長江內(nèi)河船舶清潔能源動力系統(tǒng)改造技術與應用研究

摘要：隨著航運業(yè)的發(fā)展，航運為社會生活帶來便利的同時，船舶燃料燃燒排放物也對環(huán)境造成了影響，本文針對長江航行船舶柴油動力燃燒對環(huán)境造成的影響，提供了一種解決方法，即采用清潔能源（LNG）作為傳統(tǒng)能源的替代，從而改善船舶運行過程中對環(huán)境的破壞。本文重點從清潔能源動力系統(tǒng)改造技術以及改造實施方案方面進行了探究，并對清潔能源動力系統(tǒng)與傳統(tǒng)能源動力系統(tǒng)優(yōu)缺點進行了比較，綜合分析了船舶清潔能源動力系統(tǒng)改造的技術可行性與可實施性，為未來船舶動力系統(tǒng)技術發(fā)展提供了一種思路。

關鍵詞：柴油;LNG;LNG供氣系統(tǒng)

中圖分類號：B959文獻標識碼：A文章編號：1672-9129（2018）06-0121-02

Study on the Retrofit Technology and Application of the Clean Energy Power System for Ships in the Yangtze River

CHEN Jingke*

（China Gezhouba Group Machinery Shipping Co.， Ltd.， Hubei Yichang， 443007， China）

Abstract：With the development of shipping industry， shipping of life bring convenience for the society at the same time， ship fuel combustion emissions also has an impact on the environment， based on the Yangtze river ships diesel combustion the effects on the environment， provides a solution， namely the use of clean energy （LNG） as an alternative to traditional energy so as to improve the ship operation in the process of damage to the environment. This paper mainly from the reconstruction of clean energy power system technology and the implementation of inquiry， and the clean energy power system and compares the advantages and disadvantages of the traditional energy system， comprehensive analysis of ships and the clean energy power system reformation feasibility and practical technology， Marine power system technology for the future development provides a train of thought.

Keywords：Diesel oil; LNG; LNG supply system

引用：陳經(jīng)科. 長江內(nèi)河船舶清潔能源動力系統(tǒng)改造技術與應用研究[J]. 數(shù)碼設計， 2018， 7（6）： 121-122.

Cite：CHEN Jingke. Study on the Retrofit Technology and Application of the Clean Energy Power System for Ships in the Yangtze River[J]. Peak Data Science， 2018， 7（6）： 121-122.

引言

隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，物流業(yè)發(fā)展迅速，航運是長江沿線重要的物流手段，航運物流給社會帶來便利的同時，船舶燃料燃燒產(chǎn)生的排放物對物流線造成了大的污染，在此背景下，國家層面提出了“氣化長江”打造綠色黃金水道的概念。

“氣化長江”的手段則是改變船舶動力源，由傳統(tǒng)純?nèi)加腿紵淖優(yōu)槿加?天然氣（LNG）混合然后產(chǎn)生動力，并最終達到純天然氣燃燒產(chǎn)生動力，通過改變船舶動力系統(tǒng)燃燒介質(zhì)，達到降低燃燒排放、減少污染的目的。本文將以長江某標準船型動力系統(tǒng)改造方案為依托，詳細闡述內(nèi)河船雙燃料動力系統(tǒng)改造技術及其推廣應用前景。

1 ?船舶動力系統(tǒng)改造技術

1.1? 船舶主動力LNG供氣系統(tǒng)技術介紹

（1）LNG供氣系統(tǒng)組成

船舶主動力LNG供氣系統(tǒng)共包含儲罐供氣系統(tǒng)、進氣控制系統(tǒng)、氣體輸送系統(tǒng)以及電氣監(jiān)控系統(tǒng)組成（見圖1）。

（2）LNG供氣系統(tǒng)原理介紹

儲罐中 LNG 經(jīng)過儲罐供氣系統(tǒng)氣化器氣化后，燃氣溫度和壓力基本保持平穩(wěn)，分別進入燃氣支管中，經(jīng)過進氣控制系統(tǒng)中燃氣閥單元（GVU）中的濾器過濾再由調(diào)壓閥調(diào)整為所需壓力后到達氣軌中，由氣軌中的電磁噴射閥通過進氣支管直接將燃氣噴射到每個氣缸燃燒室中參與燃燒。

在整個管路中，通過儲罐供氣系統(tǒng)氣化器后的燃氣總截止閥和GVU 中的氣控截止閥來控制燃氣的通斷，并配合透氣閥排除管中的殘留氣體。運行雙燃料工況時，選擇機艙控制箱上的燃氣/燃油旋鈕或者駕駛室控制箱上的燃氣/燃油旋鈕，控制箱中的 ECU 單元對采集到的柴油機運行狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)、控制系統(tǒng)的狀態(tài)進行綜合判斷，當運行狀態(tài)滿足雙燃料工況時，打開相應支路上 GVU 中的氣控截止閥，根據(jù)發(fā)動機正時和供油提前角，通過每個電磁噴射閥按順序依次直接噴入燃燒室，在燃燒室內(nèi)被引燃的柴油點燃后燃燒做功，電子調(diào)速器控制高壓油泵，減少燃油供應量，由燃氣部分代替燃油，達到節(jié)約能源的效果。進入燃氣模式時，發(fā)動機 ECU（電控單元）根據(jù)當前轉速及噴油量判斷負責大小和工況，根據(jù)上止點檢測開關控制各個氣缸的噴射時間從而實現(xiàn)多點噴射模式。

