廣西標準河船進行LNG動力改造設計的分析和研究

夏義江++歐卓琳

摘 要：該文以廣西標準化河船進行LNG動力改造工程進行了分析和研究，闡述了LNG動力船舶發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，分析了改造過程中的氣罐、機械設備的安裝、調試問題，例如：LNG氣罐及附屬裝置的選擇和布置，氣體燃料的圍護，燃料充裝，防火結構的設置，滅火系統(tǒng)及探火的配備，主機改造成LNG/柴油雙燃料，通風系統(tǒng)的改造設置等相關的分析和設計，以設計出滿足法規(guī)和規(guī)范的要求，達到安全的要求，給廣西的船廠以經(jīng)驗指引和技術指導，并對標準船型的LNG動力改造設計有較好的示范和指導作用。

關鍵詞：廣西 標準化河船 LNG動力改造 設計

中圖分類號：U676 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）03（a）-0074-03

廣西區(qū)內的標準化河船從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，極大地提高了過閘通航效率和造船效率，但隨著近年來經(jīng)濟增速下滑，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。該文選取主尺度滿足西江干線過閘要求的船舶標準船型，結合西江河船實際情況，以理論分析為基礎，依據(jù)現(xiàn)行的法規(guī)和規(guī)范，對這種廣西經(jīng)典的標準化河船改造LNG動力改造進行了詳細分析，分析改造過程中所需要注意的重點和難點，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，為降低船舶、人員和設備安全的潛在風險，特別是氣罐的選擇，氣體燃料的圍護，主機及本質安全型機艙部分，燃氣管路部分進行詳細的改造分析，對標準船型的LNG動力改造設計有較好的示范和指導作用[1]。

1 改造概況及主要依據(jù)

本船設雙機、雙槳、雙舵的機動貨船，原設雙主機，單機功率212 kW，以柴油為燃料，現(xiàn)改造為柴油-天然氣為雙燃料混燃驅動。

主要依據(jù)法規(guī)和規(guī)范。

該船按中華人民共和國海事局及中國船級社頒布的現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)則的相關要求進行改造設計。

（1）《內河船舶法定檢驗技術規(guī)則》（2011年）及其2015年修改通報。

（2）《天然氣燃料動力船舶規(guī)范》（2013年）。

（3）《內河天然氣燃料動力船舶法定檢驗暫行規(guī)定》（2013）。

（4）《鋼質內河船舶建造規(guī)范》（2009）及其2012年和 2014 年修改通報。

（5）《材料與焊接規(guī)范》（2012年）及其2013年和2014年修改通報。

2 氣罐及附屬裝置、充氣站及消防的增設

2.1 增加LNG氣罐及附屬裝置的選擇和布置

增設船用LNG臥式氣罐置于于尾部二層甲板之上右側，LNG儲存罐座底甲板及面向LNG儲存罐的二層船員室后圍壁及駕駛室后圍壁應為A60級防火分隔的艙壁。

式中：G3為右主機燃氣消耗率，192 g/kW·h；

N3為右主機額定功率，212KW；

T3為主機續(xù)航力，45h；

I3為主機數(shù)量，2臺；

Q3=3.66t。

實船在尾船員甲板尾部設LNG氣罐1只，可裝液化天然氣（LNG）約3.7 t，可采用8 m3LNG船用燃料罐，可滿足續(xù)航力要求。

氣體燃料罐主機及附件：本船氣體燃料罐主機、主機控制系統(tǒng)、GVU箱由主機廠供貨，并提供船檢產(chǎn)品證書。船員甲板的8 m3獨立船用LNG儲存罐內。船用LNG臥式氣罐配氣罐連接處所（帶氣密門）、水浴汽化器（120 Nm3/h）、緩沖罐（30 L）、自增壓器、調壓等裝置，設計壽命不少于20年，帶CCS船用產(chǎn)品證書，有效容積：8 m3。

