內河200 m3LNG加注船的研制

孫紅娟

(江蘇省鎮江船廠(集團)有限責任公司，江蘇 鎮江212002)

0 引言

近年來，國內外節能減排的步伐日益加大。國際海事組織(IMO)發布了MARPOL公約和一系列船舶防止污染、減少排放的法規和標準，審議和通過了溫室氣體(GHG)減排等強制性文件，要求到2024年船舶實現減排30%的目標。為防止船舶污染損害，促進航運業的可持續發展，目前我國正在實施LNG動力船的推廣工作。交通運輸部提出到2020年，內河運輸船舶在能源消耗中LNG的比例將達到10%以上。

為了推動LNG燃料動力船舶市場快速健康發展，國家有關部門陸續出臺了一系列激勵政策和法規。2014年4月，財政部和交通運輸部聯合發布《內河船型標準化補貼資金管理辦法》。該辦法對LNG動力示范船的補貼標準制定了明確規定，以此推動LNG動力船舶產業發展。但是，船舶使用LNG作為動力能源卻遇到了加注難題，因此，為了解決這一問題，開發研制了具有自航能力的200 m3LNG加注船。本文首先分析了制約LNG動力船發展的因素，其次介紹了內河LNG加注船建造時應遵循的規范，最后詳細說明了200 m3LNG加注船的主要參數、總體布置、加注系統等。

1 制約LNG動力船發展的因素

從汽車采用LNG作為動力能源的市場得到迅速擴張這一事實，證明了使用LNG作為動力燃料具有重要的環保意義和顯著的經濟效益。船舶的燃油用量和營運壽命都遠高于汽車，如果船舶采用LNG清潔能源，其環保性與經濟性應當更加顯著。但是，由于船用LNG加注設施不足，尤其是LNG的水上加注能力缺乏，無法滿足LNG動力船在正常航行中的加注需求，使船舶使用LNG作為動力能源受到了嚴重影響。

對于采用LNG為能源的船舶，LNG的加注是一個關鍵環節。目前船用LNG的加注方式主要有兩種:一種是通過槽罐車加注(TTS)，另一種是由固定的岸站或躉船加注(TPS)。無論是TTS加注還是TPS加注，對LNG動力船舶而言，都存在無法克服的弊端。近來出現的非自航型LNG水上加注船，實際上是由其他船舶拖動的加注躉船，很難滿足LNG動力船的實際需求。因此，開發自航型LNG加注船，改變LNG動力船舶的傳統加注方式，滿足LNG動力船的氣源供應，具有重要的現實意義。

2 內河LNG加注船的建造已有章可循

中國船級社(CCS)于2015年發布了《液化天然氣燃料加注船舶規范》并于2015年12月1日生效。該規范對加注船的定義為“系指設有 LNG圍護系統和加注系統，用于船用 LNG燃料加注的自航船舶”。凡符合該規范要求并申請入級的加注船，可在CCS規定的散裝運輸液化氣體船舶附加標志后授予“LNG Bunkering Ship”附加標志。

該規范適用于設有液化天然氣(LNG)圍護系統和加注系統，為他船加注 LNG燃料的船舶;同時規定“內河航行LNG燃料加注船舶尚應滿足《內河散裝運輸液化氣體船舶構造與設備規范》的有關要求”。該規范的發布，使內河自航型 LNG燃料加注船舶的設計、建造和檢驗有章可循，這對推動LNG動力船舶的市場發展必將產生重大作用。由于LNG加注船屬于新生事物，相關規范發布不久，在研制內河自航型LNG加注船舶的過程中，需要對規范加深理解。本文研究的內河自航型200 m3LNG加注船除符合上述規范要求外，還必須滿足《內河散裝運輸液化氣體船舶法定檢驗技術規則》(2009)、《船舶與海上設施法定檢驗規則》(2011)、《天然氣燃料動力船法定檢驗暫行規定》(2013)等要求。

3 加注船主要參數

3．1 主要量度

總長 45．0 m

垂線間長 44．0 m

型寬 8．8 m

型深 3．0 m

設計吃水 2．0 m

肋距 0．5 m

LNG罐有效容積 200 m3

船員定額 5人

3．2 主要性能

(1)航區:內河B級航區。

(2)航速:自由試航速度≥15 km/h。

(3)續航力:續航力為48 h。

(4)穩性:本船完整穩性及破艙穩性均滿足規范對B級航區液貨船的要求。

(5)浮態:本船在各種設計載況下浮態為平浮或略艉傾。

(6)操縱性:本船設置2套全回轉舵槳，變頻控制，以利于在各種工況下船舶回轉靈活。

4 總體布置

根據《液化天然氣燃料加注船舶規范》要求，LNG加注船的總布置除了按照該規范有關處所位置和分隔、通道的布置、連接設備的布置、錨泊與系泊設備及護舷設施的布置的要求外，還應滿足《散裝運輸液化氣體船舶構造與設備規范》或《內河散裝運輸液化氣體船舶構造與設備規范》中有關船舶布置的要求。

