豪華客滾船熱油鍋爐雙燃料系統設計

李林

摘? ? 要：根據客滾船“威斯堡”號（VISBORG）熱油鍋爐雙燃料系統的設計與建造實例，介紹熱油鍋爐雙燃料系統的特點。結合客滾船安全返港有關要求、雙燃料等對熱油鍋爐系統設計的影響進行分析和探討，簡述熱油鍋爐雙燃料系統設計與建造過程需要注意的問題。

關鍵詞：LNG燃油雙燃料;熱油鍋爐雙燃料系統;安全返港

中圖分類號：U662.2? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Design of Thermal Oil Heater Dual Fuel System for

Luxury Ro-pax Vessel

LI Lin

（ C&S GESAB （Shanghai） Boiler Co.， Ltd. Shanghai 200124 ）

Abstract： This paper introduces the characteristics of thermal oil boiler dual fuel system based on the design and construction of dual fuel system for thermal oil boiler of GOTLAND ROPAX VISBORG. The influence of dual fuel on the design of thermal oil boiler system is analyzed and discussed according to the requirements of SRTP， and briefly describes the problems needing attention in the design and construction process of dual fuel system of thermal oil boiler.

Key words： LNG/MGO dual fuel; Thermal oil boiler dual fuel system; Ro-pax SRTP

1? ? 引言

隨著環境污染日益加劇，國際海事組織頒布了一系列環保法規，航運業對節能減排也日趨重視。而LNG作為船舶燃料，具有低硫和清潔燃燒特性，被越來越多的船東接受。“威斯堡”號（VISBORG）在此背景下采用了國際先進的雙燃料主機驅動、雙燃料熱油鍋爐。LNG燃料在公海和排放控制區內完全滿足有關法規排放標準，廢氣排放幾乎為零，“威斯堡”號是當今世界上節能環保型高端豪華客滾船之一。本文結合“威斯堡”號重點介紹船用雙燃料熱油鍋爐系統設計。

2? ? 雙燃料熱油鍋爐系統組成

“威斯堡”號（VISBORG）是一艘豪華客滾船，上建房間多、車道甲板長，為了滿足安全返港要求，采用雙機艙冗余設計和雙燃料熱油鍋爐作為全船熱源，滿足相關規范和公約要求及制造廠家標準（包括DNVGL， ICG code ，Swedish Flag， SMA，STA and GESAB）。

本船由兩臺雙燃料熱油鍋爐和兩臺廢氣熱油鍋爐組成。船上設有兩個獨立機艙，每個機艙安裝一套熱油系統，每套系統由一臺雙燃料熱油鍋爐和一臺廢氣鍋爐組成。雙燃料熱油鍋爐和廢氣鍋爐串聯使用，通過可編程邏輯控制器（PLC）實現自動運行;雙燃料熱油鍋爐一用一備，兩個機艙之間設有熱油連通管;兩臺廢氣鍋爐在正常航行工況下同時使用，代替雙燃料熱油鍋爐。

船上熱油系統主要為下列用戶提供熱源：機艙需要加熱的艙柜（油渣艙和艙底水艙）;居住艙室;主甲板用戶;生活用水。

2.1? 雙燃料熱油鍋爐

根據船舶建造規格書及熱負荷計算，本船設置前后兩個獨立機艙、左右舷各布置一個鍋爐艙;每個鍋爐艙安裝一臺功率為2 500 kW臥式雙燃料熱油鍋爐;兩臺廢氣熱油鍋爐分別布置在前后機艙圍井。雙燃料熱油鍋爐參數如下：

功率：2 500 kW

設計溫度：299 ℃

設計壓力：10 bar

熱油進口溫度：150 ℃

熱油出口溫度：200 ℃

熱油流量：92 m?/h

2.2? 雙燃料燃燒器

每臺雙燃料熱油鍋爐配置一臺雙燃料燃燒器，全船共2臺。雙燃料燃燒器的特點是內部有一個雙壁管通道，內側管供燃油使用，外側管供氣化的LNG使用。

雙燃料燃燒器的燃料分別為：

（1）天燃氣（LNG）負荷調節模式：燃氣運行時比例調節為1：4 （100 % - 25 %）;