2.2 增加充裝系統(tǒng)（加氣站）

該船燃料充裝布置位于開敞甲板上，充裝總管由儲氣罐經(jīng)氣罐連接處所引出，充裝接頭為LNG標準充裝法蘭接頭[2]，燃料充裝時通過充裝法蘭接頭與加注設施（LNG水上/岸上加注站）直接對船上LNG儲罐加注，其額定充裝量（率）應符合LNG儲罐廠家使用要求。在LNG充裝接頭和任何可能泄漏位置的下方安裝有由耐低溫材料制成的集液盤。充裝管路和供應管路還設有氮氣吹掃裝置，發(fā)動機燃氣控制系統(tǒng)由發(fā)動機自帶電控系統(tǒng)ECU進行控制[3]?？刂?、監(jiān)測、安全系統(tǒng)。該船LNG氣罐與右氣體發(fā)動機均為CCS船用產(chǎn)品，出廠時已各配備符合規(guī)范要求的控制、監(jiān)測、安全系統(tǒng)（設備旁及駕駛室均設置），船廠另設置如下安全措施：可燃氣體探測器6套，分別為通風導管、閥組單元GVU箱體內各1套，右主機上方1套，發(fā)動機曲軸箱透氣管內1套，LNG氣罐連接處所內2套，機艙與氣罐上方各設有感溫、感煙火災探測器各1套，機艙通風機、供氣通風導管通風機與右氣體發(fā)動機控制系統(tǒng)互鎖。

2.3 增設的消防系統(tǒng)

為保護儲氣罐，在儲氣罐存放的露天甲板上設置了水霧噴淋管路，噴嘴為全孔型高速水霧噴嘴，用于儲氣罐暴露部分及限界面的防火降溫。水霧管路接至消防總管并由閥門控制，該閥設置在艉部甲板安全且容易到達的位置。該船消防主要為水滅火系統(tǒng)，全船在機艙進出口左右舷及船中、船艏、尾船員甲板LNG氣罐附近均設有消防栓，機艙內設80CWL-6型電動消防（兼水霧）泵組2臺，可為全船提供消防用水。該船氣罐處所水霧系統(tǒng)由消防總管提供（主要用于冷卻、防火以及船員防護），水霧總管連接到消防總管前設有截止閥，以防止水霧管遭受損壞時不影響被隔離管段前面的消防管路[4]。為了隔離破損區(qū)域，在水霧總管上還通過多只截止閥隔離劃分為幾個區(qū)域的水霧支管，截止閥設在安全且易到達的位置，該位置不會因火災而切斷。水霧系統(tǒng)覆蓋位于甲板上方的氣罐的暴露部分外，還覆蓋面向該氣罐的上層建筑和甲板室的限界面。該船氣罐充裝接頭附近設有由消防總管提供的水幕系統(tǒng)，通過水幕噴頭將水噴灑成水簾狀，以防止在充裝過程中LNG泄漏到周圍船體或甲板上使其遭受低溫損傷。在氣罐附近設有2具容量5 kg的手提式干粉滅火器，在充裝站還設置有一臺容量不小于160 kg的大型推車式粉滅火器及1具容量不少于5 kg的手提式干粉滅火器（兩種滅火器由充裝站配置）。惰氣吹掃系統(tǒng)：本船不設惰性氣體發(fā)生裝置及氮氣瓶，船上充裝系統(tǒng)中設有惰氣吹掃管線及其他惰氣吹掃接口，惰氣由加注方在本船加注后提供吹掃。其他惰氣接口只在船舶動力系統(tǒng)維修時使用（如曲軸箱透氣管惰氣接口），也由岸基部門提供。

3 主機改造成LNG/柴油雙燃料

3.1 船舶主機改造

在原船使用的主機（即柴油機）上增加一套液化天然氣供給系統(tǒng)，將單燃料柴油機改造為LNG-柴油的兩種燃料混燃的發(fā)動機，雙燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)采用的是電控噴射系統(tǒng)[5]。為了精確控制空氣燃料的比例，沒有燃氣掃除，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氣多點噴射方式，安全性比較高，技術也比較成熟。

3.2 增加燃氣系統(tǒng)

