廣西標(biāo)準(zhǔn)化河船進(jìn)行LNG動力改造的可行性分析和研究

夏義江，歐卓琳

（1.欽州學(xué)院機(jī)船學(xué)院，廣西欽州535011；2.欽州學(xué)院海運學(xué)院，廣西欽州535011）

專論綜述

廣西標(biāo)準(zhǔn)化河船進(jìn)行LNG動力改造的可行性分析和研究

夏義江1，歐卓琳2

（1.欽州學(xué)院機(jī)船學(xué)院，廣西欽州535011；2.欽州學(xué)院海運學(xué)院，廣西欽州535011）

以廣西標(biāo)準(zhǔn)化河船進(jìn)行LNG動力改造進(jìn)行分析和研究，闡述了LNG動力船舶發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，特別針對廣西標(biāo)準(zhǔn)化河船改造的技術(shù)難點、技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益進(jìn)行了分析，并提出了相關(guān)的建議和對策，結(jié)合廣西現(xiàn)有船舶設(shè)計公司和造船及公司應(yīng)總結(jié)現(xiàn)有的液化天然氣船試點項目的成功經(jīng)驗和不足以及廣西主流段通航能力和航道的特點，加以技術(shù)改造和政策扶持，定能造出滿足法規(guī)要求滿足法規(guī)，保證安全，節(jié)省資金，效能最大化的柴油-LNG雙燃料動力船舶。

廣西；標(biāo)準(zhǔn)化河船；LNG動力改造；可行性

廣西區(qū)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化河船從2012年4月1日開始實施，至今已有3年多，總體取得良好效果，在提高過閘通航效率和造船效率方面效果顯著，但隨著近年來經(jīng)濟(jì)增速下滑，貨運量增長乏力，運價不斷下降，人工成本持續(xù)攀升，燃料消耗逐漸增大，裝載集裝箱的船舶勉強維持，裝載一般干散貨船舶，利潤微薄，瀕臨虧損的邊緣。根據(jù)中國船級社的調(diào)研，相對于傳統(tǒng)的船用燃料，LNG具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，燃油成本占航運成本的50%以上甚至70%左右，如果航運業(yè)能夠使用LNG作為船舶動力，將大幅降低營運成本。能源公司也在加緊加氣站的布局，這將是一個巨大的市場，且因為天然氣燃燒徹底，不易積碳，減少維護(hù)費用逾50%等，而且世界上天然氣的儲量豐富，為應(yīng)對國際油料不穩(wěn)定因素，我國已規(guī)劃將LNG作為替代能源戰(zhàn)略，將LNG應(yīng)用到我國航運符合國家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整戰(zhàn)略[1]。本文結(jié)合廣西的造船實際技術(shù)水平，對廣西標(biāo)準(zhǔn)化河船的LNG動力改造部分進(jìn)行分析和設(shè)計研究探討，技術(shù)難點及技術(shù)可行性分析以及對使用LNG的經(jīng)濟(jì)性和社會效益進(jìn)行分析。

1 LNG動力介紹及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

液化天然氣指的是從頁巖礦石或油氣田中開采并經(jīng)過相應(yīng)處理的可燃?xì)怏w，主要成分是甲烷和少量的乙烷、丙烷、丁烷等等，天然氣的組成成分可能會因為不同的產(chǎn)地而有比較大的差異；液化天然氣（LNG）指的是壓縮、冷卻，或在特定容器特殊工藝處理后存儲為液態(tài)；船舶的LNG動力改造是在已經(jīng)營運的船舶柴油機(jī)推動力的基礎(chǔ)上，增加一套液化天然氣燃料供給主機(jī)推動船舶前進(jìn)，利用電子轉(zhuǎn)換開關(guān)來控制，實現(xiàn)柴油單燃料或LNG和柴油雙燃料兩種運行模式，這樣一部分柴油可以被LNG燃料替代，從而達(dá)到減少污染物的排放和減少燃料費用雙重目的。液化天然氣是一種綠色清潔能源，在降低排放物含量和節(jié)省燃料費用方面效果顯著，越來越被政府和企業(yè)的關(guān)注，并逐漸開始應(yīng)用于國內(nèi)各類運輸行業(yè)，例如在汽車行業(yè)應(yīng)用的歷史就不短[2]。

