內河LNG燃料動力船舶改造技術探討

覃漢

摘 要：本文根據內河船舶的特點，分析內河LNG燃料動力船舶的改造技術，闡述了加裝儲存罐、改裝發動機、安裝燃料管系、加裝監測安全控制系統等改造過程的技術要點，并對LNG燃料動力船舶改造提出相應的建議。

關鍵詞：內河 LNG燃料 動力船 改造技術

LNG燃料作為清潔能源，以其經濟、環保、安全等優點愈發受到航運界的青睞，全國各地LNG燃料動力船舶的改造和使用正成為研究的熱點。

今年2月11日，西江水系首艘LNG-柴油雙燃料動力船“西江興桂3608”船在廣西貴港建成下水，開啟了內河LNG燃料動力船舶的先河，也為內河LNG燃料動力船舶改造提供了技術經驗。

1.LNG燃料動力船舶的改造原理

LNG是通過在常壓下氣態的天然氣冷卻至-162℃而凝結成的液體，即液態天然氣，是一種經濟、清潔、高效的能源。LNG燃料動力船舶改造是把現有船舶單純使用柴油作為燃料的動力系統，更改為可以用柴油、LNG或者LNG-柴油作為燃料的動力系統，采用LNG部分或者全部代替柴油作為燃料，以達到節省燃料和減少有害排放的目的。

根據內河船舶的特點，為了改造方便，且兼顧安全，在LNG燃料動力船舶改造時，建議采取增強安全型機器處所形式，合理布置增加的LNG燃料儲存罐，規范安裝燃氣管系、科學改裝發動機及其控制系統，同時設置相應的監測、報警、通風、安全控制等系統，確保LNG燃料的使用安全。改造好的船舶除滿足普通船舶的規范外，還應滿足《內河天然氣燃料動力船舶法定檢驗暫行規定》和《天然氣燃料動力船舶規范》等有關規范的要求。

2.LNG燃料動力船舶的改造技術要點

2.1LNG燃料儲存罐的加裝

2.1.1儲存罐的選取

LNG儲存罐分為薄膜型氣罐、半薄膜型氣罐、獨立氣罐，獨立氣罐又包括A型獨立氣罐、B型獨立氣罐、C型獨立氣罐。內河船舶噸位較小，主尺度不大，發動機功率也較小，C型獨立氣罐以其設計獨立、絕熱性好，耐壓、易安裝等優點，更適合內河船舶安裝。根據發動機的最大持續功率、熱效率，以及要求達到的續航能力，對照LNG的密度和熱值，可計算出儲存罐的容積。LNG儲存罐由專門的生產廠家生產，并經船舶檢驗部門檢驗，我們只要根據實際需要購買安裝上船即可，而不用自己生產。

2.1.2儲存罐安裝位置

LNG燃料儲存罐可以布置在艙內或甲板上，內河船舶噸位少，各處所的空間有限，除了貨艙，很難保證儲存罐的合理布置，因此最好將LNG儲存罐布置在開敞的尾甲板上。這樣布置有很多優點：首先，不影響船舶的載貨量，不減少船主營運的收益；其次，甲板是敞開式的，意外泄露的LNG可直接釋放到大氣中，減少LNG易燃易爆性的危害，增加安全性；第三，儲存罐如果布置在艙內，要求配備防爆裝置、專用通風，控制探測報警裝置，以及滅火器材等較多設備，而裝在甲板上則不用那么復雜，可以大大降低成本。

2.1.3儲存罐布置的要求

儲存罐體及其附件應布置在距離舷側不少于B/10（B為船寬，m）的位置。任何情況下，儲存罐及其附件與舷側的距離不應小于0.8m。其次，儲存罐應進行有效防護，以防止機械損傷。對于存在LNG泄漏風險的位置，應在其下方設置集液盤。另外，集液盤采用耐低溫材料制成，其所在的位置應進行有效隔熱，以保證LNG泄漏時船體或甲板結構不會過冷。最后，儲存罐布置在船體尾部甲板上時，應采取適當的保護措施，以防止船舶追尾對罐體造成損壞。

2.2發動機的改裝

2.2.1更換新發動機

現有內河船舶的發動機都是高速的四沖程柴油機，其點燃方式均為壓燃式，如果要用LNG作為燃料，必須進行改裝。發動機改裝可以購買新的LNG發動機替換現有的柴油機，也可以在原柴油發動機的基礎上進行LNG的改裝。可以改成只用LNG為燃料的單一燃料發動機，也可以改成用LNG-柴油的雙燃料發動機。國內外對LNG燃料發動機的研發已達到一定的水平，上柴、維柴、玉柴等發動機廠家均研制出了船用LNG發動機，船主如果想用新的產品，可以購買回來更換原柴油機，連接上相應的管路上進行使用，更換時要注意與齒輪箱的匹配。