該船機艙需改造為本質安全型機器處所，燃氣管路通過雙套管型式進入機艙。本船LNG儲罐（含單冷箱、系統(tǒng)管路、充裝口等）總成有儲罐供貨廠家負責全部圖紙及技術文件的送審和產(chǎn)品報檢，并取得相應的產(chǎn)品證書。單冷箱內含有儲罐增壓器、汽化橇、緩沖罐以及LNG配套管路等，組成燃氣供氣系統(tǒng)。液態(tài)低溫天然氣從儲氣罐出來后經(jīng)根部閥、汽化器使液態(tài)轉換成氣態(tài)進入緩沖罐，經(jīng)供氣總管進入機艙，再通過穩(wěn)壓使燃氣壓力保持在1～4 bar左右，為雙燃料主機供氣。供氣總管進機艙前分成兩路，經(jīng)支管互鎖閥為主機提供燃氣（見燃氣供氣系統(tǒng)原理圖）。儲氣罐防止在艉部甲板，燃氣使用至10%后由LNG加注船為該船加液，加液時加裝不銹鋼罩，以防止充裝飛濺，裝滿燃氣后儲氣罐可立即投入使用。設燃氣通風套管抽風機和冷箱通風管抽風機各一套（每套2臺抽風機），用在雙燃料主機在運行過程中燃氣管系發(fā)生泄漏時及時抽排套管內和冷箱內的可燃氣體，以確保機艙設備和船舶的運行安全。船尾船員甲板尾部開敞甲板處設有一只船用LNG氣罐（有效容積：8 m3，設計壽命不少于20年），該氣罐配連接處所（帶氣密門）、水浴汽化器（120 Nm3/h）、緩沖罐（30 L）、自增壓器、調壓等裝置，通過自帶閥件及管路系統(tǒng)可完成充液、供發(fā)動機用氣、平衡罐內壓力、安全放散、緊急切斷、壓力液位就地顯示及信號遠傳、溫度遠傳等監(jiān)測控制。只有當拖動轉速達到150 r/min時，氣體燃料互鎖閥才自動打開供氣；當轉速自動上升到達到400 r/min，系統(tǒng)判定點火成功，啟動馬達自動退出，發(fā)動機自動進入怠速；當拖動超過15 S轉速沒有上升，發(fā)動機控制系統(tǒng)判定點火失敗，會自動關閉氣體燃料互鎖閥并發(fā)出報警；停機過程是：用戶按下停機按鈕，氣體燃料互鎖閥先關閉，當互鎖閥之后的燃氣管內燃氣耗盡，發(fā)動機轉速回到0，此時點火系統(tǒng)才自動關閉，在供氣管路控制處所及機艙內顯見位置應張貼有關供氣管操作的警示牌。由于汽化器隨LNG氣罐布置在尾船員甲板，距離發(fā)動機較遠，該船另配備一臺專用電動供水泵。

3.3 增加通風設備

該船機艙按本質安全型進行設計，機艙設風量為6 000 m?/h的軸流防爆通風機2臺，布置在主甲板，通過風管和封口將新鮮空氣送至機艙內主、輔機的進氣口處等需要新鮮空氣的地方，用以改善發(fā)動機的工況和改善操作人員的工作環(huán)境[6]。

目前，面對天然氣良好的經(jīng)濟性和環(huán)保效益，我國政府和民間涌現(xiàn)出巨大的熱情，特別是我國內河約有3萬艘船只面臨“油改氣”，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，減少維護費用逾50%等，而且世界上天然氣的儲量豐富，同時LNG作為船舶動力已經(jīng)成為現(xiàn)實，同時為應對國際油料不穩(wěn)定因素，我國已規(guī)劃LNG作為替代能源戰(zhàn)略，將LNG應用到我國航運符合國家能源結構調整戰(zhàn)略，隨著改造技術的成熟和完善，“油改氣”的船舶市場將更廣闊，在經(jīng)濟欠發(fā)達的西部地區(qū)應用將更為廣泛。

參考文獻

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[2] 張瓏.內河干貨船改LNG-柴油雙燃料動力船初次檢驗技術要點[J].中國水運，2016（4）：52-53.

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[4] 陳海杰.液化氣船舶消防之我見[J].珠江水運，2002（1）： 18-19.

[5] 王世榮.我國內河柴油-LNG雙燃料動力船舶的現(xiàn)狀分析與建議[J].中國水運，2011（7）：4-7.

[6] 蔡偉昭.29000t化學品船機艙通風布置設計[J].廣船科技，2004（2）：9-11.