淺談LNG／柴油雙燃料動(dòng)力船的改建檢驗(yàn)

李明+張明+張強(qiáng)生

摘 要：為了滿足“綠色環(huán)保低碳減排”的發(fā)展理念，日前，在廣西西江重工有限公司已開展使用LNG/柴油雙燃料動(dòng)力船的改建和建造。本文根據(jù)檢驗(yàn)工作中遇到的問題，結(jié)合相關(guān)法規(guī)和規(guī)范的要求，淺談LNG/柴油雙燃料動(dòng)力船的改建和建造中應(yīng)注意的問題。

關(guān)鍵詞：LNG/柴油雙燃料動(dòng)力船 改建 檢驗(yàn)

1.前言

LNG是英語液化天然氣（Liquefied Natural Gas）的縮寫。以LNG燃料逐步替代柴油作為運(yùn)輸船舶的主要?jiǎng)恿θ剂?，具有?jié)能降耗、低碳環(huán)保、安全經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)，順應(yīng)內(nèi)河運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，符合節(jié)能減排的政策方向，對(duì)改善內(nèi)河運(yùn)輸用能結(jié)構(gòu)具有重要的促進(jìn)作用。

2.LNG的特點(diǎn)

天然氣通過脫水、脫硫、去除雜質(zhì)及重?zé)N類，在常壓下，冷卻至約-162℃時(shí)，則由氣態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)，稱為液化天然氣，簡稱LNG。其主要成分是甲烷（CH4含量75%-99% ），無色、無味、無毒且無腐蝕性，其體積為同量氣態(tài)天然氣體積的1/625， 其質(zhì)量僅為同體積水的45%左右。LNG的燃點(diǎn)為650℃，著火點(diǎn)較高，所以更難點(diǎn)燃；LNG的爆炸極限（LEL）為5%-15%，且氣化后密度很低，只有空氣的一半左右，即使稍有泄漏，也會(huì)立即揮發(fā)擴(kuò)散，在非受限空間內(nèi)不存在燃燒、爆炸的可能，安全性好。LNG是液態(tài)的天然氣，儲(chǔ)存壓力一般較低，溫度零下162度以下。

LNG的主要物理參數(shù)

（1）沸點(diǎn)-166--157℃ （常壓沸點(diǎn)：-162.15℃） 燃點(diǎn)650℃

（2）臨界浮力溫度-107℃（當(dāng)氣態(tài)天然氣溫度高于-107℃時(shí)，氣態(tài)天然氣比空氣輕，將從泄漏處上升飄走。當(dāng)氣態(tài)天然氣溫度低于-107℃時(shí)，氣態(tài)天然氣比空氣重，低溫氣態(tài)天然氣會(huì)向下積聚，與空氣形成可燃性爆炸物）

（3）熱值36000KJ/m3-46000KJ/m3（約合：8600-11000kcal/Nm3）

（4）液體密度420-460kg/m3

（5）氣體密度0.717kg/m3（1atm，2℃）

3.LNG/柴油雙燃料動(dòng)力船改裝檢驗(yàn)中應(yīng)注意的問題：

3.1氣罐甲板的加強(qiáng)

對(duì)在航營運(yùn)船舶改建成LNG/柴油雙燃料動(dòng)力船，設(shè)計(jì)方應(yīng)對(duì)待改建船舶氣罐基座下的甲板及其骨架和需進(jìn)行防火處理的艙壁進(jìn)行測厚；氣罐基座區(qū)域甲板應(yīng)敷設(shè)寬度應(yīng)不小于2個(gè)肋距、長度不小于1.5倍鞍座長度、厚度不小于鞍座腹板厚度的復(fù)板加強(qiáng)。

3.2防火分隔的檢驗(yàn)

內(nèi)河船舶改裝LNG/柴油雙燃料動(dòng)力船，因內(nèi)部艙室狹窄，氣罐一般位于開敞甲板，面向氣罐的起居處所、服務(wù)處所、貨物處所、機(jī)器處所和控制站的限界面應(yīng)采用A-60級(jí)防火分隔。此種隔熱應(yīng)延伸至駕駛室甲板底面，或艙壁實(shí)際高度。

