內河船舶油改氣實施方案

劉騰龍，石振忠，李 光

(浙江自貿區新奧海事服務有限公司，浙江 舟山 316000)

針對綠色航運能源發展趨勢，全球已經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濟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揮的作用是無可置疑的[1]。全球運行中的以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艘準備運行或訂購中的LNG動力船。隨著排放控制區(Emission Control Area，ECA)的擴大，對SOx、NOx等排放的進一步限制，LNG動力船舶的數量將進一步增加。

LNG船舶以其節能減排的顯著優勢成為未來船舶燃料的首選，相應的新造船舶及改裝船舶技術已在探索及實施中，發展和推廣LNG燃料動力船，實現節能減排目標具有重要的戰略意義和現實意義[2]。本文結合現場LNG船舶成功改裝的經驗，著重從油改氣項目實施上進行論述。

1 方案設計

通過現場實際調研，對擬進行改裝的船舶的實際情況，設計圖紙等進行詳細了解，主要由設計單位或原船舶設計單位綜合考慮船舶結構、發動機功率、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安全區域劃分等，經審核后確認改裝方案，主要需要改裝以下幾個系統。

1)供氣系統。供氣系統是指LNG儲罐中的液態LNG通過汽化器汽化、加熱后轉變為溫度、壓力滿足燃氣發動機使用需求的氣態天然氣，供機器燃燒做功使用。首先,根據船舶LNG設備運行時間確認補液周期以及LNG加注站點分部等因素，綜合考慮LNG儲罐容積，LNG汽化加熱效果以及供氣系統不同位置的單雙壁管道選擇。其次，根據船舶實際情況，結合規范要求，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，以及是否需要設置緩沖罐等。儲罐冷箱內的主要設備包括水浴式汽化器、增壓器、加熱器、承滴盤、調壓閥等。在供氣管道安裝燃氣主閥，支路管道設置切斷閥；氣體發動機用金屬軟管連接至減壓調節閥。

2)冷卻水系統。冷卻水系統既要防止發動機過熱，也要防止冬季發動機過冷，發動機把這些熱量先傳給冷卻水，然后再進行循環冷卻，使其在所有工況下都保持在適當的溫度范圍內。LNG的汽化及加熱可以直接利用發動機冷卻水進行循環加熱，使天然氣滿足設備運行所需的穩定壓力和溫度。冷卻水系統增設筒式過濾器，帶反沖洗功能，并根據實際情況考慮在冷卻水總管道增設預循環泵，支管處設置截止閥。

3)動力輸出。動力輸出有3種常見的連接類型，根據現場實際情況匹配連接類型。具體包括：①皮帶直連，安裝簡單，價格便宜，需匹配皮帶輪的速比率，有側向力，有損設備；②皮帶式過橋連接，存在滾動軸承承接側向力，機損小，需匹配皮帶輪的速比率，價格稍貴；③減速齒輪箱及萬向節連接，運行穩定可靠，系統復雜，安裝工藝要求高，價格較貴。

4)安防系統。安防系統包括監測系統和警報系統。監測系統可實時監測氣體泄漏濃度，它主要由可燃氣體探測器、可燃氣體警報器等組成。警報系統由聲光報警器、警報器等組成，當可燃氣體的濃度、溫度、煙霧濃度中的任一個參數達到報警值時，可燃氣體警報器發出2級報警相應信號。一般一級報警信號為自動排風或抽風，消除氣體匯集風險，二級報警信號為自動切斷供氣系統電磁閥，實現聯鎖式安全切斷氣源。

5)通風系統。通風系統分為排風系統和抽風系統，排風分為自動排風和強制排風，一般為自動排風，也可以強制手動排風；抽風系統為負壓式，多用于封閉區域。設備運行時，通風系統保持常開，確保冷箱與機艙內及時更換空氣；待機艙設備停止工作時，通風系統保持自動啟停的監控狀態，當檢測到氣體濃度參數達到風機啟動要求時，風機自動啟動，否則將進行強制通風，有效防備安全隱患。

2 物資準備與人員安排

1)物資準備。主要的設備準備包括LNG儲罐(含附件)、發動機、發電機組、安防監測系統、軸流風機等。設備采購時，應注意供貨范圍、設備價格、交貨日期、交貨地點、運輸條件及保險責任，設備技術要求或設備技術協議等。附件和備件包括但不限于設備自帶品，其它材料根據改裝需要提前準備。并考慮專用扳手、動力輸出端匹配(廠家匹配)、保養手冊、廠家合格證、船檢檢驗證書等。

2)人員安排。需要專職人員對工程的安全，質量，進度，設備安裝的工藝，管道布置，驗收等工作進行監控。通過招投標形式選擇有資質的施工隊伍，其擁有完善的健康、安全和環境(HSE)三位一體的管理體系等及配套設施，需有主管機構認可的相關資質，電焊工需持有船級社認可的焊工證，管工和電工等人員需持有相關認可證件，特殊檢測設備需獲得主管機構認可。現場負責人員需簽字確認工程完成進度，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能力不足影響工程質量。

3 現場工藝實施

3.1 船體與舾裝件改造

船體需要切割處，應查看船體施工退審圖紙(即船級社審核后認可的修改圖)，并現場確認船體結構，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，根據船體結構強度與工藝要求，鋼板焊縫與加強筋切割處需錯開，對接縫之間的平行距離不小于100 mm，構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，割開長度應大于150 mm；如果是非“十”字或“T”字形的板縫夾角，應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行校正平整。必要時采取相應的加強措施，以防止船體產生變形，如有必要需征得船東與驗船師的認可。

