淺談船用LNG燃料動力的應用

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、檢驗等規范及法規的陸續出臺，節能減排的進一步實施，設立船舶大氣污染物排放控制區的推進，LNG燃料動力船在近幾年得以發展，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

由于國際范圍內居高不下的油價，以及各類新出的環保規范開始實施，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，本質上是基于當前的船用柴油發動機開發的，通過加裝一套天然氣供應系統和柴油雙燃料天然氣電控噴射系統，使用電子開關，實現兩種操作模式的轉換，從而在純柴油燃料和石油天然氣雙燃料狀態之間靈活切換，船上的單一柴油動力模式就轉變成了LNG雙燃料功率柴油機，為實現最大程度地節省燃油，降低污染物排放量，保護環境，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量的日益增加，船舶對大氣造成的污染日趨嚴重，據資料統計，一臺船用中速柴油機，以每年運轉4000小時計算，月產生1500噸的氮氧化物。在全球范圍內，船舶柴油機的排氣引起的大氣污染約占5—10%，局部地區已達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?？梢姶安裼蜋C的排放是影響空氣質量和環境的重要因素之一。

1.2 環保意識不斷增強

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

2.LNG燃料船舶的技術應用分析

2.1氣體燃料發動機

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

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

我國受限于較為落后的發動力研發技術，其污染物排放未能發揮LNG清潔能源的環保屬性，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的雙燃料單點噴射、濰柴研發的單燃料單點噴射、淄柴研發的雙燃料單點與多點噴射系列氣體燃料發動機均具備了CCS證書，河柴、玉柴也正在申報、研制中，雙燃料系統平均替代率達到了70%，隨著發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。目前國內對于獨立C型儲氣罐的生產有較為豐富的經驗，產品安全性、夾層真空度、低溫絕熱性等指標符合專業技術標準和規范要求。

2.3LNG燃料供應系統

該系統主要功能是將儲罐中LNG進行氣化，并通過一定的壓力調節單元和應急切斷閥組向天然氣發動機供給燃料。

該系統主要有供氣管路和熱交換器：對于本質安全型機艙內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從液態轉化為氣態可用燃料的重要部件，常用空溫式與水浴式兩種。

2.4監控和安全系統

通過對歷年來200多起LNG船舶事故的總結分析，約70%的事故與管、閥、接頭泄漏有關，故該系統在保障LNG安全應用發揮非常重要的作用，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，通過監控收集各有關位置的信號參數，及時處理異常情況，避免發生LNG泄漏等引發的安全隱患。

在安全方面，按規范設計合理的功能分區，保證各功能區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、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，現均已結題，保障了我國安全有序地推進LNG燃料動力船舶的發展。

3.結論

隨著國家對船舶污染排放的關注，船用燃料排放ECA（排放管制區域）的設定，在LNG燃料動力船舶技術及規范的不斷完善，關鍵設備研發的投入日益加大，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，對優化能源結構，改善環境，發展綠色航運有著積極的作用，LNG燃料動力船舶將是環境治理中不可或缺的重要組成部分。

參考文獻

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