實(shí)際檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)核對(duì)其產(chǎn)品質(zhì)量證明書和產(chǎn)品明細(xì)能否滿足相應(yīng)耐火分隔等級(jí)，其次要對(duì)照型式認(rèn)可證書和試樣布置圖（經(jīng)船檢批準(zhǔn)）和安裝作業(yè)指導(dǎo)書對(duì)安裝工藝作檢驗(yàn)，重點(diǎn)檢查隔熱材料是否有損壞、受潮現(xiàn)象，如有損壞、受潮，則隔熱材料不允許使用，單層材料的厚度、層數(shù)、總厚度、碰釘和彈性壓圈的布置間距、且每塊材料之間應(yīng)緊密貼合，貼合處不允許有縫隙和明顯凹凸現(xiàn)象，端部是否安裝到位和敷面的固定情況等。材料上船安裝時(shí)，允許現(xiàn)場切割，但切割縫隙要平整，切割的斷面要用玻璃絲布包敷，以防材料脫落。隔熱層在結(jié)構(gòu)的交接點(diǎn)和終止點(diǎn)應(yīng)處應(yīng)采取適當(dāng)措施，以防止導(dǎo)熱的危險(xiǎn)，一般要求耐火隔熱材料在結(jié)構(gòu)交接點(diǎn)和終止點(diǎn)延伸450mm，防止隔熱層在交接點(diǎn)和終止點(diǎn)處導(dǎo)熱。

3.3桅桿的結(jié)構(gòu)

對(duì)于桅桿設(shè)在氣罐附近的，應(yīng)注意眠桅時(shí)信號(hào)燈與氣罐壓力釋放閥之間的距離，如不能滿足要求，則應(yīng)設(shè)置專門的結(jié)構(gòu)以確保桅桿眠桅時(shí)向船艏方向。

3.4主機(jī)的改裝和安裝

（1）LNG供給系統(tǒng)

LNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的供氣系統(tǒng)由GVU、燃?xì)鈬娚洳考⒒旌掀骷半娮庸?jié)氣門等控制天然氣供給和噴射的零部件組成。從LNG氣瓶出來的液態(tài)燃?xì)饨?jīng)過氣瓶組件（汽浴汽化器）轉(zhuǎn)換為氣態(tài)天然氣。經(jīng)低壓過濾器、電磁閥，再進(jìn)入穩(wěn)壓器，然后進(jìn)入氣軌總成。最后經(jīng)過控制器的控制，經(jīng)過噴氣閥進(jìn)入預(yù)混器與空氣形成均質(zhì)可燃混合氣并進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸進(jìn)行燃燒做功。

氣軌總成外設(shè)圍蔽管，該管與雙壁管通風(fēng)出氣法蘭連通至開敞甲板，與雙壁管連成一個(gè)整體，通過抽吸式風(fēng)機(jī)至氣罐附近的通風(fēng)出口。

為防止部分沒有完全燃燒的可燃混合氣通過曲軸箱防爆門排向機(jī)艙，建議將曲軸箱防爆門引向開敞甲板，或在其上方設(shè)置可燃?xì)怏w探測器并將其接入ECU。

（2）主機(jī)空氣進(jìn)口應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離噴氣閥或引至開敞甲板。

（3）ECU的安裝

ECU是雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的管理核心，通過各種傳感器監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況，并根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況和控制脈譜控制各執(zhí)行器，通過CAN總線與各子系統(tǒng)通訊。

應(yīng)盡可能將 ECU 安裝在振動(dòng)小的位置，并且要有可靠的防水、防油、散熱措施。ECU一般安裝在駕駛室，但是為了最大程度的減少ECU和電氣線束間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，檢驗(yàn)中應(yīng)注意電氣線束的布線和固定方面，機(jī)艙內(nèi)的線束應(yīng)布置在花鐵板之上，并穿過鋼管保護(hù)。

（4）建議

因LNG的熱值比柴油高，發(fā)動(dòng)機(jī)在工作中，氣缸、活塞、氣缸蓋等部位承受著比較大的熱應(yīng)力，特別是活塞頂，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)缸套頂部和第一道活塞環(huán)和活塞的冷卻，有效防止活塞環(huán)和缸套的磨損，防止活塞出現(xiàn)融頂現(xiàn)象。不建議將現(xiàn)有柴油機(jī)改裝為LNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。如確需改裝，至少應(yīng)在陸上進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)合格，才允許裝船。

4.ECU電源的供應(yīng)

ECU是LNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的管理核心，其電源由主電源供應(yīng)，也可由蓄電池供電，但蓄電池的配備《內(nèi)河天然氣燃料動(dòng)力船舶法定檢驗(yàn)暫行規(guī)定》（2013）沒有明確規(guī)定，一般與通導(dǎo)設(shè)備共用，建議ECU的備用電源使用專門的蓄電池供電。

