某2 100 DWT內河多用途貨船LNG燃料動力改造設計分析

摘" " 要：本文以2100DWT內河多用途貨船動力改造項目為案例，根據船東的改造需求及CCS船級社關于LNG動力船舶設計的相關要求，結合內河貨船特性及相關布置，對LNG儲罐布置、危險區域劃分及相關總布置調整、改造船舶完整穩性校核等關鍵技術進行分析計算，完成整船改造項目，得到船東及船級社的好評，可為后續柴油動力貨船改造為LNG燃料動力船提供借鑒

關鍵詞：內河多用途貨船；LNG燃料動力；改造設計

中圖分類號：U664.1" " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標志碼：A

Design and Analysis of LNG Fuel Power Retrofit for a 2 100 DWT Inland River Multipurpose Cargo Vessel

LIU Guang1，" CHEN Zihang1，" QING Li2

（1. Guangzhou Marine Engineering Corporation，" Guangzhou 510250， China;" 2. Guangzhou Shipbuilding Industry Co.， Ltd，" Guangzhou 510250， China ）

Abstract：" This paper takes the power conversion project of the 2 100 DWT inland river multi-purpose cargo ship as a case study. According to the conversion demand of the ship owner and the relevant requirements of CCS Classification Society on LNG-powered ship design， and in combination with the characteristics of the inland river cargo ship and the relevant arrangement， the key technologies such as the LNG storage tank arrangement， the classification of the hazardous area and the relevant adjustment of the general arrangement and the intact stability calibration of the retrofitted vessel are analysed and calculated， so as to complete the whole ship conversion project. The project has been well received by the ship owner and classification society， and can provide reference for the subsequent transformation of diesel-powered cargo ships into LNG-fuelled vessels.

Key words： inland river multipurpose cargo vessel;" LNG fuel power;" conversion design

1" " 引言

我國在2011年提出了實現內河水運綠色發展的具體要求，隨著天然氣（LNG）來源日益規模化、多元化、專業化，選擇LNG燃料替代傳統船用燃油已成為現實。作為一種環保能源，LNG在環境保護、經濟效益和社會影響等方面具有顯著益處。它幾乎實現零硫氧化物排放，并有效減少85%以上的氮氧化物和15%以上的二氧化碳排放。本文對某2 100 DWT內河多用途貨船LNG燃料動力改造設計進行分析，可為后續柴油動力貨船改造為LNG燃料動力船提供借鑒。

2" " "LNG燃料動力船舶發展現狀

隨著全球海運貿易快速發展，國際海事組織（IMO）對船舶排放監督和限制日趨嚴格，LNG作為低排放的能源選擇，成為目前最安全且減排效果最佳的船舶燃料。然而，目前我國LNG動力船的應用仍然不多，主要原因如下：1）水上加注站的數量及配置不足；2）LNG燃料動力船的安全要求嚴格，導致船舶建造費用較高。但隨著國內支持政策的完善，技術水平的進步，我國LNG動力船必將迎來一個高速發展的黃金時期。

3" " "項目概述

LNG燃料動力船舶改造是將現有船舶的柴油燃料動力系統更改為LNG單燃料或者LNG-柴油雙燃料動力系統，以達到可持續綠色發展的要求。本船動力系統改造主要為新增LNG儲罐，更換原船的主機及發電機，并根據改裝需求，對涉及到船級社和法規要求的船體進行改裝。

2 100 DWT內河多用途貨船主要航行于珠江三角洲及香港、澳門航線，用于裝載集裝箱和干散貨。船舶總長61.98 m、型深4.5 m、型寬15.5 m，載貨量1872t（裝載集裝箱時）/2 180 t（裝載雜散貨時）。采用雙機雙槳雙舵，貨艙區為雙底雙殼，其余為單底單殼。

4" " LNG儲罐的加裝方案

4.1" "概述

LNG儲罐一般為圓柱體形狀，在其一端設置有燃料艙接頭裝置、冷箱。LNG儲罐的尺寸過大，會在船上占據過多空間進行安裝布置，擠壓船員生活區域，原船的布置會因此做出較大改動；同時容積過大代表改裝重量增大，對船舶穩性安全造成影響；容積過小難以達到原船續航力的要求，影響船東實際使用。綜合考慮，本船選取容積為25 m3，滿載裝貨量為21.5t的C型LNG儲罐。滿足約70 h續航力要求。

4.2" "LNG儲罐的布置

LNG儲罐的布置需滿足《天然氣燃料動力船舶法定檢驗暫行規則》（2018）的要求。同時，為減少管路長度、降低泄露風險，應盡可能布置在機艙附近。LNG儲罐布置主要有三種方案。