隨著我國能源的多元化，越來越多的天然氣代替石油天然氣已經(jīng)實現(xiàn)。液化天然氣作為船用燃料的排放對環(huán)境的改善效益非常明顯，它幾乎實現(xiàn)硫氧化物零排放，沒有顆粒的排放，能降低90%左右的氮氧化合物和20%左右的一氧化碳的排放。而且液化天然氣的應(yīng)用也可以帶來直接的經(jīng)濟(jì)效益，價格比石油便宜，儲藏量也豐富[3]。SeaHow咨詢公司分析認(rèn)為，液化天然氣船船動力燃料轉(zhuǎn)換和新造船市場上“大顯身手”，未來將有超過數(shù)千億美元的商機(jī)，2017～2020年期間我國將積累新的內(nèi)河船舶有14 000艘左右，如果80%的船東使用液化天然氣燃料作為動力，新的液化天然氣船也將超過10 000艘[4]。目前，內(nèi)河船舶中至少有30 000艘船只面臨改造“液化天然氣”，國內(nèi)幾個能源公司已經(jīng)介入沿江沿海的加氣站布局，但困境在于不完善的法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)體系；第二個是液化天然氣配套基礎(chǔ)設(shè)施的嚴(yán)重短缺，缺乏合理的加注站點；第三，液化天然氣的公共安全問題接受低，實際上在中國液化天然氣船的遇到的問題研究歐盟也遇到了類似的困境[5]。

國際海事組織成立于2006年制定了《使用氣體或其他低閃點燃料的船舶安全規(guī)則》（IGF規(guī)則），中國全程參與了此項工作，這個規(guī)則于2017年1月1日正式生效實施，這標(biāo)志著液化天然氣的船舶動力領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)成熟，液化天然氣發(fā)動機(jī)，可以大大減少氮氧化合物、硫氧化物、顆粒物（PM）和其他有害氣體，通過技術(shù)措施、管理手段可以控制液化天然氣船舶風(fēng)險，以確保其安全使用，為提高改善清潔能源的使用比例，改善交通運輸行業(yè)能源消費比例，是中國國十三五規(guī)劃的的要求和目標(biāo)。這幾年相繼頒布了《內(nèi)河船型標(biāo)準(zhǔn)化補貼資金管理辦法》、《水運行業(yè)應(yīng)用液化天然氣試點示范工作實施方案》等，并對建造或改建的液化天然氣燃料動力船舶實施資金補貼，以減少船東建造或改造液化天然氣船舶的生產(chǎn)成本，從政策層面激勵液化天然氣在水運行業(yè)的推廣應(yīng)用，促進(jìn)液化天然氣動力船進(jìn)入實際應(yīng)用階段和規(guī)?；\營。

據(jù)悉，LNG動力船舶在京杭大運河改造項目將作為一個示范項目，液化天然氣動力作為新能源推廣應(yīng)用，在長江流域、京杭大運河上的應(yīng)用推廣，是長江和京杭大運河運輸能源結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略性調(diào)整。如果天然氣占65%以上船舶的船舶總能量，將享受車船稅減免的優(yōu)惠政策車，將會更大的促進(jìn)液化天然氣動力船的應(yīng)用。因此，液化天然氣在我國航運業(yè)應(yīng)用前景廣闊。目前，中國第一艘液化天然氣燃料動力船舶中海油6500馬力的柴油——LNG雙燃料港口拖輪已經(jīng)交付，內(nèi)河第一雙燃料動力船3 000 t雙燃料散貨船試驗已經(jīng)完成建造[6]。

