關(guān)于旅游客船LNG混合動力改造的可行性研究

鄭躍俊

【摘要】隨著國家提出加快建成暢通、高效、平安、綠色的現(xiàn)代化內(nèi)河水運體系的戰(zhàn)略目標(biāo)，LNG作為柴油的替代能源在旅游客船上應(yīng)用勢在必行。

【關(guān)鍵詞】客艙 混合動力 改造

一、旅游客船的動力系統(tǒng)現(xiàn)狀

（一）現(xiàn)有船舶動力分析

現(xiàn)有旅游船舶動力來源主要是柴油，即柴油發(fā)動機。柴油發(fā)動機的工作過程與汽油發(fā)動機有許多相似之處，每個工作循環(huán)都經(jīng)歷進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣四個行程。但由于柴油機用的燃料是柴油，其粘度比汽油大，不易蒸發(fā)，而其自燃溫度卻較汽油低，因此，可燃混合氣的形成及點火方式都與汽油機不同。由于上使用的柴油機功率小、轉(zhuǎn)速高（>1000r/min），屬高速機，所以目前游船柴油機的點火方式基本是以電動馬達(dá)帶動柴油機曲軸轉(zhuǎn)動壓縮混合氣體使其達(dá)到自然燃點，即“壓燃”來實現(xiàn)的。

（二）柴油發(fā)動機的不足

盡管柴油發(fā)動機有功率大、二氧化碳排放低等方面的優(yōu)勢，但柴油機工作壓力大，對各有關(guān)零件有較高的結(jié)構(gòu)強度和剛度要求，特別是其噴油泵與噴嘴制造精度要求嚴(yán)格，故成本較高。另外，柴油機還存在振動噪聲大、噴黑煙、油污不易蒸發(fā)、冬季冷車啟動困難等弊端。

二、LNG混合動力系統(tǒng)

（-）LNG及LNG混合動力的概念

LNG即液化天然氣，主要成分為甲烷，氣化后比空氣輕，一旦泄露會很快擴(kuò)散。空氣中天然氣濃度達(dá)到15%以上時，可以正常燃燒；濃度為5%～15%時，遇到明火即可發(fā)生爆炸，這個濃度范圍即為天然氣的爆炸極限，爆炸瞬間產(chǎn)生高溫、高壓，其破壞力和危險性都很大。

LNG混合動力是在不改變原柴油機結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，加裝可燃用液化天然氣的混燃系統(tǒng)，改變成柴油LNG雙燃料混合動力，LNG柴油雙燃料發(fā)動機具有兩種工作狀態(tài)，兩套燃料儲存系統(tǒng)。

（二）LNG混合動力系統(tǒng)組成

（1）主機。為比較雙燃料發(fā)動機和單一氣體燃料發(fā)動機的不同，應(yīng)對雙主機中的一臺進(jìn)行柴油天然氣雙燃料改造，即在現(xiàn)有的柴油機上加裝LNC燃料供給系統(tǒng)，將單一的柴油發(fā)動機轉(zhuǎn)化為雙燃料發(fā)動機。柴油變成用于點燃壓縮狀態(tài)下天然氣的引燃燃料。全柴油模式時，天然氣氣源切斷，發(fā)動機工作模式與原柴油機相同。天燃?xì)鈬娚淞亢筒裼凸┯土客ㄟ^中央控制單元（ECU）根據(jù)發(fā)動機工況來控制。將另一主機采用全新的天然氣單一燃料發(fā)動機。

（2）供氣系統(tǒng)。LNG供氣系統(tǒng)，由LNG儲罐，氣化及穩(wěn)壓裝置和天然氣供應(yīng)管系組成。LNG儲罐是低溫燃料儲存設(shè)備，采用雙層金屬、真空結(jié)構(gòu)，保溫性能優(yōu)異，同時配備有各種安全裝置，可確保超壓情況下系統(tǒng)的安全。如果在旅游客船上安裝儲罐位置選應(yīng)選擇在面向開敞甲板處所，這樣有利于可燃?xì)怏w的散發(fā)。儲罐按照《氣體燃料動力船檢驗指南》的要求，安裝有安全閥，儲罐壓力高于最大工作壓力的時候，安全閥自動打開，通過放散管泄壓。儲罐處還安裝有電動、手動、氣動三個串聯(lián)的緊急切斷閥，保證在緊急狀態(tài)下安全可靠地從儲罐出液口根部切斷天然氣供應(yīng)，確保天然氣不外泄。

