內(nèi)河船舶油改氣實(shí)施方案

劉騰龍，石振忠，李 光

(浙江自貿(mào)區(qū)新奧海事服務(wù)有限公司，浙江 舟山 316000)

針對綠色航運(yùn)能源發(fā)展趨勢，全球已經(jīng)將視角投向多種能源研究，尤其是液化天然氣(LNG)。雖然近幾年LNG作為船舶燃料帶來的經(jīng)濟(jì)效益存在著不確定性，但其在減少二氧化碳、氮氧化物、顆粒物等排放方面發(fā)揮的作用是無可置疑的[1]。全球運(yùn)行中的以LNG為動力的船舶已從2017年的118艘增至目前的143艘，另外還有135艘準(zhǔn)備運(yùn)行或訂購中的LNG動力船。隨著排放控制區(qū)(Emission Control Area，ECA)的擴(kuò)大，對SOx、NOx等排放的進(jìn)一步限制，LNG動力船舶的數(shù)量將進(jìn)一步增加。

LNG船舶以其節(jié)能減排的顯著優(yōu)勢成為未來船舶燃料的首選，相應(yīng)的新造船舶及改裝船舶技術(shù)已在探索及實(shí)施中，發(fā)展和推廣LNG燃料動力船，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)具有重要的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實(shí)意義[2]。本文結(jié)合現(xiàn)場LNG船舶成功改裝的經(jīng)驗(yàn)，著重從油改氣項(xiàng)目實(shí)施上進(jìn)行論述。

1 方案設(shè)計(jì)

通過現(xiàn)場實(shí)際調(diào)研，對擬進(jìn)行改裝的船舶的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)圖紙等進(jìn)行詳細(xì)了解，主要由設(shè)計(jì)單位或原船舶設(shè)計(jì)單位綜合考慮船舶結(jié)構(gòu)、發(fā)動機(jī)功率、使用工況、LNG儲罐安裝位置、LNG儲罐加注及日常操作、船舶過橋高度、LNG安全區(qū)域劃分等，經(jīng)審核后確認(rèn)改裝方案，主要需要改裝以下幾個(gè)系統(tǒng)。

1)供氣系統(tǒng)。供氣系統(tǒng)是指LNG儲罐中的液態(tài)LNG通過汽化器汽化、加熱后轉(zhuǎn)變?yōu)闇囟?、壓力滿足燃?xì)獍l(fā)動機(jī)使用需求的氣態(tài)天然氣，供機(jī)器燃燒做功使用。首先,根據(jù)船舶LNG設(shè)備運(yùn)行時(shí)間確認(rèn)補(bǔ)液周期以及LNG加注站點(diǎn)分部等因素，綜合考慮LNG儲罐容積，LNG汽化加熱效果以及供氣系統(tǒng)不同位置的單雙壁管道選擇。其次，根據(jù)船舶實(shí)際情況，結(jié)合規(guī)范要求，選擇儲罐附件，主要包括氣液相管道的根部閥及緊急切斷閥、安全閥、放散閥、儀表閥、壓力表、壓差表，以及是否需要設(shè)置緩沖罐等。儲罐冷箱內(nèi)的主要設(shè)備包括水浴式汽化器、增壓器、加熱器、承滴盤、調(diào)壓閥等。在供氣管道安裝燃?xì)庵鏖y，支路管道設(shè)置切斷閥；氣體發(fā)動機(jī)用金屬軟管連接至減壓調(diào)節(jié)閥。

2)冷卻水系統(tǒng)。冷卻水系統(tǒng)既要防止發(fā)動機(jī)過熱，也要防止冬季發(fā)動機(jī)過冷，發(fā)動機(jī)把這些熱量先傳給冷卻水，然后再進(jìn)行循環(huán)冷卻，使其在所有工況下都保持在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)。LNG的汽化及加熱可以直接利用發(fā)動機(jī)冷卻水進(jìn)行循環(huán)加熱，使天然氣滿足設(shè)備運(yùn)行所需的穩(wěn)定壓力和溫度。冷卻水系統(tǒng)增設(shè)筒式過濾器，帶反沖洗功能，并根據(jù)實(shí)際情況考慮在冷卻水總管道增設(shè)預(yù)循環(huán)泵，支管處設(shè)置截止閥。