2 技術(shù)難點及技術(shù)可行性分析

目前，廣西標(biāo)準(zhǔn)化河船現(xiàn)有船舶要以LNG——柴油為燃料，則必須加裝LNG儲存罐、燃?xì)夤芟导捌溟y件，還需要對柴油發(fā)動機(jī)進(jìn)行油氣改造，LNG動力船在改造方案設(shè)計、審圖資質(zhì)確定、改造施工、船用產(chǎn)品認(rèn)證和船員培訓(xùn)等方面均不夠完善，特別是涉及到安全性的問題要滿足國家法規(guī)和規(guī)范的要求，需結(jié)合廣西的實際建造水平，提出解決方案，解決改造過程中的船體、氣罐、輪機(jī)設(shè)備、船舶電氣與電子設(shè)備及儀器的安裝、試驗等多項技術(shù)性問題，以期達(dá)到基本的安全要求，給廣西的船廠和船舶公司以經(jīng)驗指引和技術(shù)指導(dǎo)，并對普通貨船的LNG動力改造設(shè)計有較好的示范和指導(dǎo)作用，目前主要有以下幾點困難。

（1）為了精確控制空氣燃料的比例，沒有燃?xì)鈷叱?，并保證燃燒充分，排放性能好，目前大多數(shù)改造LNG動力的船舶都是選擇改造液化天然氣采用支管進(jìn)氣多點噴射方式，安全性比較高，但目前本地的造船廠都沒有這個改造能力，需要請專業(yè)的液化天然氣內(nèi)燃機(jī)生產(chǎn)制造商進(jìn)行改裝、調(diào)試[7。

（2）廣西現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)化系列船舶主尺度小，大部分的船的船員艙和駕駛艙設(shè)置在船的尾部，開敞甲板面積很小，達(dá)不到法規(guī)和規(guī)范規(guī)定的儲氣罐壓力釋放閥透氣口與門窗的距離標(biāo)準(zhǔn)[8]。

（3）對廣西的標(biāo)準(zhǔn)化河船來說，機(jī)器處所采用本質(zhì)安全型需要供氣管路使用雙層管，由于機(jī)艙雙壁管由船廠安裝進(jìn)氣管道，所以依據(jù)目前廣西的大部分船廠施工條件和過程，使用機(jī)械通氣導(dǎo)管雙壁管或采用雙壁管充滿惰性氣體經(jīng)過努力都是可以做到的。ESD保護(hù)類型機(jī)械空間僅僅適用于船舶多機(jī)艙，除了不需要雙層管外，其他的要求非常高，在廣西49.98 M標(biāo)準(zhǔn)化系列船舶不適用，機(jī)器處所只有采取增強安全型比較合適?，F(xiàn)在很多改建的液化天然氣船的氣體供給管路使用雙層管，燃?xì)忾y單元做成密封狀態(tài)，管路采用單獨的機(jī)械通風(fēng)，以及其他要求都是按照增強安全機(jī)艙的要求來改建。該方法滿足規(guī)范的要求，機(jī)艙安全能夠保證，但成本比較高[10]。

（4）專用的船用產(chǎn)品證書問題。氣罐、軟管、體燃料發(fā)動機(jī)、ECU、熱交換器、管道閥門、波紋管、泵和壓縮機(jī)等這些主要機(jī)電設(shè)備必須持有船檢證書，但目前廣西主要靠外購，有少量的的生產(chǎn)制造商，生產(chǎn)條件和技術(shù)條件的好壞兼而有之，外購的閥門等也是是五花八門，質(zhì)量得不到有效的保證。氣體燃料控制系統(tǒng)的制造商水平也參差不齊，給船舶留下了安全隱患[10]。

建議:

（1）盡量選擇主尺度較大的船，確保氣罐和船舶機(jī)艙和船員艙室保持一個安全的距離。

（2）調(diào)整船的廚房位置，使得廚房與氣罐的距離滿足法規(guī)和規(guī)范的安全要求。

（3）改為本質(zhì)安全型機(jī)艙，以確保現(xiàn)有的船舶機(jī)艙主要設(shè)備繼續(xù)使用。

（4）增加船舶改造投資，船廠和船檢嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，以確保氣罐、ECU、燃?xì)夤艿篱y門、柴油-LNG發(fā)動機(jī)和其他重要機(jī)電設(shè)備使用經(jīng)船檢認(rèn)可的船用產(chǎn)品[11]。

