新型LNG 動力燃料船舶的建造檢驗探討

藍利雄

（汕頭造船廠有限公司，廣東 汕頭 515041）

在國內，船舶燃料供應一直以來是制約動力燃料推廣應用的重要瓶頸，自 LNG 船舶出現以來，一直處于試驗階段。LNG 作為清潔、高效、低成本的船舶能源之一，在環保和節能方面具有明顯優勢。目前LNG船用動力系統已經成熟、可靠地應用于各類船舶和公務船。而隨著我國內河LNG 船舶使用技術的不斷成熟，相關證書將逐步得到承認和認可?；诖朔N情況及現狀，本文在總結目前檢驗經驗的基礎上討論了相關問題。當前國內外多家科研機構致力于為遠洋油輪研發新型燃料。在這種背景下，多家船企相繼推出系列適用于LNG 船用的設備、系統、部件。此外，隨著近年來我國航運業持續發展以及《中華人民共和國海商法》《船舶安全檢驗條例》等法律法規出臺之后，我國相關標準也日趨完善和健全。因此，我國目前船舶工業研發力度不斷加大，已有多艘遠洋郵輪完成了系統的設計，并投入運營。

1 新型動力燃料（LNG）船舶建造及檢驗路徑

船舶所有設備都應該在其相應的技術文件中體現，因此，要保證設備運行正確。同時，為保證設備可靠運行，設備的操作性能要符合設計要求。在進行 LNG船舶輪機與電氣項目施工時，主要檢驗的內容包括：機械性能參數是否符合設計要求，機械設備和電氣設備的性能是否滿足設計要求；機電設備在試運行時應該具有良好的使用狀態和操作性能；電氣設備在試車或正常運行時需要具有良好的電氣性能和操作性能[1]。例如發電機的性能與電壓等級選擇問題；發電機工作時是否設置了相應的安全保護裝置；發電機正常運行時是否有自動停機現象；電機運行是否有明顯振動，有無噪聲；發電機是否存在超負荷運行情況等。對于設備的設計安裝是否符合規定要求、電氣設備、機械設備安裝是否符合施工圖紙要求、電機運行是否滿足安全標準等都是現場檢驗要重點檢查的內容。

2 LNG 船舶管路檢驗

LNG 是一種清潔能源，其在生產制造過程中不會對環境造成任何影響，而且其能量的利用率很高；同時，在燃燒過程中不會產生任何有害物質，這些優點讓LNG 船舶能夠在世界范圍內得到廣泛使用。據統計，我國的石油消費量約占世界石油消費總量的一半左右，而LNG 所占比例則是一半左右；國家將其列為重要的戰略產業；同時我國的LNG 進口也呈現出逐年上升狀態，這對于保護我國海洋環境安全具有非常重要之用。在船舶設計建造過程中，相關技術人員要在確保質量和安全可控的前提下優化設計方案且不斷完善其安全性能設施建設。船舶設計工作作為船舶產品研發過程中的基礎性工作之一，海事主管部門對LNG 技術質量以及安全性進行監督檢驗是保證船舶系統安全性、穩定性和可靠性的重要手段。LNG 管道系統通常由注入管路、供氣管路、透氣管路和排氣管路（或充惰管路）組成。管道在制造、安裝、密封性、使用等方面都要按照核準的圖紙檢查、試驗[2]。對管道系統進行檢驗，其要點如下：（1）在布置管道時，要考慮管道熱變形，船體部件移動所產生的過大應力。（2）膨脹接頭應避免過大膨脹與擠壓，對其鄰近管道應進行正確的支撐與緊固。對于膨脹式波紋管接頭應避免機械損壞；對凸緣連接應設防松墊片以防螺絲帽松動。（3）當儲氣箱或者管道與船體結構之間絕緣隔離的時候，管道與儲氣箱之間必須電氣接地。管道接口處應電氣接地。（4）空氣供應管道時，應盡量減小軟管和法蘭數量，不應采用滑動伸縮連接方式。（5）LNG 管路系統應遠離船外板800 毫米。（6）LNG 管道系統要有足夠柔性，一般采用U 型或者直角式擴張彎曲方式，以免管道擴張受壓。（7）LNG 管線上必須采用統一彩色標志。標識顏色應明顯區別于周邊艙壁和設備，例如黃和紅色。（8）LNG 管一般采用耐寒不銹鋼管，常用奧氏體不銹鋼304,308,316。不銹鋼管件焊接工藝須提交驗證。施工時，不銹鋼管材必須經過運輸、貯存、加工等各環節保護，以防晶間腐蝕。（9）LNG 管道焊縫須經認證并達到規定要求進行非破壞性檢測。

