內(nèi)河LNG燃料動力船舶改造技術(shù)研究

徐自旭

摘 要：在社會的不斷發(fā)展中，為了滿足目前“綠色環(huán)保低碳減排”的社會發(fā)展理念，需要采用LNG燃料來對船舶的動力系統(tǒng)進(jìn)行改造，以此來實(shí)現(xiàn)內(nèi)核運(yùn)輸中低碳綠色的發(fā)展要求。本文結(jié)合LNG燃料安全性、環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性的主要特點(diǎn)，針對目前我國雙燃料動力船舶的實(shí)際改造特點(diǎn)，在對其實(shí)際問題進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對內(nèi)核LNG燃料動力傳播改造技術(shù)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：內(nèi)河 LNG燃料 動力船舶 改造技術(shù)

1前言

在傳統(tǒng)的內(nèi)河動力船舶燃料使用方面，我國目前的燃料利用技術(shù)并不成熟，針對這樣的情況，我國在2011年的時(shí)候提出了實(shí)現(xiàn)內(nèi)河水運(yùn)綠色發(fā)展的具體要求，根據(jù)這樣的要求，需要利用相應(yīng)的情節(jié)能源，在滿足船舶動力系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)上，來對其進(jìn)行改造。目前在內(nèi)河動力船舶系統(tǒng)燃料的應(yīng)用當(dāng)中，使用最為廣泛的為LNG燃料，由于其經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和安全的使用特點(diǎn)，使航運(yùn)行業(yè)對其的重視程度逐漸提高，并且開始在對LNG燃料分析研究的基礎(chǔ)上，來對動力船舶進(jìn)行改造和使用。

2.LNG燃料的主要特點(diǎn)

LNG主要指的是液化天然氣，其主要成分為甲烷，LNG的形成較為簡單，只需要將氣田中所生產(chǎn)的天然氣進(jìn)行凈化處理，再經(jīng)過超低溫的常壓液化就形成了液化天然氣。目前世界所探測的天然氣總產(chǎn)量較為豐富，在2009年的時(shí)候，已探明總量為188萬億m，而我國的天然氣總產(chǎn)量同樣較為豐富，這就為天然氣的管廣泛應(yīng)用提供了較為穩(wěn)定的基礎(chǔ)，與傳統(tǒng)的船舶動力系統(tǒng)燃料相比較，LNG燃料具有以下幾種優(yōu)勢和特點(diǎn)：

1.1安全性

LNG燃料主要是有天然氣經(jīng)過超低溫的常壓而形成，一般被儲存到圓柱體真空不銹鋼罐當(dāng)中，與傳統(tǒng)的燃料相比較，LNG具有較大的安全性。首先，液化天然氣的燃點(diǎn)為650℃，而傳統(tǒng)的柴油燃料燃點(diǎn)為220℃，也就是說，液化天然氣不容易被引燃，其次，天然氣的最低爆炸濃度在5%左右，也就是說空氣中天然氣的含量達(dá)到5%才會引起爆炸，而柴油的最低爆炸濃度為0.5%，通過這樣的比較可以發(fā)現(xiàn)，天然氣具有較大的安全性。最后，由于天然氣的密度為空氣的55%，在泄露之后會直接擴(kuò)散到空氣當(dāng)中，經(jīng)過特殊手段能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)天然氣的泄露，這樣就減少了安全隱患的出現(xiàn)。

1.2環(huán)保性

天然氣雖然是化石燃料中的一種，但是卻是化石燃料中最為清潔的燃料，與其它的化石燃料相比較，具有極高程度的環(huán)保性，在輸出相同能量的情況下，天然氣的污染排放物最少。在另外一個(gè)方面，天然氣具有較好的適應(yīng)性，在實(shí)際燃燒的過程中噪音較小，熱力傳播速度快，其中沒有任何碳粒，這樣會在一定程度上提高船舶發(fā)動機(jī)的整體壽命。

1.3經(jīng)濟(jì)性

在對船舶的動力系統(tǒng)進(jìn)行改造的過程總，需要對系統(tǒng)的控制設(shè)備和相應(yīng)的進(jìn)氣結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，一般情況下，在改造完成之后，船舶的動力系統(tǒng)不僅能夠使用傳統(tǒng)的柴油燃料，同時(shí)也能使用LNG清潔能源。在經(jīng)過改造之后的動力系統(tǒng)采用智能化控制，這樣可以保證燃?xì)鈾C(jī)在實(shí)際工作時(shí)候保持相對的穩(wěn)定。針對2010年的“輪渡302號”為例，在對其動力系統(tǒng)進(jìn)行改造之后可以發(fā)現(xiàn)，1m天然氣產(chǎn)生的能量相當(dāng)于1.2L柴油所產(chǎn)生的能量，通過這樣的情況可以看出，LNG燃料具有極高的經(jīng)濟(jì)性。

