桿眠桅時向船艏方向。

3.4主機的改裝和安裝

（1）LNG供給系統

LNG/柴油雙燃料發動機的供氣系統由GVU、燃氣噴射部件、混合器及電子節氣門等控制天然氣供給和噴射的零部件組成。從LNG氣瓶出來的液態燃氣經過氣瓶組件（汽浴汽化器）轉換為氣態天然氣。經低壓過濾器、電磁閥，再進入穩壓器，然后進入氣軌總成。最后經過控制器的控制，經過噴氣閥進入預混器與空氣形成均質可燃混合氣并進入發動機氣缸進行燃燒做功。

氣軌總成外設圍蔽管，該管與雙壁管通風出氣法蘭連通至開敞甲板，與雙壁管連成一個整體，通過抽吸式風機至氣罐附近的通風出口。

為防止部分沒有完全燃燒的可燃混合氣通過曲軸箱防爆門排向機艙，建議將曲軸箱防爆門引向開敞甲板，或在其上方設置可燃氣體探測器并將其接入ECU。

（2）主機空氣進口應盡可能遠離噴氣閥或引至開敞甲板。

（3）ECU的安裝

ECU是雙燃料發動機的管理核心，通過各種傳感器監控發動機運行工況，并根據發動機運行工況和控制脈譜控制各執行器，通過CAN總線與各子系統通訊。

應盡可能將 ECU 安裝在振動小的位置，并且要有可靠的防水、防油、散熱措施。ECU一般安裝在駕駛室，但是為了最大程度的減少ECU和電氣線束間的相對運動，檢驗中應注意電氣線束的布線和固定方面，機艙內的線束應布置在花鐵板之上，并穿過鋼管保護。

（4）建議

因LNG的熱值比柴油高，發動機在工作中，氣缸、活塞、氣缸蓋等部位承受著比較大的熱應力，特別是活塞頂，應加強對缸套頂部和第一道活塞環和活塞的冷卻，有效防止活塞環和缸套的磨損，防止活塞出現融頂現象。不建議將現有柴油機改裝為LNG/柴油雙燃料發動機。如確需改裝，至少應在陸上進行臺架試驗合格，才允許裝船。

4.ECU電源的供應

ECU是LNG/柴油雙燃料發動機的管理核心，其電源由主電源供應，也可由蓄電池供電，但蓄電池的配備《內河天然氣燃料動力船舶法定檢驗暫行規定》（2013）沒有明確規定，一般與通導設備共用，建議ECU的備用電源使用專門的蓄電池供電。

5.風機

對于LNG/柴油雙燃料發動機，機艙、冷箱、雙壁管等安裝的風機，不論是由專門的主配電板或應急配電板設獨立線路供電或由主配電板或應急配電板設公用線路供電，每一抽風機電動機應由固定安裝的能切斷所有絕緣極的多極聯動開關進行控制。

6.氣浴氣化器的熱水供應

目前安裝的LNG/柴油雙燃料發動機，從LNG氣瓶出來的液態燃氣直接利用主機從排氣管冷卻水套出來的冷卻水，經過氣瓶組件（汽浴汽化器）進行加熱轉換為氣態天然氣，因此海水泵應具有足夠排量的壓頭，確保LNG的汽化。

在檢驗中應對系統進行必要的試驗，對熱交換器氣體燃料出口處的溫度和水浴汽化器的進水溫度進行監測試驗，當氣體燃料出口處溫度過低時（不低于0°C），應在駕駛室或機艙有人值班的位置發出聽覺、視覺報警且自動關閉LNG輸送泵（如設有），并切斷氣罐主閥。

7.監視和報警系統的試驗

應制定安保系統試驗大綱，確保在發動機處于雙燃料模式下對儲氣罐區域安全監測系統、氣體閥件單元可燃氣體及雙壁管安全監測系統進行可燃氣體安全監測報警和互鎖閥功能試驗。感溫、感煙報警器與駕駛室聲光報警器的功能試驗。

8.惰性氣體吹掃系統

一般船上沒有設置專門的惰性氣體供應，而充裝時一般利用槽車對LNG管路進行吹掃， 應在氣體燃料系統維護手冊注明相關的操作和維護程序。

9.其它

（1）檢查已配置一套便攜式可燃氣體探測器供船員對艙室可燃氣體的檢查。

（2）經查船上已按要求設置警示牌。

（3）確認消防水槍全部改為壓力水霧/水柱型。

（4）確認已配備不少于兩臺的便攜式VHF供氣體充裝用。

（5）確認設置的大型推車式干粉滅火器已有效固定。

（6）經查充裝接頭應有盲斷法蘭，供不充氣時使用。

（7）檢查已增加一盞紅色信號燈。

（8）檢查船上已配備氣體燃料發動機系統的安全操作手冊。

（9）檢查船上已配備為氣體燃料系統制定專門的維護手冊。

（10）檢查船上已配備對安裝在危險區域的電氣設備制定專門的維護手冊。

（11）檢查船上已配備指明氣體控制、監測和安全系統的儀器、設備定期試驗的計劃。

（12）LNG供應管路使用不銹鋼，要求有專門持證焊工進行焊接，焊縫應經無損檢測合格。

（13）與氣體燃料系統相關的重要產品，如氣罐，氣體燃料發動機，熱交換器，電子控制系統，氣體燃料管路上的所有閥件、軟管、波紋管，泵和壓縮機等，應持有船用產品證書。

參考文獻：

[1]天然氣燃料動力船舶規范，人民交通出版社，2013.

[2]內河天然氣燃料動力船舶法定檢驗暫行規定.人民交通出版社，2013.