5.風(fēng)機(jī)

對(duì)于LNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，機(jī)艙、冷箱、雙壁管等安裝的風(fēng)機(jī)，不論是由專門的主配電板或應(yīng)急配電板設(shè)獨(dú)立線路供電或由主配電板或應(yīng)急配電板設(shè)公用線路供電，每一抽風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)應(yīng)由固定安裝的能切斷所有絕緣極的多極聯(lián)動(dòng)開關(guān)進(jìn)行控制。

6.氣浴氣化器的熱水供應(yīng)

目前安裝的LNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，從LNG氣瓶出來的液態(tài)燃?xì)庵苯永弥鳈C(jī)從排氣管冷卻水套出來的冷卻水，經(jīng)過氣瓶組件（汽浴汽化器）進(jìn)行加熱轉(zhuǎn)換為氣態(tài)天然氣，因此海水泵應(yīng)具有足夠排量的壓頭，確保LNG的汽化。

在檢驗(yàn)中應(yīng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行必要的試驗(yàn)，對(duì)熱交換器氣體燃料出口處的溫度和水浴汽化器的進(jìn)水溫度進(jìn)行監(jiān)測試驗(yàn)，當(dāng)氣體燃料出口處溫度過低時(shí)（不低于0°C），應(yīng)在駕駛室或機(jī)艙有人值班的位置發(fā)出聽覺、視覺報(bào)警且自動(dòng)關(guān)閉LNG輸送泵（如設(shè)有），并切斷氣罐主閥。

7.監(jiān)視和報(bào)警系統(tǒng)的試驗(yàn)

應(yīng)制定安保系統(tǒng)試驗(yàn)大綱，確保在發(fā)動(dòng)機(jī)處于雙燃料模式下對(duì)儲(chǔ)氣罐區(qū)域安全監(jiān)測系統(tǒng)、氣體閥件單元可燃?xì)怏w及雙壁管安全監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行可燃?xì)怏w安全監(jiān)測報(bào)警和互鎖閥功能試驗(yàn)。感溫、感煙報(bào)警器與駕駛室聲光報(bào)警器的功能試驗(yàn)。

8.惰性氣體吹掃系統(tǒng)

一般船上沒有設(shè)置專門的惰性氣體供應(yīng)，而充裝時(shí)一般利用槽車對(duì)LNG管路進(jìn)行吹掃， 應(yīng)在氣體燃料系統(tǒng)維護(hù)手冊(cè)注明相關(guān)的操作和維護(hù)程序。

9.其它

（1）檢查已配置一套便攜式可燃?xì)怏w探測器供船員對(duì)艙室可燃?xì)怏w的檢查。

（2）經(jīng)查船上已按要求設(shè)置警示牌。

（3）確認(rèn)消防水槍全部改為壓力水霧/水柱型。

（4）確認(rèn)已配備不少于兩臺(tái)的便攜式VHF供氣體充裝用。

（5）確認(rèn)設(shè)置的大型推車式干粉滅火器已有效固定。

（6）經(jīng)查充裝接頭應(yīng)有盲斷法蘭，供不充氣時(shí)使用。

（7）檢查已增加一盞紅色信號(hào)燈。

（8）檢查船上已配備氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的安全操作手冊(cè)。

（9）檢查船上已配備為氣體燃料系統(tǒng)制定專門的維護(hù)手冊(cè)。

（10）檢查船上已配備對(duì)安裝在危險(xiǎn)區(qū)域的電氣設(shè)備制定專門的維護(hù)手冊(cè)。

（11）檢查船上已配備指明氣體控制、監(jiān)測和安全系統(tǒng)的儀器、設(shè)備定期試驗(yàn)的計(jì)劃。

（12）LNG供應(yīng)管路使用不銹鋼，要求有專門持證焊工進(jìn)行焊接，焊縫應(yīng)經(jīng)無損檢測合格。

（13）與氣體燃料系統(tǒng)相關(guān)的重要產(chǎn)品，如氣罐，氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，熱交換器，電子控制系統(tǒng)，氣體燃料管路上的所有閥件、軟管、波紋管，泵和壓縮機(jī)等，應(yīng)持有船用產(chǎn)品證書。

參考文獻(xiàn)：

[1]天然氣燃料動(dòng)力船舶規(guī)范，人民交通出版社，2013.

[2]內(nèi)河天然氣燃料動(dòng)力船舶法定檢驗(yàn)暫行規(guī)定.人民交通出版社，2013.