3)動力輸出。動力輸出有3種常見的連接類型，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況匹配連接類型。具體包括：①皮帶直連，安裝簡單，價(jià)格便宜，需匹配皮帶輪的速比率，有側(cè)向力，有損設(shè)備；②皮帶式過橋連接，存在滾動軸承承接側(cè)向力，機(jī)損小，需匹配皮帶輪的速比率，價(jià)格稍貴；③減速齒輪箱及萬向節(jié)連接，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)復(fù)雜，安裝工藝要求高，價(jià)格較貴。

4)安防系統(tǒng)。安防系統(tǒng)包括監(jiān)測系統(tǒng)和警報(bào)系統(tǒng)。監(jiān)測系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測氣體泄漏濃度，它主要由可燃?xì)怏w探測器、可燃?xì)怏w警報(bào)器等組成。警報(bào)系統(tǒng)由聲光報(bào)警器、警報(bào)器等組成，當(dāng)可燃?xì)怏w的濃度、溫度、煙霧濃度中的任一個(gè)參數(shù)達(dá)到報(bào)警值時(shí)，可燃?xì)怏w警報(bào)器發(fā)出2級報(bào)警相應(yīng)信號。一般一級報(bào)警信號為自動排風(fēng)或抽風(fēng)，消除氣體匯集風(fēng)險(xiǎn)，二級報(bào)警信號為自動切斷供氣系統(tǒng)電磁閥，實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖式安全切斷氣源。

5)通風(fēng)系統(tǒng)。通風(fēng)系統(tǒng)分為排風(fēng)系統(tǒng)和抽風(fēng)系統(tǒng)，排風(fēng)分為自動排風(fēng)和強(qiáng)制排風(fēng)，一般為自動排風(fēng)，也可以強(qiáng)制手動排風(fēng)；抽風(fēng)系統(tǒng)為負(fù)壓式，多用于封閉區(qū)域。設(shè)備運(yùn)行時(shí)，通風(fēng)系統(tǒng)保持常開，確保冷箱與機(jī)艙內(nèi)及時(shí)更換空氣；待機(jī)艙設(shè)備停止工作時(shí)，通風(fēng)系統(tǒng)保持自動啟停的監(jiān)控狀態(tài)，當(dāng)檢測到氣體濃度參數(shù)達(dá)到風(fēng)機(jī)啟動要求時(shí)，風(fēng)機(jī)自動啟動，否則將進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)，有效防備安全隱患。

2 物資準(zhǔn)備與人員安排

1)物資準(zhǔn)備。主要的設(shè)備準(zhǔn)備包括LNG儲罐(含附件)、發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)組、安防監(jiān)測系統(tǒng)、軸流風(fēng)機(jī)等。設(shè)備采購時(shí)，應(yīng)注意供貨范圍、設(shè)備價(jià)格、交貨日期、交貨地點(diǎn)、運(yùn)輸條件及保險(xiǎn)責(zé)任，設(shè)備技術(shù)要求或設(shè)備技術(shù)協(xié)議等。附件和備件包括但不限于設(shè)備自帶品，其它材料根據(jù)改裝需要提前準(zhǔn)備。并考慮專用扳手、動力輸出端匹配(廠家匹配)、保養(yǎng)手冊、廠家合格證、船檢檢驗(yàn)證書等。

2)人員安排。需要專職人員對工程的安全，質(zhì)量，進(jìn)度，設(shè)備安裝的工藝，管道布置，驗(yàn)收等工作進(jìn)行監(jiān)控。通過招投標(biāo)形式選擇有資質(zhì)的施工隊(duì)伍，其擁有完善的健康、安全和環(huán)境(HSE)三位一體的管理體系等及配套設(shè)施，需有主管機(jī)構(gòu)認(rèn)可的相關(guān)資質(zhì)，電焊工需持有船級社認(rèn)可的焊工證，管工和電工等人員需持有相關(guān)認(rèn)可證件，特殊檢測設(shè)備需獲得主管機(jī)構(gòu)認(rèn)可。現(xiàn)場負(fù)責(zé)人員需簽字確認(rèn)工程完成進(jìn)度，避免因施工人員不足耽誤施工工期,避免無證施工人員因技術(shù)能力不足影響工程質(zhì)量。

3 現(xiàn)場工藝實(shí)施

3.1 船體與舾裝件改造

船體需要切割處，應(yīng)查看船體施工退審圖紙(即船級社審核后認(rèn)可的修改圖)，并現(xiàn)場確認(rèn)船體結(jié)構(gòu)，先畫出切割線，清除切割線兩邊的鐵銹、油污和其它臟污，以及清除周邊的易燃易爆物。

