小型LNG動力船的技術(shù)難點分析

周小佳

摘要：本文主要對小型LNG動力船在實際應(yīng)用中存在的一些技術(shù)問題進行了研究分析，提出了部分解決方法和思路。

關(guān)鍵詞：LNG動力 規(guī)范

隨著全國性的節(jié)能減排運動的展開，近幾年LNG 動力船在全國各地得到了大規(guī)模的試點和推廣，但從目前來看效果不太理想。究其原因一是由于油價的回落使得天然氣的性價比下降，加上LNG加注碼頭或加注躉船嚴(yán)重缺乏，船東積極性下降。二是目前相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員的缺乏和配套產(chǎn)品的落后等因素導(dǎo)致LNG動力船的各種技術(shù)指標(biāo)很難完全達到規(guī)范要求，限制了LNG動力船的發(fā)展。要改變這一現(xiàn)象，需要各方積極配合，找出原因，研究對策。船長在20-50m間的小型船舶占我國船舶數(shù)量的絕大多數(shù)，產(chǎn)生的空氣污染量占船舶排放量的絕大部分，同時LNG動力在小型船舶上的應(yīng)用難度比大、中型船舶更大，推廣的成果和意義也更大。本文就小型LNG動力船存在的主要技術(shù)難點問題在此作一分析。

一、發(fā)動機的選擇和氣體管路的問題。

LNG動力船分單一天然氣和雙燃料（天然氣和燃油）兩種，因條件限制，小型船舶一般采用雙燃料動力機。發(fā)動機分新造及改造兩種。改造機天然氣采用總管進氣單點噴射和支管進氣多點噴射兩種方式。其中總管進氣單點噴射方式僅需增加一套燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)，可完全保留柴油機的燃油噴射系統(tǒng)，天然氣噴射壓力低，對燃?xì)獗玫囊筝^低，成本較低，改造方便。但有很多缺陷，如會引發(fā)爆燃、總管存在爆炸危險、有燃?xì)鈷叱觥⑴欧判阅懿?，空燃比不夠精確、燃?xì)饽Ｊ较抡{(diào)速性能差等，安全性、經(jīng)濟性和排放都存在明顯問題。所以這種改造方式應(yīng)予以淘汰。另一種方式是目前絕大多數(shù)改造船舶使用的支管進氣多點噴射方式。該方式空燃比比較精確，沒有燃?xì)鈷叱?，排放性能較好，部分解決了總管進氣方式的缺陷，但還有單缸爆燃問題，調(diào)速性能差，改造成本較高等缺陷。

二、機器處所類型的確認(rèn)。

對小型船舶來說，采用本質(zhì)安全型機器處所，能夠避免很多由于空間間距小而帶來的問題。但本質(zhì)安全型機器處所要求供氣管路采用雙壁管，由于機器處所的供氣管路的雙壁管由船廠施工，發(fā)動機廠家一般不會考慮雙壁管的要求，所以無論采用機械通風(fēng)導(dǎo)管的雙壁管還是采用填充惰性氣體的雙壁管對小型船舶來說不太現(xiàn)實。ESD防護式機器處所僅適用于多機艙船舶，且除免除雙壁管要求外，其他對機艙的要求也很高，小型船舶并不適用。所以目前情況下，小型船舶的機器處所僅可能采用增強安全型機器處所。

目前許多改建或新建LNG動力船供氣管路部分采用雙壁管，氣體閥件單元也做成氣密（氣密效果因工藝不同不盡相同），管路有獨立的機械通風(fēng)，另外機艙其他要求基本參照增強安全型機艙要求。這種方法滿足規(guī)范要求，機艙安全性有保障，但成本增加很多。

三、小船氣罐的布置問題。

小型船舶特別是一部分改建船舶，由于船長的限制，機艙距船尾較近，氣罐的布置比較困難。為了留出船尾必要的防撞間距，氣罐部分空間要放置在機艙上方，此種情況按規(guī)范要求必須設(shè)置寬度至少達到900mm的隔離艙。為解決這一問題，設(shè)計時在其下方機艙部位增加一塊900mm高度的隔離區(qū)域。由于小船機艙高度有限，這一區(qū)域沒有了利用空間，對機艙區(qū)域的布置帶來了極大的困難。

四、氣體管路及氣罐透氣口與其他區(qū)域的間距問題。

一般情況下，小型LNG動力船舶的舵機艙位于氣罐后下方，其開口距氣罐透氣口、燃料閥、氣體管路法蘭等距離較近，但其內(nèi)部設(shè)備不能完全達到防爆等級要求，采取過壓措施也不太現(xiàn)實。考慮到LNG氣體密度約為空氣的55%，一般情況下很少會有LNG氣體在舵機艙積聚，故對舵機艙的要求應(yīng)予適當(dāng)放寬，不把其劃入危險區(qū)域之內(nèi)。氣罐的透氣口位置和高度要求對小型LNG動力船來說是很大的考驗。盡管規(guī)范對內(nèi)河船舶考慮了其布置的困難，對內(nèi)河船舶氣罐的透氣口的高度從6m降為3m，但對受航道橋梁限制的內(nèi)河船舶，還是偏高。透氣口距機器廢氣出口及機艙空氣出口的距離規(guī)范要求為海船10m，內(nèi)河船舶5m，對小型船舶來說，出口的布置是非常困難的。