通過建立三維數字化設計模型，對本船的總體布置、結構強度、圍護系統、耐碰撞及護舷設施等進行優化設計。船舶的布置總體布置如圖1所示。本船為前傾艏、方型艉、全鋼質、單甲板船型，采用雙舵槳電力推進系統。全船設2道水密縱艙壁、5道水密橫艙壁，貨艙區為雙底雙舷，其余單底。本船在艏、艉部設有甲板室，艏部為起居處所及駕駛室，艉部為發電機間及工作艙室。

4．1 各艙室分隔與布置

4．1．1 底艙

(1)從艉至Fr4為舵槳艙。艙內對稱布置有2臺變頻電機驅動的全回轉舵槳裝置，含液壓動力單元、變頻器、制動電阻等。Fr4端壁船中設有斜梯通往露天甲板。

(2)Fr4至Fr13為泵艙，主要布置空壓機、消防泵、水霧泵，以及其他泵組和一些輔助設備。艙底還設有2個海水箱及污油艙等。船中設有斜梯通往主甲板，左舷設有直梯通往主甲板。

(3)Fr13至Fr19為自用燃料罐艙，由冷卻箱和容積為2．84 m3的LNG儲罐組裝整體模塊，專供氣體發電機使用。左右舷各設有直梯通往主甲板。

(4)Fr19至Fr69為貨艙區，設有雙底雙舷，中間為大冷卻箱和容積為243 m3的LNG儲罐組裝整體模塊安裝區域;邊艙為空艙、污水井、壓載水艙及淡水艙等，首尾各設有直梯通往露天甲板。

(5)Fr69至Fr79為輔助設備艙，布置有生活污水排放泵、淡水自動給水泵和衛生水自動給水泵等，內設有直梯通往主甲板。

(6)Fr79至船艏為艏尖艙，設有2個錨鏈艙。

4．1．2 主甲板

(1)艉至 Fr4為艉升高甲板，配備1臺電動系纜絞盤。

(2)Fr4至Fr19為發電機區域，設有發電機室、配電間及制氮設備間。

(3)Fr19至Fr69為LNG儲罐區域，其中Fr23至Fr33左右舷各設有下加注平臺，主要供給受注船進行加注作業;右舷Fr21至Fr30設有上加注平臺，主要供本船進行被加注作業;在Fr37左、右舷各設有1臺液壓折臂起重機，主要用于起吊加注軟管。艙口圍板與LNG儲罐間采用有效的風雨密設施。

(4)Fr69至Fr79為值班室、衛生室、休息室兼餐廳，可進行簡單的食品加工。

(5)Fr79至艏升高甲板，布置2臺輕型電動起錨機。

4．1．3 艉平臺甲板

艉部Fr6至Fr21設有貨控室及預留臨時發電機的位置。

4．1．4 駕駛甲板

艉部Fr64至Fr80設有駕駛室。

4．2 船體結構

本船采用單甲板、貨艙區雙底雙舷鋼質電焊結構;中部 LNG儲罐區為下沉式，以滿足《鋼質內河船舶建造規范》2009及修改通報(2012)的要求。

4．3 結構型式

艉至Fr19及Fr69至艏為單層底橫骨架式;Fr19至Fr69為雙底雙舷縱骨架式。甲板室為橫骨架式。

4．4 連接設備的布置

本船LNG加注接口和供給接口均采用柔性連接方式。供給受注船進行加注作業用的連接設備分別安置在主甲板Fr23至Fr33左、右舷下的加注平臺;供本船進行被加注作業用的連接設備安置在主甲板Fr21至Fr30右舷上的加注平臺;按規范要求，連接設備的底座結構及其與船體結構連接部位處的強度均按照《船舶與海上設施起重設備規范》的要求進行分析;連接設備距離舷側有足夠的距離，以避免船舶靠泊或加注作業過程中連接設備受損;加注軟管不作業時用安全固定裝置固定。

