桁拖漁船LNG動力改裝的可行性研究

楊衛(wèi)華

（舟山市定海區(qū)漁船檢驗站 舟山316000）

引 言

我國是世界漁業(yè)大國之一，漁船數(shù)量眾多［1］，但是基本以柴油機(jī)作為推進(jìn)動力，每年排放的氮氧化物、二氧化硫、二氧化碳等氣體和顆粒物體量巨大，不僅增加了漁民生產(chǎn)作業(yè)成本，使其面臨較差的工作環(huán)境，還造成了較嚴(yán)重的環(huán)境污染。盡管近年來船舶節(jié)能技術(shù)包括船型優(yōu)化、船機(jī)槳匹配、余熱利用技術(shù)、燃油添加劑及節(jié)油裝置等有了巨大的進(jìn)步，但是具體到實際漁船上基本處于很低的應(yīng)用水平，并沒有達(dá)到廣泛推廣的價值。

LNG作為一種清潔能源，經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性均高于普通柴油，大型LNG船舶技術(shù)已較為成熟，但是將其利用在漁船上還較為少見。韓廣宗［2］等分析了LNG漁船的優(yōu)勢及障礙；汪鵬、張文孝等［3-4］探討了LNG漁船動力裝置的應(yīng)用及改裝的相關(guān)技術(shù)；王永生［5］等以雙燃料為目標(biāo)船，研究了漁船LNG系統(tǒng)、冷能利用和經(jīng)濟(jì)效益。

天津已成功對20余艘木質(zhì)小型漁船進(jìn)行雙燃料動力改造［6］，每年節(jié)省約70%柴油消耗，燃料成本約降20%，應(yīng)用前景廣闊。本文以38 m桁拖漁船為研究對象，對其LNG動力改裝方案和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，探討LNG在漁船上應(yīng)用推廣存在的主要問題。

1 38 m桁拖漁船簡介

本船型為鋼質(zhì)、單甲板、單底、單槳、單舵、舯后機(jī)型、橫骨架式結(jié)構(gòu)、電焊焊接式漁業(yè)捕撈桁拖漁船，可裝載燃油約40 t、淡水40 t、漁獲物60 t。其主要作業(yè)航區(qū)為中國近海，航速約10 kn，總體布置示意圖如圖1所示。本船型主甲板下布置有1個機(jī)艙及4個魚艙，燃油艙和淡水艙主要位于船型首尾和機(jī)艙的尾部，漁具主要置于船首的漁具艙里。主甲板上布置有雙層甲板室、漁撈設(shè)備（門架、拖蝦桿、起重桅、絞綱機(jī)）以及魚艙口等。

圖1 38 m桁拖漁船總體布置示意圖

2 LNG動力改裝方案

2.1 船體改裝

對漁船LNG動力改裝的船體部分主要通過圍繞LNG儲罐的容積設(shè)計和安裝位置設(shè)計兩方面展開［5］，即設(shè)計合理的LNG容積，在盡可能不改變漁船操作習(xí)慣的前提下改裝儲罐安放位置。

就本船型而言，船尾和船舯的主甲板是起網(wǎng)操作區(qū)以及網(wǎng)具堆放區(qū)，不宜安放LNG儲罐；若是安裝在船尾駕駛甲板上，既影響曬網(wǎng)，且由于船的重心升高，會降低航行的安全性。因此，只有主甲板下的魚艙才最適合安放LNG儲罐，故將船型第三冷藏魚艙（即圖1中的冷藏魚艙No.3）改裝為LNG儲罐儲藏艙。

經(jīng)調(diào)研得知本船型大致以20天為一個捕魚周期，期間柴油機(jī)運行時間約為200 h，油耗量按200 g/kW·h計算，且考慮到儲液罐80%左右的利用率，則至少需攜帶20 m3的LNG儲罐才能滿足柴油機(jī)運行一個捕魚周期?？紤]魚艙容積有限，若滿額配置LNG儲罐，則漁船魚艙容積將大幅減少，單次作業(yè)周期裝載漁獲減少，嚴(yán)重影響作業(yè)效益。同時鑒于雙燃料發(fā)動機(jī)也可單獨使用柴油作為燃料，在沒有LNG燃料的情況下漁船也可正常運行。因此，本船布置9 m3的LNG儲罐，能夠使雙燃料柴油機(jī)滿負(fù)荷運行90 h左右，具體如圖2所示。