五、可燃?xì)怏w泄露報警和供氣閥的切斷。

可燃?xì)怏w探測器探測精度缺乏檢測手段，規(guī)范要求氣體濃度在20%--40%LEL（爆炸下限）時發(fā)出報警或切斷供氣閥。但目前檢驗時沒有有效的檢測工具和手段來確定氣體濃度和報警或切斷的可靠性。常用的方法只是簡單地在探測器下方釋放可燃?xì)怏w來確認(rèn)是否報警或切斷供氣閥，氣體濃度無法確定。

六、氣體充裝管路的保護。

部分船舶的氣罐位于主甲板下方的艙室中，充氣管路部分穿過主甲板，為防止船體發(fā)生冷脆現(xiàn)象及充裝人員的安全，管路的保溫是很重要的工作。但目前對管路的保溫材料的選擇、施工缺乏明確要求，配套的合格產(chǎn)品幾乎沒有。

七、船用產(chǎn)品證書的問題。

規(guī)范規(guī)定與氣體燃料系統(tǒng)相關(guān)的重要產(chǎn)品如氣罐、氣體燃料發(fā)動機、熱交換器、ECU、燃料管路上的閥件、軟管、波紋管、泵和壓縮機等需持有CCS證書，但現(xiàn)實條件下，產(chǎn)品檢驗沒有跟上實際需求，很多部件沒有證書。發(fā)動機廠家僅提供發(fā)動機及配套的電子控制系統(tǒng)（ECU）證書，但氣體燃料控制系統(tǒng)及雙壁管、閥件箱的通風(fēng)系統(tǒng)和機器處所通風(fēng)系統(tǒng)的控制箱作為LNG動力船舶的重要單元，因為船舶差異化，沒有統(tǒng)一的控制系統(tǒng)，往往沒有CCS證書。另外氣罐及燃料管路絕大多數(shù)是由原來生產(chǎn)船用鍋爐或壓力容器的廠家生產(chǎn)，生產(chǎn)條件及技術(shù)條件良莠不齊，外購的閥件五花八門，如核心的防爆電磁閥，有進口的、國產(chǎn)的，類型很多質(zhì)量得不到有效保證。氣體燃料控制系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家水平也是參差不齊。給船舶安全性和檢驗工作留下極大的隱患。

以上是小型LNG動力船實船建造、檢驗過程中存在的部分技術(shù)難點，產(chǎn)生的原因很多，有些是短時期還無法徹底解決的，如發(fā)動機綜合性能的提高和成本的控制，其他還有諸如設(shè)備制造廠家和船廠的技術(shù)、工藝缺陷，小型船舶對規(guī)范的適應(yīng)性還缺乏全面的研究等。為把LNG動力真正成功應(yīng)用于小型船舶，建議：

1、適當(dāng)降低規(guī)范的某些條文要求。規(guī)范對LNG燃料的危險性估計偏高，天然氣的燃點為650℃，大于柴油的220℃及汽油的427℃，其爆炸濃度也大于柴油、汽油，密度也僅為空氣的55%，一般情況下很難有區(qū)域能積聚達到其爆炸濃度的氣體，所以其危險程度并不是很大。在采取一些必要的防護后，如保證必要的抽吸風(fēng)系統(tǒng)，規(guī)定非防爆電氣設(shè)備與閥件、氣體管路等有氣體泄漏危險的單元的最小間距等，在氣體燃料控制系統(tǒng)和氣體安保系統(tǒng)能正常工作的情況下，安全性是完全可以保障的。危險區(qū)域的劃分及開口間距的適當(dāng)降低可以使小型LNG動力船的設(shè)計、施工難度大大降低，相應(yīng)的成本也會有所下降。對LNG動力船的推廣很有好處。

2、氣體燃料發(fā)動機、電子控制系統(tǒng)（ECU）、氣體燃料控制系統(tǒng)、LNG氣罐及熱交換器的生產(chǎn)廠家必須密切配合，組合成相對固定的整體，在目前船廠LNG技術(shù)人員嚴(yán)重缺乏的情況下，只有各方密切配合，才能建造出合格的LNG動力船舶。

3、進一步做好LNG水上加注躉船或岸上加注碼頭的建設(shè)，使LNG動力船能方便地加注LNG。