電氣控制系統(tǒng)是整個供氣系統(tǒng)的重要一環(huán)。系統(tǒng)主要包括安全監(jiān)控部分、發(fā)動機控制部分和輔助控制部分，主要作用是對整個供氣系統(tǒng)的安全進行監(jiān)控，并控制發(fā)動機及其輔助系統(tǒng)和設備工作。

1.2? 船舶主動力LNG供氣系統(tǒng)改造實施方案

（1）船體改造

由于新增加一套供氣系統(tǒng)，存在氣體儲罐布置以及結構船體結構加強的問題，在船體改造過程中主要涉及以下方面。

儲罐罐體安裝基座布置。由于LNG具有揮發(fā)性，且存在與空氣混合后燃燒或爆炸的風險，因此，氣體儲罐需布置在露天區(qū)域，一般布置在船體尾部露天甲板區(qū)域，儲罐通過安裝在甲板上的基座進行固定。儲罐布置區(qū)域船體結構加強。由于儲罐自重較重，會造成船體結構局部壓力增大，所以需要對儲罐安裝區(qū)域內(nèi)船體結構進行加強處理。儲罐布置區(qū)域附近艙室防火布置。由于LNG氣體具有揮發(fā)性和可燃性，因此，在儲罐安裝區(qū)域附近艙室需“A-60級防火分隔”處理，避免艙室內(nèi)發(fā)生火災對儲罐內(nèi)氣體產(chǎn)生影響。儲罐安裝區(qū)域設置防撞墻。設置防撞墻主要目的是避免船舶在裝卸貨作業(yè)過程中，對儲罐進行誤碰撞，從而產(chǎn)生罐體內(nèi)氣體泄漏的風險。

（2）輪機及系統(tǒng)改造

增設一套供氣系統(tǒng)，包含儲罐、LNG供氣管路系統(tǒng)、LNG加熱管路系統(tǒng)、LNG系統(tǒng)閥件控制管路系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要用于LNG氣體供氣。增設氣罐區(qū)域內(nèi)水霧消防系統(tǒng)，該系統(tǒng)的設置可以對氣罐區(qū)域內(nèi)LNG泄漏進行稀釋，減少火災發(fā)生的危險，同時可以在外界溫度過高時對儲罐進行噴淋降溫。發(fā)動機進行改造，將原柴油發(fā)動機改造為柴油--LNG混合動力型發(fā)動機。該項技術改造由專業(yè)發(fā)動機廠家進行，船舶進行改造時主要負責將原柴油發(fā)動機更換為雙燃料混合發(fā)動機，以及更改后相應管路系統(tǒng)的更改。

（3）電氣系統(tǒng)改造

增設一套監(jiān)控系統(tǒng)，在機艙、雙臂管以及氣罐區(qū)域安裝可燃氣體固定式探測報警系統(tǒng)，對LNG氣體在傳輸過程中泄漏進行監(jiān)控。增設一套氣體控制系統(tǒng)，用于發(fā)動機控制部分和輔助控制部分，主要作用是對整個供氣系統(tǒng)的安全進行監(jiān)控，并控制發(fā)動機及其輔助系統(tǒng)和設備工作。

2 ?船舶清潔能源動力系統(tǒng)技術實施的優(yōu)勢與不足分析

2.1? 船舶清潔能源動力系統(tǒng)技術實施優(yōu)勢分析

（1）減少排放，降低污染。采用清潔能源（LNG）動力系統(tǒng)技術，柴油替代率達60%～80%，可實現(xiàn)SO_X減排85%～90%，CO₂減排15%～20%，同時，噪音污染、煙塵、費油水排放也大幅降低，既可減少對環(huán)境的污染，又改善船員工作環(huán)境;

（2）經(jīng)濟性好。1m?LNG燃量值約為1.1～1.2升柴油，1m?LNG價格約為1升柴油價格3/4，綜合性分析，LNG燃料經(jīng)濟性相比較柴油燃料可節(jié)省30%～40%。

2.2? 船舶主動力系統(tǒng)改造存在的問題分析

船舶主動力系統(tǒng)改造目前在技術方面已經(jīng)攻克，相應的配套設備均有成熟技術以及設備配套制造廠家，但在長江水域內(nèi)航行船舶進行都動力系統(tǒng)改造主要面臨以下難點：

（1）LNG加氣配套設施不完善。由于船舶受空間限制，增設氣體儲罐容積有限，導致續(xù)航能力不足，據(jù)相關數(shù)據(jù)分析，如長江水域船舶改為混合動力推進后，為滿足船舶航行需要，需在長江沿途每間隔100公里布設一個加氣站，但目前長江沿線加氣站布置數(shù)量無法滿足。

（2）相應規(guī)范不完善。海事管理部門尚未提供LNG動力船在航行過程中相應管理規(guī)范，例如如何安全規(guī)范通過水利大壩等水上固定設施建筑物，既為大壩等水上建筑物管理者造成困惑，也為船舶駕駛者帶來了不便。

3? 結束語

“氣化長江、綠色航行”是保護長江、保持生態(tài)的一項大的措施，LNG作為船舶動力能源的實施，將極大的解決船舶航行對長江流域環(huán)境的污染，文中探究的內(nèi)河船清潔能源動力系統(tǒng)改造技術對未來船舶綠色建造技術提供了一種思路，隨著相應規(guī)范制度的健全以及配套設施設備的完善，該技術將得到廣泛的應用，并為環(huán)境保護貢獻一份力量。

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