4．5 加注船標記

按規范要求，加注船兩舷應勘劃“LNG加注船”標記。該標記應醒目可見，且能在夜間識別。

5 電源和推進裝置

5．1 電源裝置

本船電力系統電制為三相三線絕緣系統，AC400 V/50 Hz。船舶電站由2臺安裝在本質安全機器處所內的單燃料LNG主發電機和主配電板、變壓器組成，向推進裝置、全船輔助動力設備、照明系統與生活設施等負載提供電力。

當船舶出現因無氣源而不能提供電力狀況時，可以吊裝1臺柴油發電機組至艉平臺甲板預留柴油機位置處，通過預留電纜向主配電板供電。

本船還設有應急充放電板，采用雙線絕緣系統DC24 V。正常情況時，充電器通過充放電板對蓄電池組和重要DC24 V負荷浮充供電;當主電源失電時，應急DC24 V電源自動投入，向臨時應急照明負載及報警系統供電。

圖1 內河200 m3LNG加注船總布置示意圖

5．2 推進裝置

本船采用電力推進裝置工作方式，由主氣機組向主配電板供電，再通過隔離變壓器方向主頻器傳輸，變頻器對主推進配電機進行控制。本船配有2套全回轉舵槳裝置，在舵槳艙內左右對稱布置。舵槳控制方式有2種:一是在駕駛室內通過主推進電機進行調速及控制螺旋槳的轉向;二是在舵槳艙內進行機旁控制，并設有機旁轉換單元。當駕駛室控制失效時，在機旁能有效地進行控制。機旁和駕駛室均有控制位置指示，操作上兩地互相連鎖。當從一地控制轉向另一地控制時，螺旋槳轉速轉向保持不變。推進系統在正轉和反轉方向上，從零轉速到額定轉速范圍內都能平滑控制和提供足夠的轉矩。

6 加注系統

6．1 加注裝置

本船配置200 m3的LNG大儲罐，不僅能給內河中的LNG動力船加注LNG燃料，同時也可以通過甲板下的2．84 m3自用燃料儲罐向2臺LNG氣體發電機提供動力能源。

加注系統主要由燃氣供應控制器、緊急切斷控制器、測量模塊、工控機、顯示單元、LNG壓力溫度監測儀表、LNG泄露監測報警裝置等組成。通過顯示器可以監控系統所有測點狀態，并進行圖形與動態數據顯示，具備報警、數據記錄與查詢、故障自檢及診斷等功能。

6．2 監測和報警系統

按規范要求，加注系統包含了LNG加注控制系統、加注及儲氣罐監測系統、燃氣加注和供應系統的監測報警、安全保護系統，且應具有抗干擾能力強和監控精度高的特點。

6．3 LNG加注及供給

加注控制系統主要任務是完成對他船儲罐的補液工作，并在補液過程中完成對管路、流量計中殘存氣體的吹掃和遇冷控制;發出對低溫泵的啟停控制信號;對加液輸送泵、加注軟管及相關管路閥件進行控制。

當LNG供給本船發電機使用時，經氣化加熱后，氣體維持在一定壓力和溫度情況下給發電機供氣。控制功能包括發動機運行前的系統氣化、運行時的供氣和發動機停止時的儲罐回氣功能。操作模式分為手動操作和自動操作，手動操作時所有泵和閥的開啟和關閉在操作面板上手動執行，自動操作根據系統狀態自動執行。

6．4 緊急切斷(ESD)系統

ESD系統是加注系統必不可少的組成部分，需經專門機構認證且具有一定安全等級的降低風險的保護系統。它不僅能夠響應生產過程因超出安全極限而帶來的危險，而且能夠檢測和處理自身的故障，從而按預定的條件或程序使生產過程處于安全狀態，以確保人員、設備及場區的安全。ESD系統的手動操作位置應至少包括2處，在便于操作觀察同時應盡可能利于到達和人員的撤離。

7 結語

為了滿足LNG動力船的水上加注需求，開發研制有自航能力的LNG加注船。在設計和建造過程中，從艙室布置到各系統都必須按照有關規范的要求，確保安全可靠性。2016年10月，國務院印發了《“十三五”控制溫室氣體排放工作方案》，把低碳發展作為我國經濟社會發展的重大戰略和生態文明建設的重要途徑，要求采取積極措施，有效控制溫室氣體排放。環保性是基本國策必須強制執行，經濟性是推動市場發展的重要動力，可以預見LNG動力船舶產業定會克服瓶頸，取得迅速發展。

［1］ 周淑惠，沈鑫，劉曉娟，等．LNG在我國內河水運領域的應用探討［J］．天然氣工業，2013，33(2):81-89．