（3）安全監(jiān)控系統(tǒng)。在正常情況下可能出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境的區(qū)域，我們稱“氣罐處所”。一旦LNG氣體在該區(qū)域發(fā)生泄漏，整個機艙將變成危險區(qū)域。作為后備安全措施，機艙所有燈具、開關(guān)、風(fēng)機、警鈴、警燈都應(yīng)為滿足要求的合格防爆型，并且機艙的任何位置都保證有兩套相互獨立的固定式氣體探測器有效覆蓋。當(dāng)機艙出現(xiàn)可燃?xì)怏w泄漏時，這些防爆設(shè)備還應(yīng)繼續(xù)工作，以保證基本的船舶安全。

（三）旅游客船LNG混合動力系統(tǒng)改造的優(yōu)勢與存在的困難

旅游客船LNG混合動力改造的優(yōu)勢。相較傳統(tǒng)能源，LNG混合動力優(yōu)勢明顯，體現(xiàn)在動力保障和設(shè)備使用壽命、節(jié)能減排效用、游船安全衛(wèi)生運營、防止河流污染等方面。經(jīng)測算，船舶采用LNG混合動力后，柴油的平均替代率達(dá)到60%至70%，可實現(xiàn)硫氧化合物減排85%～90%，二氧化碳減排15%～20%，同時，噪聲污染、煙塵、廢油水排放也大大降低。使用混合動力后，其最高爆發(fā)壓力略低于燃用柴油值，而功率相當(dāng)，因此燃用雙燃料時的動力性能足以滿足船用推進(jìn)主機的需要。使用雙燃料時柴油機的熱負(fù)荷降低，排氣煙度大大降低，氣缸內(nèi)的積碳很少，可減少氣缸與活塞之間的磨損，有利于延長發(fā)動機的使用壽命。另據(jù)測算，假設(shè)旅游客船船舶全部進(jìn)行改造、使用LNG混合動力后，每年可減排硫氧化合物200多噸、氮氧化合物220噸，減排二氧化碳2千噸以上。此外，采用LNG混合燃料，即使船舶發(fā)生沉沒事故，也不會出現(xiàn)由于單純使用柴油燃料導(dǎo)致大面積水域污染的現(xiàn)象。

旅游客船LNG混合動力改造存在的困難。目前，LNG混合動力屬于船舶行業(yè)的新生事物，還處于摸索完善階段。旅游客船在混合動力改造、普及推廣方面還存在一些不足和條件上的限制。

（1）不符合相關(guān)指南的要求。按照CCS《氣體燃料動力船檢驗指南》的要求，旅游客船混合動力改造還存在一些問題。如只有一個機艙，主機和發(fā)電機組均在一個艙內(nèi)；面向位于開敞甲板的儲氣罐的艙壁達(dá)不到A60級防火分隔等。

（2）在操作培訓(xùn)和實際維護(hù)上面存在一定難度。船舶動力設(shè)備的規(guī)范操作、使用以及日常維護(hù)，都需要具有一定專業(yè)知識、技能的人才，目前在LNG動力船舶方面尚缺乏相關(guān)方面的人才儲備，開展教育、培訓(xùn)和人才引進(jìn)仍需要一定的時間。

（3）沿線油氣站布置問題。航道水淺、灘多，地形條件復(fù)雜，沿線布置油氣站需要兼顧景區(qū)旅游質(zhì)量不受影響船舶加注燃料的便利性以及管理和使用的安全性，還要充分考慮設(shè)施建設(shè)和維護(hù)費用等問題，是一個內(nèi)容繁復(fù)的系統(tǒng)工程，仍待有關(guān)部門組織調(diào)研、論證。

目前，雖然尚未有適用于客船的LNG混合動力船舶檢驗規(guī)范，但根據(jù)部海事局“內(nèi)河船舶氣體燃料動力改造和檢驗工作研討會會議紀(jì)要”的精神，旅游客船LNG混合動力改造項目符合國家能源產(chǎn)業(yè)政策和節(jié)能減排要求，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的市場前景，通過試點來加強對船舶LNG混合動力改造和檢驗工作的研究是很有必要的。參考文獻(xiàn)：

參考文獻(xiàn)：

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[2]船舶建造質(zhì)量檢驗.哈爾濱工程大學(xué)出版社.

[3]中國能源.知乎網(wǎng)專刊.