圖2 LNG儲罐安放示意圖

2.2 LNG儲罐特性

本船采用壓力式C型LNG儲罐，材質(zhì)主要為不銹鋼304 L，其外形尺寸約為4.5 m×2.3 m×2.1 m，實際可裝載LNG約9 m3。其設(shè)計壓力為1.05 MPa、設(shè)計溫度為-196℃、工作壓力1.0 MPa、工作溫度約-162℃，采用高真空多層絕熱形式。

在安裝LNG儲罐的同時安裝冷箱，并將氣化器、閥件等裝置放在氣密的冷箱中，能夠起到控制天然氣在密閉的空間內(nèi)，且通過通風(fēng)系統(tǒng)排放至LNG艙外。排氣系統(tǒng)的通風(fēng)口設(shè)置一定的高度，遠(yuǎn)離明火，保護(hù)船員和船體的安全。

此外，將原第三冷藏魚艙下的混凝土壓載挖掉一部分以用來安裝基座，使儲液罐與船體之間牢固連接，保證在運行中不會因為顛簸和晃動等因素導(dǎo)致天然氣泄露。除此之外，在LNG艙內(nèi)適當(dāng)增加鐵塊壓載以消除由于LNG儲液罐代替魚貨而增加的自由液面對穩(wěn)性的影響，并待改裝完成后，進(jìn)行傾斜試驗重新核算空船質(zhì)量重心、核算穩(wěn)性，保證漁船的航行安全。

2.3 動力裝置改裝

LNG漁船的動力改裝主要是圍繞LNG -柴油雙燃料發(fā)動機(jī)展開的［7-8］。一般雙燃料發(fā)動機(jī)在正常工作時能完成對燃油70%的替代率，進(jìn)而降低漁民的作業(yè)成本，保證其經(jīng)濟(jì)利益。在正常工作時，在儲罐抽取部分LNG燃料經(jīng)氣化器單元、溫控閥、減壓調(diào)節(jié)單元、主氣體燃料閥進(jìn)入自動截止閥（位于機(jī)艙），并通過阻火器、穩(wěn)壓器到達(dá)LNG雙燃料發(fā)動機(jī)。此外，LNG雙燃料發(fā)動機(jī)也能以純柴油進(jìn)行獨立工作。

與傳統(tǒng)的漁船相比，LNG -柴油雙燃料的機(jī)艙內(nèi)的LNG供氣管采用雙壁管，其管系布置滿足對于本質(zhì)安全機(jī)器處所的要求，并在機(jī)艙內(nèi)設(shè)置了2套獨立的固定式氣體探測器并設(shè)置兩臺功率較大的軸流防爆風(fēng)機(jī)，若LNG濃度過高時氣體探測器發(fā)出聲光警報并切斷燃?xì)夤?yīng)，最大限度保障漁民生產(chǎn)作業(yè)安全。同時，由于LNG以液體的形式儲存且具有易燃燒的特點，所以LNG需進(jìn)行氣化后使用，并在供氣系統(tǒng)中配置阻火器以增加安全性。運行，也可單獨采用柴油單燃料運行。本船型實際捕魚周期約為20天，每個周期柴油機(jī)運行約200 h。每個作業(yè)周期內(nèi)約90 h可采用LNG -燃油雙燃料運行，剩余110 h則仍需采用單獨柴油運行。也即在全年范圍的作業(yè)航行時間內(nèi)，1 210 h采用柴油單燃料運行，所需柴油約為60 t；而990 h采用LNG -燃油雙燃料運行，若按現(xiàn)行柴油機(jī)與雙燃料發(fā)動機(jī)燃油耗率比1 ： 1，一般雙燃料燃油替代率約70%計算，LNG耗量為33.6 t，柴油消耗為14.4 t；即本船型進(jìn)行LNG雙燃料改裝后，年油耗量為74.4 t，LNG年耗量為33.6 t。

船用柴油和LNG價格目前大致在7 100元/t

3 LNG動力改裝經(jīng)濟(jì)性分析

在休漁期的影響下，本船型實際作業(yè)為220天左右，全年柴油機(jī)運行約2 200 h。以目前柴油機(jī)平均燃油耗率200 g/kW·h計算，246 kW的柴油機(jī)全年需耗油約108 t。而LNG -燃油雙燃料動力改裝后，雙燃料柴油機(jī)既可以LNG -燃油雙燃料（同時燃燒LNG和柴油，LNG的燃油替代率約70%）和5 000元/t。使用柴油發(fā)動機(jī)全年約花費76.68萬元，使用雙燃料發(fā)動機(jī)全年也花費約69.62萬元。LNG-柴油雙燃料動力相比柴油單動力每年可節(jié)約7萬元。而目前，一臺250 kW左右的LNG雙燃料發(fā)動機(jī)比柴油發(fā)電機(jī)約貴7萬元，加上相應(yīng)的改裝設(shè)備費用，兩年基本可收回成本。