在切割時(shí)，根據(jù)船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與工藝要求，鋼板焊縫與加強(qiáng)筋切割處需錯(cuò)開，對接縫之間的平行距離不小于100 mm，構(gòu)件的角接縫與板的對接縫之間的距離不得小于30 mm，且割換板的切割線盡量開在原板縫處。如果舊板縫在“十”字或“T”字形處，須延長割開，割開長度應(yīng)大于150 mm；如果是非“十”字或“T”字形的板縫夾角，應(yīng)形成圓弧半徑不小于100 mm圓角開口。切割后，開口邊緣變形大的部位須進(jìn)行校正平整。必要時(shí)采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施，以防止船體產(chǎn)生變形，如有必要需征得船東與驗(yàn)船師的認(rèn)可。

按照《船舶建造及修理質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)IACS》進(jìn)行預(yù)制和船上裝配、氣刨、焊接。焊后進(jìn)行打磨去熔渣，清除鋼板上的拉碼及磨光突出物。局部補(bǔ)焊的焊縫應(yīng)與原焊縫間保持平滑過渡，返修后的焊縫應(yīng)滿足規(guī)范的要求，對重要的結(jié)構(gòu)性焊縫進(jìn)行無損探傷。相關(guān)的艙室改裝應(yīng)根據(jù)規(guī)范做氣密試驗(yàn)和強(qiáng)度試驗(yàn)。

相比海船的模塊化、三維建模等處理方式，內(nèi)河船舶舾裝件比較小，且數(shù)量少。進(jìn)行油改氣中的舾裝件主要含船體舾裝件、設(shè)備舾裝件、管道舾裝件以及電氣舾裝件等。根據(jù)圖紙內(nèi)容、技術(shù)要求對舾裝件進(jìn)行制作、運(yùn)輸、固定、安裝、加強(qiáng)和檢驗(yàn)，尤其是設(shè)備舾裝件的安裝更須注意安裝位置與工藝流程。

3.2 設(shè)備及管道安裝

在LNG儲罐安裝方面，綜合考慮LNG儲罐占用空間、操作及維修是否方便等因素，結(jié)合船型尺寸及儲罐的基座圖紙，在合理位置設(shè)置儲罐基座，并考慮船體結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，采取滿焊方式進(jìn)行焊接定位，或者采取現(xiàn)場磁力鉆開孔定位螺栓連接并輔以電焊加固的模式。

LNG水域式汽化器是充分利用船舶水資源豐富的條件，把設(shè)備冷卻水作為LNG汽化及天然氣(NG)加注的熱源，保證LNG汽化量及NG氣體進(jìn)機(jī)溫度。

在燃?xì)獍l(fā)動機(jī)置換方面，根據(jù)傳遞裝置軸線高度對氣體機(jī)進(jìn)行預(yù)定位，用百分表和塞尺進(jìn)行相關(guān)尺寸的測量，通過調(diào)節(jié)前、后、左、右的止推螺栓調(diào)整軸線位置，完成氣體機(jī)安裝定位。

天然氣供氣管道材料為SUS304，水管材料為普通無縫鋼管，通風(fēng)管道材質(zhì)為船舶專用風(fēng)管和船體舾裝管道。根據(jù)船型結(jié)構(gòu)特點(diǎn), 氣體機(jī)及儲罐等設(shè)備的管道接口位置，結(jié)合施工現(xiàn)場、原理圖與施工圖布置管路走向圖等，盡量安全、合理、美觀的布置，并做好管路的焊接及安裝固定。

3.3 電氣設(shè)備

根據(jù)用電設(shè)備及控制箱的具體位置，依照電氣舾裝件及相關(guān)規(guī)范敷設(shè)電纜。檢查電纜有無破損及纏繞現(xiàn)象后，進(jìn)行專用扎帶打包，并用橡皮泥或?qū)Ｓ秒娎|堵料做好電纜穿艙件的封堵，校正線路與設(shè)備連線，并做好絕緣防護(hù)等，如氣體機(jī)采取駕駛室遙控與機(jī)旁操作的啟停機(jī)模式接線控制系統(tǒng)。

由于內(nèi)河船舶空間小，危險(xiǎn)系數(shù)偏大，需要選擇遠(yuǎn)程監(jiān)測自動化程度更高，可靠性更強(qiáng)的可燃?xì)怏w監(jiān)測報(bào)警設(shè)備。同樣，氣體探測探頭及氣體探測報(bào)警器的安裝位置也非常的重要，通常是機(jī)艙、儲罐冷箱、密閉處的管道系統(tǒng)、駕駛室、氣體排放處等位置。而且出于安全方面的考慮，原有的照明系統(tǒng)電纜需拆除，換裝防爆電纜，并加裝防爆套管，且所用電器設(shè)備均應(yīng)更換為防爆電器設(shè)備。