3 社會效益

近年來，隨著中國經(jīng)濟(jì)和社會的不斷發(fā)展，交通運輸業(yè)能耗逐漸增多，碳排放量也不斷增加，環(huán)保、節(jié)能和減排壓力日益增加，國家開始在各個行業(yè)中大力實施降低能耗和降低有害物排放，特別交通運輸行業(yè)的能源消耗和降低排放是我國節(jié)能和減排的主陣地。在交通運輸行業(yè)，水路運輸行業(yè)消耗大量的燃料并排放大量的有毒、有害氣體，不符合建設(shè)“美麗中國”的總體要求。因此，在節(jié)能減排的各個領(lǐng)域中，利用液化天然氣作為船用動力燃料的選擇將有著光明的前景。LNG動力燃料燃燒比傳統(tǒng)的柴油、液化天然氣更清潔和綠色，并且儲存量大，有著良好的環(huán)境效益的同時，也具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)測試結(jié)果測試和廣泛的研究，液化天然氣——柴油混合動力船比純柴油節(jié)省成本20%～25%，在日常維護(hù)成本、液化天然氣——柴油混合動力引擎比柴油發(fā)動機(jī)維護(hù)成本更低。不難看到，液化天然氣由于其低成本、高效、環(huán)保的特點，逐漸受到越來越多的航運公司和能源公司的注意，使用液化天然氣作為船舶主機(jī)燃料將逐漸成為航運業(yè)發(fā)展的一個主要方向[12]。

4 經(jīng)濟(jì)效益

近年來，隨著工業(yè)化的不斷發(fā)展，長江、京杭大運河、西江等內(nèi)河一直飽受環(huán)境污染、船舶動力耗能高、船舶營運管理粗放、設(shè)備老化等多因素困擾，液化天然氣的發(fā)展力量為中國內(nèi)河航運船舶降低能源消耗和減少有害排放物等具有重要意義。經(jīng)過分析，改用LNG作為船舶動力燃料，與柴油相比具有較好的經(jīng)濟(jì)性，按照船舶航行的水域，貨運船舶分為內(nèi)河船舶、近海船舶和遠(yuǎn)洋船舶三類。遠(yuǎn)洋船舶噸位普遍較大采用的都是大型低速二沖程柴油機(jī)，以重油為燃燒動力，用液化天然氣代替后不能節(jié)省多少燃料費用，采用柴油的沿海貨輪和河船利用LNG才能節(jié)省大量的燃料費用，長遠(yuǎn)來看，像歐盟國家因受環(huán)境因素制約而采取遠(yuǎn)洋船舶在船舶進(jìn)出港時臨時采用燃燒LNG的方式來滿足排放要求；國內(nèi)長江、京杭大運河目前進(jìn)行示范運營的液化天然氣動力船，都是采用柴油——LNG兩種燃料同時供給主機(jī)燃燒做功驅(qū)動螺旋槳推動船舶前進(jìn)的，在起航和靠岸的時候通過轉(zhuǎn)換開關(guān)只供給柴油到主機(jī)，正常航行時利用轉(zhuǎn)換開關(guān)供給主機(jī)LNG和柴油雙燃料，此時液化天然氣的替代率通常能在60%～70%之間；2017年2月7日，中國國家發(fā)展和改革委員會進(jìn)行調(diào)價后，廣西南寧的平均柴油價格為6.14元/升，折合為7 309元/t，另一點，從實船測試及發(fā)動機(jī)臺架試驗數(shù)據(jù)看，1 kg柴油折合1.3 m3天然氣。以一艘常年航行于西江干線南寧港至廣州港的2 000 t級貨船為例進(jìn)行分析，選取相關(guān)的計算參數(shù)如下：單次往返航程1 708 km，每年往返次數(shù)24個航次，油耗3.5 kg／（103 t·km），柴油價格7 309元／t、LNG價格3 283元/t，除去損耗等其他因素，可以計算出改用LNG—柴油雙燃料后每年可節(jié)省燃料費用至少60萬元[13]，詳細(xì)計算過程如下：