3.我國內(nèi)河LNG燃料動力船舶改造的發(fā)展現(xiàn)狀

目前我國LNG燃料動力改造技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)有著40多年的發(fā)展歷史，但是與其它技術(shù)先進(jìn)的國家相比，我國的改造技術(shù)并不成熟。在20世紀(jì)90年代，我國內(nèi)河沿岸的污染情況較為嚴(yán)重，針對這樣的情況，需要對船舶的動力系統(tǒng)進(jìn)行改造，但是這樣的改造情況并不理想，改造之后的船舶只能在供氣方便的航道上運(yùn)行。在2001年起，經(jīng)過改造的船舶動力系統(tǒng)中柴油的替代率達(dá)到了70%，這也就代表著LNG燃料動力船舶改造技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)全新的發(fā)展期。但是就目前的情況來看，雖然LNG燃料改造技術(shù)發(fā)展較為迅速，但是實(shí)際經(jīng)過改造并投入使用的船舶并不多，其主要原因體現(xiàn)在這樣幾個(gè)方面：首先是目前我國水上加氣站的配置不能滿足相應(yīng)的改造要求，這就制約了LNG燃料動力船舶的實(shí)際應(yīng)用。另外LNG燃料動力船舶的安全級別要求較高，初始投資成本較大，也就是說在普通船舶的建立成本較小，處于對成本的考慮，目前LNG動力船舶的應(yīng)用并不多。最后，LNG燃料動力改造在我國仍然屬于新興行業(yè)，技術(shù)并不成熟，相應(yīng)的管理和研究然采較少，相應(yīng)的改造服務(wù)企業(yè)也較少，這在一定程度上限制了LNG動力船舶的改造和使用。

4.LNG燃料動力船舶的改造技術(shù)要點(diǎn)

4.1LNG燃料儲存罐的選取和安裝

一般情況下，內(nèi)河船舶的整體噸位較小，發(fā)動機(jī)功率同樣較小，所以可以選取獨(dú)立儲氣罐來對LNG燃料進(jìn)行儲存，這樣的獨(dú)立氣罐具有耐壓性好，安裝難度小的有點(diǎn)。在對其進(jìn)行安裝的過程中，需要根據(jù)船舶的實(shí)際特點(diǎn)來對氣罐的安裝位置進(jìn)行選取，一般情況下由于內(nèi)河船舶中空間有限，所以可以將LNG儲氣罐安裝在尾甲板上，這樣的安裝位置不僅不影響船舶貨物的存放，另外在LNG發(fā)生泄漏的時(shí)候，可以直接擴(kuò)散到空氣當(dāng)中，保證了船舶的安裝性，最后，在甲板上對其進(jìn)行安裝的成本較低，安裝流程較為簡單。

4.2對發(fā)動機(jī)進(jìn)行改造

LNG動力船舶的發(fā)動機(jī)改造一般可以包括更換新型發(fā)動機(jī)和對舊發(fā)動機(jī)進(jìn)行改造等兩種方法。在對舊發(fā)動機(jī)進(jìn)行改造的過程中，可以在保留原先柴油機(jī)的基礎(chǔ)上，增加燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)，在進(jìn)氣總管上安裝混合器，并且將供氣管道與混合器進(jìn)行連接，儲氣罐中的天然氣可以順著供氣管道進(jìn)入混合器，經(jīng)過氣化、凈化等一系列的過程之后形成可燃?xì)怏w進(jìn)入氣缸，然后進(jìn)行燃燒使用，這樣的改造方法最終形成的是柴油-LNG雙燃料動力系統(tǒng)，其中的電子控制系統(tǒng)主要是最發(fā)動機(jī)中的噴氣量和噴油量等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行控制，通過對溫度傳感器和壓力傳感器的安裝，可以將發(fā)動機(jī)的實(shí)施工作情況以電子信號的方式傳給電子控制器，以此來保證發(fā)動機(jī)能夠安裝實(shí)際要求進(jìn)行做功。在進(jìn)行實(shí)際改造的過程中，需要注意在發(fā)動機(jī)的排氣管位置安裝防爆安全閥，確保所排出的氣體不會對人體造成傷害，并且根據(jù)實(shí)際情況安裝抽風(fēng)機(jī)，在發(fā)動機(jī)停止工作之后對氣管中可能存在的可燃?xì)怏w進(jìn)行掃除。

4.3加氣方式

在進(jìn)行改造之后，相應(yīng)的燃料供給方式會發(fā)生一定程度的改變，一般情況下，這樣的加氣方式主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先是岸基加氣，這樣的加氣方式最為普遍和規(guī)范，也就是說在岸上建立LNG加氣罐，設(shè)置相應(yīng)的加氣裝置，以此來對船只進(jìn)行加氣。另外一種是船基加氣，這樣的加氣方式主要是利用水上加氣船來進(jìn)行加氣，這樣的加氣方式能夠減少岸基加氣中管廊輸送氣體的環(huán)節(jié)，但是這種加氣方式在實(shí)際運(yùn)用的過程中，由于加氣船在水中的穩(wěn)定性不高，可能會對LNG燃料的儲存和加氣造成一定的影響。撬基加氣，撬基加氣屬于岸上加氣的一種，主要是采用撬裝的方式，這樣的加氣方式適用于臨時(shí)加氣的場所，根據(jù)實(shí)際情況可以將加氣罐放置于岸上的任何場所。吊裝加氣，吊裝加氣主要是將LNG儲氣罐吊到船的上方進(jìn)行加氣，這樣的加氣方式適用于河岸較少的地區(qū)，加氣的對象主要是耗氣量較少同時(shí)航程固定的船舶，一般為觀光船只。

5.結(jié)束語

LNG燃料動力船舶改造技術(shù)正在不斷的發(fā)展當(dāng)中，根據(jù)LNG燃料安全、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，這樣的改造技術(shù)會廣泛的應(yīng)用在將來的內(nèi)河船舶運(yùn)行當(dāng)中，具有極大的發(fā)展空間。

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