3 充裝系統及檢驗

裝設于尾樓兩層敞開式甲板內，全開放式甲板危險區域劃分圖為表示電氣設備及電纜級別，通風管道，主機進排氣管部位，船員艙室門窗部位等信息的重要依據。電器設備防爆級別及溫度等級不低于IIA,T2。裝填操作站應設于距危險區較遠的適當地點，加裝2 部便攜式W 高頻無線電話以滿足環境需求，操作站利用基本安全電路監測氣罐壓力，溫度及液位，遠程截止閥控制由充裝在操作站內的電磁閥自動閉合壓縮空氣，充油管道和燃料管道的聯接、法蘭聯接應滿足要求[3]。

4 氣罐系統及檢驗

氣罐場所主要由氣罐、換熱設備以及部分管路等組成，主要有以下幾種危險：一種是因氣罐與換熱設備漏氣而發生“冷脆”，造成結構垮塌；另一種是因氣罐，熱交換設備和管道泄漏產生易燃氣體和著火源造成火災危害。現有LNG 動力船舶都是按壓力容器標準設計的C 型儲罐，一般采用如下措施：一是純真空；二是用玻璃纖維繞制并真空填充；三是用珍珠巖。其中使用最多的有玻璃鋼、真空等。儲氣罐（冷柜）接口處：儲氣罐可置于敞開甲板或密閉處。如果儲罐的接頭、閥件等不設置在敞口甲板上，則應保護在用耐寒材料制造的地方，俗稱“冷箱”。檢測時應注意：（1）按批準的圖紙及公認的安裝工藝要求檢驗氣罐是否安裝好并固定好。煤氣罐應采用支撐部件（鞍架）和兩個鞍架。（2）船體強構件（如：強橫梁、縱桁、實肋板、龍骨）裝有鞍座，鞍座之間必須相互牢固連接。真空隔熱槽內其鞍座通常用作儲罐產品。（3）氣瓶與船體連接應牢靠。（4）要注意鞍座底板和船體底座之間的連接強度，如用螺釘連接時，要注意螺釘預緊力。（5）為減小船體變形給油缸帶來的沖擊，油缸和船體的聯接并不堅硬，也就是一頭鞍座固定一頭滑動。（6）就海上船只而言，包括管道和閥門部件在內的儲罐或儲罐與船舷之間的距離不小于B/5（B 是船最大寬度，米）。除客輪和多體船外，其他船舶可以不超過B/5，但無論如何，這一距離不得小于0.8 米。在內河中，氣瓶或氣箱（它由管道及閥門部件組成）與船舷之間的距離至少為B/10。如果儲氣罐在船尾甲板上，要采取適當防護措施以免追尾造成氣罐損壞。對于內河船舶，如果船體與船尾甲板線相交的切線與水平線的夾角不超過50 度，則應視為采取了保護措施[4]。

氣關罐接頭處檢查內容大致分以下幾個部分：（1）罐體接頭處，法蘭和閥門若未布置于敞口開甲板處，則要與罐體接頭處封閉。（2）儲罐接頭處的設備必須能承受低溫液體泄漏且不喪失功能。氣罐的接頭處一定要用耐寒材質制成，一般為奧氏體不銹鋼。（3）罐體連接位置的限位接口包括出口（如果設置），應為密封型式。（4）空氣盒包括第二屏幕（如果設置），并且不能靠近機械設備和其他容易發生火災的地方。如果用隔板分隔，隔板應至少寬900 毫米。對于真空隔熱C 型儲氣箱，如果儲氣罐與艙壁之間的距離不小于900 毫米，則儲氣罐可以作為隔離室使用，但如果儲氣罐設置在機械設備或其他容易發生火災的危險區域上方。（5）若在氣罐連接處設置進出口，門檻應不低于300 毫米，或按液化天然氣泄漏后液面等級確定。

5 機械處所及檢驗

機械設備主要有發動機、電子控制單元以及燃氣管道等，其中發動機、電子控制模塊以及燃氣管道屬于發動機以及管道泄漏產生易燃氣體。同時發動機燃油特性變化還可能導致發動機爆燃、拉缸和磨損等失效。此外，中央控制室為燃油供應中心，因此其危險性主要表現在可靠性、與發動機配合工作性能等方面。

機械設備內空氣供應：實質上安全機艙內必須使用雙層管道，所以，它有二種形式，一種為同心管，位于內筒和外筒中間，安裝一個大于內筒的惰性氣體并在檢測出惰性氣體后報警；另一種是將空氣管道置于通風管道上，管內裝有吸風機。

ECU 就是在一定條件下用電氣來控制汽油與燃料的系統。本裝置能夠對噴氣流量、空燃比、點火時間和噴油量（有時）進行控制，并且能夠靈活調節燃氣發動機各系統參數以達到對外數據交流的目的。它的檢查需要：（1）對船舶駕控系統、監控系統、燃氣控制系統進行信息交流。（2）電源中某條線出現故障后，系統能自動轉換至其他線。（3）故障仿真最大程度檢驗相關電氣控制系統報警及監測功能。