（1）純柴油時需要燃燒柴油量：3.6×103 t／（103 t·km）2 000 t×1 708 km/航次×24航次=286 t

純柴油全年油料費：286 t×7 309元/t =209.037 4萬

（2）70%柴油被LNG替代量：286 t×70%×1.3 =260.2 t

30%柴油未被替代量：286 t×30%×=85.8 t

替代后的全年油料費：260.2 t×3 283元/t +85.8 t×7 309元/t=85.423 6萬+62.711 2萬=148.13萬元

每年節(jié)省下來的費用：209.037 4萬-148.13萬元=60.902 6萬元

廣西一條2 000 t級的貨船雙燃料動力系統(tǒng)改造費用約需要60多萬元，1年多時間即可收回成本，后期的環(huán)保收益和經(jīng)濟(jì)收益更加可觀。目前，幾乎所有的內(nèi)河船舶在中國傳統(tǒng)的0#柴油。內(nèi)河船舶采用液化天然氣動力，具有初步的經(jīng)濟(jì)適用性，船用天然氣價格高于當(dāng)前居民生活1倍，高于工業(yè)和商業(yè)天然氣價格0.5倍，價格上漲空間已經(jīng)不大，因價格高的呼聲一直不斷，合理的降低也是極有可能的[14]。

5 結(jié)束語

以廣西標(biāo)準(zhǔn)化河船進(jìn)行LNG動力改造為研究對象，對LNG的特點及LNG動力船舶的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，特別針對改造的技術(shù)難點、技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益進(jìn)行了分析，并提出了相關(guān)的建議和對策，結(jié)合廣西現(xiàn)有船舶設(shè)計公司和造船及公司應(yīng)總結(jié)現(xiàn)有的液化天然氣船試點項目的成功經(jīng)驗和不足，結(jié)合廣西主流段通航能力和航道的特點，加以技術(shù)改造和政策扶持，定能制造出滿足法規(guī)要求滿足法規(guī)，保證安全，節(jié)省資金，效能最大化的柴油-LNG雙燃料動力船舶。

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Feasibility Analysis and Study on LNG power Transformation of Guangxi Standardized River Ship

XIA Yi－jiang1，OU Zhuo－lin2
（1.School of Mechanical Science，Ship＆Ocean Engineering of Qinzhou University，Qinzhou Guangxi 535011，China；2.Maritime College of Qinzhou University，Qinzhou Guangxi 535011，China）

This paper analyzes the technical transformation of LNG power of standardized river ship in Guangxi，elaborated the present situation and development trend of LNG power ship，In view of the technical difficulties，technical feasibility，economic benefit and social benefit of Guangxi standardization river craft And the relevant suggestions.Combined with the existing experience and shortcomings of the existing liquefied natural gas ship pilot projects and shipbuilding and shipbuilding companies in Guangxi，with the policy supportinging，summarize the characteristics of the navigable capacity and channel Technical transformation，will be meet the regulatory requirements to meet the laws and regulations to ensure safety，save money，the diesel-LNG dual fuel power ships will maximize performance.

standardized ship type；river ship；LNG power；technical transformation；feasibility

U676.4.2

A< class="emphasis_bold">文章編號：1

1672-545X（2017）05-0041-03

2017-02-03

廣西高校中青年教師基礎(chǔ)能力提升項目《廣西標(biāo)準(zhǔn)化河船進(jìn)行LNG動力改造設(shè)計的研究》（項目編號：KY2016LX424）

夏義江（1979-），湖北隨州人，工程碩士，高級工程師，主要從事船舶機(jī)電設(shè)計。