1 000 m3 LNG燃料加注船主機選型研究

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(中海油能源發展采油服務公司,天津 300457)

國家“十二五”規劃明確要求船舶行業要適應國際造船新標準，降低船舶對大氣、海洋生態環境的污染[1]。LNG具備清潔環保、使用安全、成本經濟、供應方便、技術成熟的特點，在當前的技術條件和市場條件下，是最可行、最理想的船舶替代燃料。本文結合國產LNG發動機的發展現狀，從功率、船舶推進以及機艙布置等方面分析1 000 CBM LNG燃料加注船國產主機的選型。

1 國產LNG發動機發展現狀

近年來，國內內燃機廠家積極研發LNG燃料發動機，并取得了較大的進展，部分廠家產品已在試點船舶項目上開始試驗[2]。見表1[3]。

表1 國內內燃機廠家LNG發動機一覽表

目前國產雙燃料發動機均采用了柴油+LNG混合燃燒的模式：在原來柴油機的基礎上增加了一套燃油共軌系統，發動機在雙燃料模式下時利用LNG替代柴油燃燒。雙燃料控制系統不對原柴油系統進行任何改變。發動機可以仍然依靠數字式電調控制柴油來調速，燃氣控制系統只是控制燃氣的替代量，不參與調速，發動機的動態特性仍然為柴油機的特性。

國內純氣體發動機與RR為代表的國外進口純氣體發動機燃燒模式類似，采用稀薄混合氣體燃燒技術，其能效指標符合國際上所有環保要求標準。該機型與傳統的發動機相比能達到更高的能源利用效率，同時能夠極大地降低氮氧化物的排放。

2 主機選型分析

2.1 主機功率

根據1 000 CBM LNG燃料加注船航速估算書，加注船在航速12 kn時所需要主機推進功率約1 200 kW。通過對國內LNG發動機調研發現：廣柴、南車玉柴等廠家LNG發動機可以滿足加注船采用單機單槳或雙機雙槳不同推進方式的功率需求。見表2。

表2 國內LNG燃料發動機一覽表

2.2 調速特性

國產雙燃料發動機調速特性與北車雙燃料發動機類似，由于燃氣控制系統只是控制燃氣的替代量，不參與調速，發動機的動態特性仍然為柴油機的特性，雙燃料模式與柴油模式調速特性相差不大，調速特性性能優良，可以驅動調距槳或定距槳。見表3、4。

國產廣柴純氣體機調速特性不及國產雙燃料發動機調速特性，不建議采用直接驅動定距螺旋槳的推進方式，可以滿足其他機械推進方式(采用全回轉螺旋槳)以及電力推進方式的要求。目前南車玉柴和濰柴純氣體發動機則存在調速問題，容易引起發動機的敲缸，不能采用機械推進方式。

表3 北車雙燃料發動機不同燃燒模式的動態響應時間

注：上述試驗數據由北車提供。

表4 天然氣發動機調速特性

2.3 機艙布置

CCS《天然氣燃料動力船規范》對含有天然氣燃料動力系統的機艙進行了分類：本質安全機艙、ESD機艙以及增強安全型機艙見表5[4]。

表5 機艙分類

LNG動力船機艙布置型式主要取決于LNG燃料發動機，本質安全機艙LNG發動機必須保證在任何情況下本質安全。ESD機艙和增強型機艙由于LNG發動機本身的安全防護功能不完備，通過其他技術手段，滿足船舶安全性的原則要求，但是船舶總體安全性水平不高，設計和施工難度大，船舶營運經濟性差。

目前，國產LNG發動機獲得CCS型式認可的廠家主要有廣柴、濟柴、淄柴以及濰柴，主要產品有：廣柴230SG系列純氣體發動機，濟柴C190系列雙燃料發動機，淄柴雙燃料發動機，濰柴純氣體發電機組。但以上產品適用于布置在ESD機艙和增強型機艙。

2.4 燃料逃逸

LNG燃料發動機在燃燒過程中存在燃氣不完全燃燒的狀況，致使一部分天然氣燃料通過排煙管逃逸到大氣當中。天然氣的主要成分為CH4，屬于溫室氣體，溫室效應能力是CO2的21倍左右[5]，因此國產LNG燃料發動機需要通過技術手段控制燃氣逃逸量。目前國內LNG燃料發動機尚無關于CH4排放的相關數據統計。

2.5 應用

目前，國產LNG燃料發動機以改造為主，處于試點安裝階段，尚無新建LNG動力船舶案例，國內新建LNG動力船舶以及運輸船多采用WARTSILA等進口發動機。

3 結論

從國產LNG燃料發動機功率、調速特性以及

機艙布置等方面綜合考慮，國產LNG燃料發動機用作1 000 CBM LNG燃料加注船主機是可行的，但是國產LNG燃料發動機適用于ESD機艙或增強安全型機艙布置型式，船舶總體安全性水平低，設計和施工難度大，且沒有新建船舶應用經驗，存在一定的應用風險。

[1] 馬志超.船舶發動機天然氣應用的關鍵技術研究[D].武漢：武漢理工大學，2012.

[2] 王 峰，澲繼林.LNG動力船舶發展現狀與趨勢[J].江蘇船舶，2011，28(5)：16-18.

[3] 中海油.國內LNG運輸船舶主要設備現狀研究報告[R].北京：中國海洋石油總公司，2013.

[4] 中國船級社.天然氣燃料動力船規范[S].北京：人民交通出版社，2013.

[5] 周名華，母俊生.大氣中的甲烷溫室氣體[C]∥第二屆環境保護技術及裝備學術年會,北京，1983.