引擎ECU 必須具有CCS 認證。所述駕駛室、機艙集控室、操縱室內均設置有顯示裝置。引擎ECU 要有主備和應急供電能力。油罐處所及充裝站位于尾樓開放的二層甲板上，未進入艙內空氣供給管線閥門部件位于“冷箱”內，進入艙內閥門部件位于“閥箱”內，主機為國產最新型氣缸式多點噴射雙燃料發動機。管道須使用耐低溫材料且有船檢批準船舶產品認證，其制造工藝、焊接工藝、熱處理工藝和安裝工藝應通過船檢批準，有氣體泄漏風險的地方要安裝集液盤，船舶在氣罐供氣管線上安裝“冷箱”，冷箱可以替代儲液盤使用，儲液盤位置要絕緣性好，并且通過垂向海面附近的排水管從艙口以上流出，以防漏水后低溫傷害人及船體，排氣管宜選用耐寒材料。液化氣體體積小，可產生大量氣體。1 立方米LNG 可轉化為體積約為600-625 的氣體，若操作不當將引起超壓或氣體大量積聚：規范4.3.1.4 規定，低壓供氣管道的設計壓力應不小于供氣管道的最大工作壓力，因此，對供氣通風管道、“冷箱”“閥箱”等都有較高的強度要求，在上船后，對供氣管道、通風管道都有較高的要求、“冷箱”“閥箱”強度試驗均可通過氣密性試驗進行。為避免煤氣管道發生泄漏，管道出口安裝氣體檢測器實時監控整個供給管道，避免煤氣泄漏造成艙內氣體聚集[5]。

此外，CCS 也提出“強化安全設備場所”這一概念，它要求設備所處管道為焊接形式，滿足I 級管路的要求（全焊透），一切閥件及配件均應圍蔽于氣密閥箱中，其檢測及通風均應按照危險處對待。燃氣發動機分為1 臺和2 臺。根據噴油壓力能否大于一兆帕可分為高壓燃氣發動機與低壓燃氣發動機兩大類。天然氣進氣方式決定著燃氣供應形式，極大地影響著天然氣經濟性、動力性和排放性。系統進氣模式如下：（1）進氣量總管進氣量，又可以分為增壓前進氣量和增壓后進氣量兩種；（2）通過進氣管或者進氣管向汽缸內混入空氣；（3）高壓直噴氣缸內。目前MAN B&W MEGI 發動機屬于高壓進口型直噴型發動機；瓦錫蘭DF 引擎使用分支進氣管，內河改型引擎均為前進氣道，由于未對引擎做過多優化，致使引擎效率與排放性能均差強人意。

6 結語

就LNG 燃料船本身技術發展而言，LNG 在貯存、運輸、補給和安全方面都較常規柴油船有較大變化，主要表現在LNG 儲罐和動力裝置兩個方面。在LNG 燃料船舶的建造過程中，燃料補給和其他方面是主要工作，此外還需要對通風系統、消防系統、可燃氣體探測系統以及氣體燃料控制系統進行考察。LNG 動力船舶在我國的使用和推廣有著很好的前景，對國家能源結構調整、環境質量改善、節約能源和國民經濟持續發展都有著重要的現實意義。國內LNG 動力燃料船建造檢驗起步較晚，大部分都是由傳統船廠建造完成，船檢機構從船東獲取的資料和相關的技術標準不統一，缺乏船企之間的溝通，使得船檢工作不能滿足船舶規范要求，難以為船東及船檢機構提供必要的技術支持。同時因為不同船舶標準和規范要求不一，船檢人員對標準規范掌握得不夠全面，導致部分檢驗結果偏差大、與建造檢驗實際不符等問題仍然存在。所以在加強對于LNG 動力燃料船舶在研發過程中相關研究的同時更應該注重實踐中可能存在的問題，并積極尋求解決之道。一方面應該認真學習國外相關標準規范，了解LNG 航運技術的發展動態以及我國具體情況，制定相應措施，并在建造檢驗過程中將其應用于實際之中，保證其合理有效。另一方面應充分借鑒傳統船型建造過程中積累下的經驗及做法。在理論研究中對相關理論進行充分闡釋后方能應用于實際當中。另外，還可以加強對新型LNG 船進行型式審查與相關規范研究，對我國 LNG 動力燃料新型船舶進行規范化生產監管。同時加強人才培養和技術支持力度，并鼓勵企業積極探索符合中國實際經驗的理論和新技術應用方法，建立健全技術標準體系，以滿足新能源船舶設計和制造的特殊要求?？傊?，在當前新能源船舶產業快速發展階段，應根據實際情況建立完善各種體系，為新能源船舶提供專業的技術支持與保障。