（2）船用輕柴油（MGO）負荷調節模式：燃油運行時比例調節為1：2.5 （100 % - 40 %）。

2.2.1 燃燒器功率計算

燃燒器功率=熱油鍋爐功率2 500（kW/h）/鍋爐效率（88.2%）=2 834 kW/h

根據燃燒器功率和鍋爐的煙氣背壓，選擇合適的型號300 M-II。

2.2.2 LNG消耗量計算

根據燃燒器功率，可以計算出LNG消耗量及最大助燃空氣量：

（1）LNG消耗量=燃燒器功率2834 kW×3.6/LNG熱值35.8 MJ/m3=285 m3/h

（2）最大助燃空氣量：1 300 m?/MW

2.2.3 燃油（MGO）消耗量計算

根據燃燒器功率，可以計算出燃油消耗量及最大助燃空氣量：

（1）燃油消耗量=燃燒器功率2834 kW×3.6/燃油熱值42.7 MJ/kg=238 kg/h

（2）最大助燃空氣量：15 m?/kg

2.2.4? 氣體閥和壓力調節單元

氣體閥和壓力調節單元主要是調節和控制燃燒器的供氣。所有部件都安裝在一個氣密罐里，滿足防爆區域要求：

數量：2臺

通徑：DN65

進口壓力范圍：4～7? bar

進口溫度范圍：0～60 ℃

出口壓力：95 mbar

燃燒器進氣壓力：最大為500 mbar

2.3? 燃油輸送泵

數量：4臺

排量：1 050 litres/h

粘度范圍：1.5～37 mm2/s

電機功率：0.55 kW

2.4? 熱油廢氣鍋爐

數量：2臺

功率：1 250 kW/h

設計溫度：299 ℃

設計壓力：10 bar

熱油進口溫度：150 ℃

熱油出口溫度：200 ℃

2.5? 熱油循環泵

數量： 6臺

排量： 46 m3/h

電機功率： 18.5 kW

2.6? 熱油膨脹柜（開式）

數量： 2個

容量： 2 000 升

2.7? 熱油除氣柜（閉式）

數量： 2臺

容量： 250升

2.8 控制箱

數量： 2個

包含鍋爐控制系統和燃燒器控制系統：鍋爐控制系統和燃燒器控制系統之間的通訊需用硬線連接;燃燒控制系統是主控制系統PLC的一個應急PLC;主控制系統PLC可以使用LNG或燃油，但燃燒器控制系統PLC只能在應急模式下使用燃油。

3? ?熱油鍋爐雙燃料系統的布置

4? ?熱油鍋爐雙燃料系統設計注意事項

4.1 安全返港對雙燃料系統的影響

國際海事組織IMO早已明確新建造的客滾船需滿足安全返港有關技術要求，即要求在海上遭遇諸如海損、火災等危害生命的安全事故后，能繼續航行至港口或安全區域的生存能力。

“威斯堡”號客滾船航線在北歐，冬季最低溫度常低于零下30 ℃，因此空調及熱油系統的配置均要考慮安全返港的要求。熱油系統分布在前后機艙，在任意一個機艙失效的時候可以保證另外一個機艙正常運行，與之對應的廢氣鍋爐也可以正常使用，即保證熱源的供應。

本船設有左右機艙冗余，在航行工況下熱油廢氣廢氣鍋爐會同時使用，因此左右機艙設有熱油連通管路，在隔離艙壁處熱油連通管路需要設置兩個隔離閥，當任意機艙失效的時候用于系統的隔離。

4.2? 復雜艙室對雙燃料系統的影響。

由于客滾船機艙層高較矮，對熱油系統設備和管路的布置有更高的要求。比如開式除氣柜的透氣管要求有45°的傾斜角向上透氣到膨脹柜，如遇到層高原因無法布置管路則最好改用閉式除氣柜。另外，熱油管路還需要考慮布置Ω彎應對熱脹冷縮。

為了滿足安全返港要求，客滾船對水密區和防火區的分隔比普通商船復雜，而且從一個水密區或防火區進入另外一個水密區或防火區的管子是不允許再返回原水密區或防火區的，由此對加熱用戶和管路的布置提出了更高的要求。

4.3? LNG燃料對雙燃料系統的影響

與傳統燃油相比，船上使用LNG燃料在許多方面可靠性均優于燃油：柴油著火點為257 ℃、爆炸局限為0.5～7.5%，而LNG燃料著火點為650 ℃、爆炸局限為4.6 ～14.57%， 因此LNG燃料瞬間著火比油慢、不容易達到爆炸局限;LNG燃料屬于低溫液體，泄漏時自然氣化快不會對水質產生污染;LNG燃料密度比空氣小，發生泄漏后會自動上溢擴散到大氣中，加入特殊嗅劑后發生泄漏可及時被發現，即使船舶意外在海洋中發生泄漏，也不會對安全和海洋造成巨大的危害;油價的大幅上漲提高了船東的運營成本，同時也凸顯了LNG作為船用燃料在價格上的優越性。

為了能夠燃燒LNG燃料，系統需配置相關的LNG進氣管路、氣體閥和壓力調節單元GVUR、進氣雙壁軟管等設備，對鍋爐及燃燒器的周邊要求保留更多的空間;與此同時，也需增加掃氣、通風和可燃性氣體探測等輔助設備和系統。

燃燒控制系統需要對燃燒器和氣體閥和壓力調節單元GVUR進行通風監測。

在機艙外需要布置供氣系統和雙壁管吹掃的氮氣系統，氮氣系統需要進行吹掃的情況包括：

（1）氣體閥和壓力調節單元GVUR內任何測量信號錯誤;

（2）LNG進氣壓力高或調節后LNG氣體壓力高;

（3）進氣溫度過低或過高;

（4）氣體閥檢測失效;

（5）緊急停爐;

（6）氣體閥和壓力調節單元氣體泄漏;

（7）供氣雙壁管通風失效;

（8）手動關閉/系統氣體施放。

5? ?結語

由于全球LNG基礎設施尚處于起步階段，燃料轉移技術效率還處于發展推廣階段，對于LNG燃料的應用，一次性的解決方案比分階段解決方案更節省成本和后續投入，符合當前可持續綠色發展趨勢。低硫油的解決方案無法從根本上解決大氣污染問題，設定控制硫氧化物排放限制區域只是暫時的措施，最終目標是全球航區船舶尾氣排放限制，因此LNG燃料的優勢將逐步顯現。

客滾船特點是：主豎區劃分多、結構復雜、上建房間多、車道甲板長、機艙空間緊湊等，使用LNG燃料安全要求更高，對熱油系統的設計布置增加很大難度，因此需要在前期設計階段對整個系統進行綜合考慮。

該船已投入營運，狀況良好。希望本文對后續的客滾船設計具有指導和借鑒作用，為其它船舶熱油鍋爐雙燃料系統的設計與建造提供有價值的參考。

參考文獻

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