2.2.2改裝舊發動機

用現有的柴油機改裝成LNG-柴油雙燃料發動機也是一個辦法。即保留原柴油機的供油系統，增加一套燃氣供應系統和電子控制系統（ECU）。燃氣供應系統是在進氣總管上安裝混合器，天然氣供氣管路與混合器相通，從儲存罐出來的天然氣經過氣化、調節、凈化等一系列過程后，與空氣在混合器內混合成可燃氣體，然后進入氣缸，在發動機活塞行程接近壓縮終點時，噴入少量柴油到缸內引燃天然氣，在缸內燃燒做功。

電子控制系統（ECU）主要由傳感器、控制器和執行器組成，通過安裝溫度、壓力、位置、轉速等傳感器，對發動機的運行工況以電子信號的形式傳給控制器，控制器經計算比較后傳給執行器，執行器收到信號后作出相應的動作，控制發動機的噴氣量、空燃比、點火時刻和噴油量等參數，調節發動機各系統的性能，控制發動機按規定做功。

2.2.3發動機改造時注意事項

燃氣混合器、燃氣濾清器、燃氣噴射閥等部件的接頭均應將法蘭接頭布置在閥箱內；在發動機的排氣管應安裝防爆安全閥，確保防爆安全閥排出的氣體不造成人身傷害；排氣管應安裝防爆型抽風機，當在燃氣模式下停機后，掃除排氣管內可能存在的可燃氣體。

2.3氣體燃料管系安裝。

氣體燃料管系是燃氣的處理供應系統。氣體燃料管路采用奧氏體不銹鋼等耐低溫的材料制成，安裝在通風的導管內，氣體燃料管與導管之間的氣室通過每小時至少換氣30次的符合防爆要求的抽風機進行通風。管路的接頭均采用對接焊形式，進行全焊透焊接，機艙內設置氣體閥件單元，所有燃氣閥件、法蘭也安裝在導管內。LNG經熱交換器氣化后，通過管系上設置的自動截止閥、主氣體燃料閥、過濾器、自動截止閥、壓力傳感器、減壓器、手動截止閥、天然氣噴射閥、粗火器、排空閥，通過進氣三通連接到主機進氣總管與空氣混合。endprint

燃料管系的布置安裝應安全合理，且滿足功能要求。供氣管路不應穿過起居處所、服務處所、或控制站；如果氣體燃料中含有會在系統中凝結的較重的成分，應安裝氣液分離罐頭；如果是過閘船舶，被隔離管路內含有液態氣體燃料時，該氣體燃料應能被有效回收；管路不應使用滑動式膨脹接頭連接，連接法蘭的螺絲應設有防松墊圈，防止螺母松動；

2.4監測、報警、通風、安全控制系統的安裝

除了船頭駕駛的集裝箱船安裝有探火報警裝置外，其他船舶都沒設置有監測裝置，LNG的主要成分為甲烷，沸點為-162℃，爆炸極限為5-15%，易蒸發，易燃易爆，所以要采取措施，監測機艙等密閉場所的天然氣體積聚的濃度，當超過允許值時發出警報，進行安全控制，采取通風或者關停有關設備等措施，消除安全隱患，防止天然氣爆炸事故的發生。

主要監測的設備主要有氣罐、熱交換器、發動機、從燃氣儲存罐至發動機汽缸蓋前的燃氣管路和通風導管及其閥件。根據實際在相應的處所設置可燃氣體探測器，感溫探測器，感煙探測器進行連續探測。當某一處所的探測器測到可燃氣體濃度達到最低爆炸極限的一定百分比時，要發出聲光報警，濃度再增加到一定量時，自動切斷燃氣供氣系統，主機轉換為全部燃油供應。大部分的內河船舶一般都在機艙兩側設置有每小時至少換氣30次的通風機。通過改造，讓其與主機氣體燃料管路上的主氣體燃料閥連鎖，風機啟動10分鐘以上后，發動機才轉到雙燃料模式運行。當主機關閉時，發動機主動轉換為柴油模式。若機艙內的通風導管和儲存管連接處所的通風失效，則自動切斷燃氣。

3.對LNG燃料動力船舶改造的建議

3.1改造前進行充分評估

內河船舶的種類較多，各船的情況不一樣，并非所有船舶都可以改造成LNG燃料動力船舶，有些船舶就算可以改造成LNG動力船，但經濟、環保達不到預期目標，所以建議在船舶改造前進行充分評估。根據船舶的類型、船齡、主尺度、噸位、發動機的年齡和性能、船上各處所位置等進行評估，經評估認為可以改造的再進行改造。

3.2制定并優化改造方案

綜合考慮各系統之間的聯系，規劃好氣罐位置和容積、機艙布置形式、發動機改裝類型等因素，制定并優化改造方案。施工過程發現問題時，及時調整方案。

LNG燃料動力船舶的發展很迅速，技術不斷更新換代，我們應努力學習研究，采用更先進的知識技術進行改造。同時加強技術合作，提升技術研發和創新能力，不斷把LNG燃料動力船舶改造推向新的更高的技術層面。endprint