4 系統(tǒng)調(diào)試及設(shè)備功能試驗(yàn)

4.1 系統(tǒng)密性清潔

系統(tǒng)密性清潔主要有供氣系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)。

1)對LNG供氣管路做好壓力試驗(yàn)，介質(zhì)為氮?dú)?，試?yàn)壓力不低于1.5倍設(shè)計(jì)壓力，試驗(yàn)時(shí)間不小于2 h(具體參數(shù)詳見《天然氣燃料動力船舶規(guī)范》)。無明顯壓降為合格，做好試壓記錄。

2)對冷卻水管路、消防水管路做好壓力試驗(yàn)，介質(zhì)為水，試驗(yàn)壓力不低于設(shè)計(jì)壓力的1.25倍，試驗(yàn)時(shí)間不小于2 h。無壓降為合格，做好試壓記錄。

3)管路做好密性查漏的工作之后，利用氮?dú)?LNG供氣管路現(xiàn)場只能用氮?dú)?進(jìn)行吹掃清潔，對水系統(tǒng)進(jìn)行壓力沖洗與反沖洗，清洗濾器等。

4.2 設(shè)備功能試驗(yàn)

1) 對吊裝、安裝過程中設(shè)備上的灰塵、垃圾及油泥等進(jìn)行清潔，同時(shí)檢查設(shè)備部件有無損壞。

2)主設(shè)備調(diào)試必須有設(shè)備服務(wù)商在場，服務(wù)商檢查核實(shí)動車前的狀態(tài)是否達(dá)到動車要求，檢查項(xiàng)目包括：設(shè)備清潔，滑油液位，示油窗、壓力表、指示燈均顯示工作正常，設(shè)備的防護(hù)裝置齊全、安裝牢固，監(jiān)測系統(tǒng)、過載保護(hù)系統(tǒng)靈敏可靠有效。

3)一切就緒后，在水氣壓力供應(yīng)完畢的情況下，由服務(wù)商進(jìn)行啟機(jī)試驗(yàn)。

4) 設(shè)備無負(fù)荷，空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中各部件無別樣震動、異響、噪聲、發(fā)熱異常，各撥叉手柄變檔靈活，定位可靠。水壓、水溫、進(jìn)氣壓力、滑油壓力、滑油溫度、排溫溫度等各種壓力表、溫度表工作狀態(tài)穩(wěn)定。

5)運(yùn)用船上現(xiàn)有設(shè)備，根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)。

5 其他注意事項(xiàng)

在經(jīng)濟(jì)性分析方面，以移動式LNG加注船上的加液機(jī)流量計(jì)為準(zhǔn)，對每次加多少立方LNG做好記錄。并在每天固定時(shí)間做好LNG使用量記錄，采取平均一個(gè)航次或者產(chǎn)量算法，與使用柴油機(jī)同狀況下的作業(yè)相比，可得出成本節(jié)省率。

在服務(wù)跟蹤與配套方面，為避免影響船舶正常作業(yè)，需約定儲罐內(nèi)LNG最低補(bǔ)液液位，并提前約定補(bǔ)液地點(diǎn)；LNG加注前完成船舶安全檢查及填寫完成確認(rèn)安全條目；根據(jù)技術(shù)規(guī)格書與設(shè)備質(zhì)保周期，做好設(shè)備售后服務(wù)，特別是初期使用需及時(shí)解決設(shè)備運(yùn)營期間出現(xiàn)的問題。

6 結(jié)束語

綜上所述，本文對船舶油改氣項(xiàng)目實(shí)施過程進(jìn)行了綜合闡述，形成了一套適合目前大多數(shù)小型船舶油改氣的注意事項(xiàng)，以確保小型船舶改裝的順利完成。且隨著船舶LNG技術(shù)的不斷提高，以及船舶向技術(shù)化、數(shù)字化方向的發(fā)展，船舶LNG的綜合使用會越來越完善，既做到了節(jié)能減排，又節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本。后續(xù)國家對 LNG 動力船舶將逐步放開。LNG 價(jià)格比柴油具有明顯成本優(yōu)勢，船舶企業(yè)對柴油動力船舶進(jìn)行改造的積極性將快速提高，船舶油改氣項(xiàng)目將進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)期。