按照《船舶建造及修理質量標準IACS》進行預制和船上裝配、氣刨、焊接。焊后進行打磨去熔渣，清除鋼板上的拉碼及磨光突出物。局部補焊的焊縫應與原焊縫間保持平滑過渡，返修后的焊縫應滿足規范的要求，對重要的結構性焊縫進行無損探傷。相關的艙室改裝應根據規范做氣密試驗和強度試驗。

相比海船的模塊化、三維建模等處理方式，內河船舶舾裝件比較小，且數量少。進行油改氣中的舾裝件主要含船體舾裝件、設備舾裝件、管道舾裝件以及電氣舾裝件等。根據圖紙內容、技術要求對舾裝件進行制作、運輸、固定、安裝、加強和檢驗，尤其是設備舾裝件的安裝更須注意安裝位置與工藝流程。

3.2 設備及管道安裝

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，結合船型尺寸及儲罐的基座圖紙，在合理位置設置儲罐基座，并考慮船體結構加強，采取滿焊方式進行焊接定位，或者采取現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氣體進機溫度。

在燃氣發動機置換方面，根據傳遞裝置軸線高度對氣體機進行預定位，用百分表和塞尺進行相關尺寸的測量，通過調節前、后、左、右的止推螺栓調整軸線位置，完成氣體機安裝定位。

天然氣供氣管道材料為SUS304，水管材料為普通無縫鋼管，通風管道材質為船舶專用風管和船體舾裝管道。根據船型結構特點, 氣體機及儲罐等設備的管道接口位置，結合施工現場、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 電氣設備

根據用電設備及控制箱的具體位置，依照電氣舾裝件及相關規范敷設電纜。檢查電纜有無破損及纏繞現象后，進行專用扎帶打包，并用橡皮泥或專用電纜堵料做好電纜穿艙件的封堵，校正線路與設備連線，并做好絕緣防護等，如氣體機采取駕駛室遙控與機旁操作的啟停機模式接線控制系統。

由于內河船舶空間小，危險系數偏大，需要選擇遠程監測自動化程度更高，可靠性更強的可燃氣體監測報警設備。同樣，氣體探測探頭及氣體探測報警器的安裝位置也非常的重要，通常是機艙、儲罐冷箱、密閉處的管道系統、駕駛室、氣體排放處等位置。而且出于安全方面的考慮，原有的照明系統電纜需拆除，換裝防爆電纜，并加裝防爆套管，且所用電器設備均應更換為防爆電器設備。

4 系統調試及設備功能試驗

4.1 系統密性清潔

系統密性清潔主要有供氣系統、供水系統、安防系統、通風系統。

1)對LNG供氣管路做好壓力試驗，介質為氮氣，試驗壓力不低于1.5倍設計壓力，試驗時間不小于2 h(具體參數詳見《天然氣燃料動力船舶規范》)。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，介質為水，試驗壓力不低于設計壓力的1.25倍，試驗時間不小于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，利用氮氣(LNG供氣管路現場只能用氮氣)進行吹掃清潔，對水系統進行壓力沖洗與反沖洗，清洗濾器等。

4.2 設備功能試驗

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

2)主設備調試必須有設備服務商在場，服務商檢查核實動車前的狀態是否達到動車要求，檢查項目包括：設備清潔，滑油液位，示油窗、壓力表、指示燈均顯示工作正常，設備的防護裝置齊全、安裝牢固，監測系統、過載保護系統靈敏可靠有效。

3)一切就緒后，在水氣壓力供應完畢的情況下，由服務商進行啟機試驗。

4) 設備無負荷，空運轉時，設備運轉過程中各部件無別樣震動、異響、噪聲、發熱異常，各撥叉手柄變檔靈活，定位可靠。水壓、水溫、進氣壓力、滑油壓力、滑油溫度、排溫溫度等各種壓力表、溫度表工作狀態穩定。

5)運用船上現有設備，根據設計要求進行低負荷運轉試驗。

5 其他注意事項

在經濟性分析方面，以移動式LNG加注船上的加液機流量計為準，對每次加多少立方LNG做好記錄。并在每天固定時間做好LNG使用量記錄，采取平均一個航次或者產量算法，與使用柴油機同狀況下的作業相比，可得出成本節省率。

在服務跟蹤與配套方面，為避免影響船舶正常作業，需約定儲罐內LNG最低補液液位，并提前約定補液地點；LNG加注前完成船舶安全檢查及填寫完成確認安全條目；根據技術規格書與設備質保周期，做好設備售后服務，特別是初期使用需及時解決設備運營期間出現的問題。

6 結束語

綜上所述，本文對船舶油改氣項目實施過程進行了綜合闡述，形成了一套適合目前大多數小型船舶油改氣的注意事項，以確保小型船舶改裝的順利完成。且隨著船舶LNG技術的不斷提高，以及船舶向技術化、數字化方向的發展，船舶LNG的綜合使用會越來越完善，既做到了節能減排，又節約了經濟成本。后續國家對 LNG 動力船舶將逐步放開。LNG 價格比柴油具有明顯成本優勢，船舶企業對柴油動力船舶進行改造的積極性將快速提高，船舶油改氣項目將進入一個新的時期。