LNG雙燃料系統(tǒng)技術方案準備

(揚州中遠海運重工有限公司，江蘇 揚州 225211)

0 引言

LNG因其儲量豐富、安全穩(wěn)定、價格低廉及環(huán)保屬性，已經(jīng)成為替代燃油的首要選擇。隨著運輸船規(guī)模的擴大、加注站和加注船的增多、LNG技術在應用過程中的優(yōu)化和改進，運輸成本高、加注困難和技術穩(wěn)定性等問題正在逐步得到解決，頁巖氣技術的發(fā)展和探明儲量的增加，也促使價格進一步下降。由于新造船舶的設計使用壽命較長，必須具有技術前瞻性，LNG雙燃料船舶既可以應對目前LNG單燃料的不足又能滿足技術前瞻性的要求，已經(jīng)成為船東的首選，造船企業(yè)應盡早做好技術方案的準備。

1 LNG雙燃料系統(tǒng)及關注的重點

LNG雙燃料系統(tǒng)包括存儲、輸送、汽化、閥組單元、惰氣、通風及控制系統(tǒng)等共計模塊和雙燃料主機、雙燃料發(fā)電機和雙燃料鍋爐等消耗設備。

現(xiàn)代總裝造船模式下，船廠的主要職能為整體設計并組織采購、生產、總裝、安裝和調試等工程以滿足既定的設計指標。對于LNG雙燃料系統(tǒng)的技術方案，應重點關注對船舶整體性能有影響LNG燃料艙的選型及布置和主機選型等關鍵技術，具體的技術細節(jié)由專業(yè)化的配套企業(yè)予以解決。

2 燃料艙的選型與布置

燃料艙的選型及布置問題，關系到船舶總體布置、穩(wěn)性、性能和規(guī)則規(guī)范的適用性等，應根據(jù)船舶的建造及運營特點，結合經(jīng)濟性進行綜合考慮，針對不同船型，給出差異化的技術方案。

2.1 選型

燃料艙由運輸船的存儲艙衍生而來，主要分為獨立型和薄膜型2大類，針對燃料艙需要部分裝載能力、技術成熟度高和安全性高的特點，主要包括獨立B型、C型以及薄膜型的 MARK Ⅲ等，具體特點如表1。

表1 燃料艙形式對比表

C型燃料艙經(jīng)濟性好、技術成熟度高、工藝簡單、不延長施工周期、承壓能力強且可以靈活選擇壓力值、泄露風險小，安全性強、維護保養(yǎng)方便等，是比較理想的選擇。但是一般為對稱布置的雙層罐體，占用空間較大，單位重量大于其他形式，對于燃料需求量大的超大型集裝箱船適應性不強，對船舶穩(wěn)性和裝載空間有影響，需考慮其他形式。B型在耐壓性、材料、施工周期、專利費和技術成熟度方面均優(yōu)于MARKⅢ，而MARKⅣ有限的施工和材料供應商、嚴苛的施工條件和環(huán)境要求均不利于其推廣成為燃料艙。

2.2 布置

燃料艙應布置在船舶橫搖和縱搖的中心以減少燃料艙的晃動并兼顧經(jīng)濟性和安全性，目前接受度較高的3種布置方式為主甲板以上船艉區(qū)域、上建前部區(qū)域和主甲板以上區(qū)域，其特點如表2。

表2 燃料艙布置特點對比表

布置在甲板上方，考慮自然通風即可，安全性高，系統(tǒng)簡單，經(jīng)濟性好，布置在甲板下方，需要設置隔離區(qū)，防爆裝置，專用通風系統(tǒng)及更多的安全控制報警裝置，系統(tǒng)較為復雜，初始投資高，損失載貨空間，因此如無特殊限制，布置在甲板上方應為優(yōu)選方案，除超大型集裝箱船因燃料需求量大，燃料罐體積和重量較大，且船舶重心高，甲板空間需用于載貨，須考慮布置在主甲板以下空間，從控制載貨空間損失考慮，多數(shù)布置在上建生活區(qū)正下方，但需要提前做好生活區(qū)的防震準備。散貨船和中小型集裝箱船的上建前部為裝載空間，需要考慮布置在船艉區(qū)域，應避免影響系泊設備使用，而油輪的甲板空間較大，考慮布置在縱搖的中心以提高船舶穩(wěn)性和減少燃料艙的晃動，優(yōu)選布置在上建前部。

3 主機選型問題

雙燃料主機主要有兩種形式，一種為Diesel循環(huán)，與傳統(tǒng)主機原理相同，一種為Otto循環(huán)，在上行過程中噴入燃氣，將燃氣和空氣混合并壓縮，在上止點噴入點火油點燃，兩種形式在控制溫室氣體和硫化物排放方面性能顯著，差異見表3。

表3 主機特點對比表

Diesel循環(huán)的主機在熱效率、控制缸內爆燃和燃料品質方面均領先于Otto循環(huán)，但點火油需求量較大，特別是其供氣系統(tǒng)壓力過高，對系統(tǒng)密封性要求較高，安全風險顯著增加，同時需要額外加裝SCR或EGR來滿足TIER Ⅲ，增加系統(tǒng)復雜性的同時，使初期投資變大，經(jīng)濟性變差，而Otto循環(huán)為預混合燃燒，燃燒溫度低，NOX的生成量少，能夠滿足TIER Ⅲ，同時供氣系統(tǒng)壓力低，系統(tǒng)簡單可靠，安全性高，雖然對LNG的甲烷值有限制，但目前全球90%以上的LNG甲烷值均高于65，基本不存在使用限制，雖然甲烷逃逸量略大，但仍在安全范圍內，并可以通過改善氣閥重疊角、活塞倒角和燃燒室形狀等技術來減少甲烷逃逸量，建議優(yōu)選Otto循環(huán)的雙燃料主機。

4 結語

散貨船船與中小心集裝箱船應采用C型布置在船艉區(qū)域，油輪應采用C型布置在上建前部，超大型集裝箱船應布置在上建生活區(qū)下部，主機均采用Otto循環(huán)進行技術方案準備，后續(xù)應結合營運需求確認燃料艙的儲量，罐體區(qū)域結構強度和主機型號和功率選定等問題來優(yōu)化設計方案，同時做好建造策劃，優(yōu)化生產順序，研討安裝和調試工藝，做好生產準備，形成LNG供氣系統(tǒng)的獨立設計能力，自行組織采購以降低成本來增強市場競爭力。