但是，上述核算僅限于理論方面，實際上將該船型第三冷藏魚艙改裝成LNG儲罐艙后，每個作業(yè)周期將減少約20 t漁獲物（滿載情況下）。但隨著漁船作業(yè)海域和作業(yè)季節(jié)的變化，漁獲物的價值和單次周期的漁獲量無法估算，損失的價值也無法定量，對LNG漁船的經(jīng)濟(jì)性確實有一定影響。

4 漁船LNG動力改裝的主要問題

通過上述可行性分析，漁船改裝成LNG -燃油雙燃料動力主要存在以下幾方面的問題：

（1）漁船由于其作業(yè)特殊性，船上放置LNG儲罐的空間有限。通過分析，LNG儲藏艙僅能放置在改造后的魚艙中且容積不大，不能滿足本船型單次作業(yè)周期主機(jī)的雙燃料運行，約50%的時間仍需單柴油燃料運行；此外，單次作業(yè)周期的漁獲量有了相當(dāng)程度的減少，相對降低了單次作業(yè)的經(jīng)濟(jì)性。這些因素將影響漁民進(jìn)行LNG改裝的信心。

（2）LNG船用配套設(shè)施還不完善。由于LNG漁船在本區(qū)域還未推廣，也并沒有試點區(qū)域，大多數(shù)的漁用碼頭仍未配備相關(guān)的LNG加注設(shè)施。如何為數(shù)量不多的LNG漁船進(jìn)行LNG加注以使其正常使用，是目前需迫切解決的一個難題。

（3）漁船LNG的改裝及LNG補(bǔ)給操作缺乏有效的規(guī)范與規(guī)則支撐。盡管目前英國勞氏、挪威DNV、中國海事局和中國船級社等均已發(fā)布了LNG作為船用燃料的暫行規(guī)則、規(guī)范及臨時指南，但這些規(guī)則規(guī)范還不完善，同時涉及漁船的標(biāo)準(zhǔn)基本為空白，從而導(dǎo)致目前漁船LNG改裝缺乏依據(jù)，各地船東及漁檢部門不敢輕易嘗試。

（4）漁船LNG改裝缺乏統(tǒng)一的政策支持和資金扶持。目前，為降低漁民的作業(yè)成本，國家農(nóng)業(yè)農(nóng)村部（原農(nóng)業(yè)部）已制定了相應(yīng)的油價補(bǔ)貼政策，使大批的捕撈漁船受惠。以本船型為例，2018年度可申領(lǐng)油價補(bǔ)貼約21萬元。但目前對于LNG燃料的補(bǔ)貼政策還未出現(xiàn)，漁民進(jìn)行LNG改裝的熱情將大大降低，不利于LNG漁船的推廣與示范。

5 結(jié) 語

LNG漁船是以天然氣為動力源，能夠減少漁船在生產(chǎn)作業(yè)時對環(huán)境造成的污染，改善漁民的工作環(huán)境。本文以38 m桁拖漁船為例，闡述了本船型改裝LNG動力的方案，并對改裝LNG漁船的經(jīng)濟(jì)性以及漁船進(jìn)行LNG改裝主要面臨的問題進(jìn)行分析，并提出如下對策：

（1）研究適用于漁船的LNG改裝的相關(guān)技術(shù)，具體包括LNG儲罐利用空間的優(yōu)化、相應(yīng)安全措施的配備以及LNG冷能用于漁船制冷系統(tǒng)等技術(shù)，增加LNG燃料在漁船上應(yīng)用的競爭力，降低LNG漁船的作業(yè)成本；

（2）由于LNG船舶并未大規(guī)模發(fā)展起來，配套的LNG加注設(shè)施難以得到發(fā)展，但至少應(yīng)配備一定數(shù)量的LNG加注車開展加注工作，避免導(dǎo)致因無法加注影響到LNG漁船的日常作業(yè)；

（3）出臺類似于現(xiàn)行漁船燃油補(bǔ)貼的LNG燃料補(bǔ)貼政策，降低未來LNG漲價的風(fēng)險，降低LNG漁船的燃料成本，同時引導(dǎo)鼓勵漁民進(jìn)行LNG漁船改裝，促進(jìn)漁船業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。