1）上層甲板區域布置

將LNG儲罐布置在上層甲板尾部區域的優點為：總體布置的修改較少；無需考慮LNG儲罐艙通風系統布置；不需要為儲罐設置專門的儲存間及配套設備，減少船廠工作量，降低改造成本。缺點主要有：LNG儲罐安裝在上層甲板尾部，儲罐重心距基線過高，且靠近船尾，導致空船重心后移，對穩性影響較大；危險區域覆蓋面積較廣，對尾部上層建筑艙面屬具提出更高安全性要求。

2）主甲板艙室內布置

將LNG儲罐布置在主甲板艙室內的優點為：危險區域的影響一般；改造對船舶穩性安全影響不大。缺點主要有：總體布置的修改量大；需要考慮LNG儲罐艙通風系統的布置；整體改造工程量較大，改造成本增加。

3）主船體內布置

將LNG儲罐布置在主船體內的優點為[1]：危險區域的影響較小；改造對危險區域、船舶穩性安全的影響較小。缺點主要為：改造涉及主船體艙室修改，改造工程量過大，改造成本增加嚴重。

經綜合分析，本次改造將LNG儲罐布置在船員甲板尾部，并在儲罐下方設置隔離空艙，如圖1所示。

5" " 危險區域劃分

5.1" "概述

危險區域系指易爆氣體環境出現或預期可能出現的數量達到足以對設備的結構、安裝和使用采取特殊預防措施的區域[2]。LNG 燃料動力船的危險區域劃分，是為了確保船舶在 LNG 燃爆風險方面的安全性。為了便于選擇合適的電氣設備和設計合適的電氣裝置，這些區域被分為0區、1區和2區。

為盡可能減少危險區域對原船布置的影響，應合理布置冷箱通風進口、LNG透氣總管、主機及發電機雙壁管環圍通風進出口等導致船舶危險區域存在的設施，并在布置時保證機艙空氣進口、氣體安全處所的空氣進口及出口與危險區域的距離滿足《天然氣燃料動力船舶法定檢驗暫行規則》（2018）要求。

5.2" "船員甲板危險區域及艙室改造

船員甲板長7.1 m，寬14.4 m，原船布置有2個單人間，2個四人間，2個雙人間、1個二氧化碳間（見圖2a）。本船原船雖布置有16個鋪位，但實際船員僅10人，經船東同意，將鋪位縮減到10人。布置LNG儲罐后其危險區域劃分見圖2 b）。船員甲板所剩布置住艙空間長×寬為3.3 m×14.4 m，因右舷危險區域較大，將原船二氧化碳間布置在右舷并靠近船中開門，左舷并排布置兩個單人間及兩個雙人間。為滿足法規要求（船員甲板的氣體安全處所空氣進口其距離任一危險區域的邊界至少1.5 m），本次改造在船員住艙及LNG儲罐間增加一道結構鋼壁以分隔危險區域，既保證船員住艙之間通道的連通，又考慮到艙室的自然通風。

5.3" "主甲板危險區域及艙室改造

主甲板危險區域主要集中在儲罐甲板右舷LNG儲罐的積液盤下方（見圖3），該位置原船布置有3個衛生間、1個船員住艙、餐廳及右舷機艙棚，皆與危險區域沖突。在與船東溝通后，將衛生間減少至1個，衛生間及船員住艙的門改為向內部開門，餐廳艙室門向左舷移至安全位置。機艙棚因與貨艙蓋緊鄰，可供改造的空間有限，經溝通討論，采用方案如下：將右舷機艙出口向內移動550 mm，壓縮下機艙樓梯位置，并在機艙門前方布置隔離墻分隔危險區域。

6" " "船舶安全

6.1" "消防安全

1）LNG儲罐為C型獨立燃料艙，用隔離空艙將儲罐與主甲板分開，LNG儲罐下方廚房、餐廳及4人間（較大失火危險處所）靠近隔離空艙的一側采用A-60級防火分隔；面向LNG儲罐的起居處所及二氧化碳間的限界面同樣采用A-60級防火分隔，由于LNG儲罐與隔離空艙的整體高度超過船員甲板艙室層高，起居處所及二氧化碳間的天花同樣需要達到A-60級防火分隔。

2）消防用品：根據《內河船舶法定檢驗技術規則》（2019）[3]及《天然氣燃料動力船舶規范》（2021），在加注站附近增設4具50 kg推車式干粉滅火器、1個5kg手提式干粉滅火器；另在LNG罐左右舷各設1個5kg手提式干粉滅火器；在主甲板餐廳及船員甲板各增加3個5 kg手提式干粉滅火器。

6.2" 完整穩性

完整穩性是指船舶在未發生破損的情況下對抗傾覆的能力。

1）典型工況確定

根據內河貨船的要求，該船主要分為運載散雜貨船工況、運載集裝箱工況和壓載工況。

（1）運載散雜貨工況下，因散貨容重大小會影響貨物重心位置，需分別校核運載散貨容重0.75及2.2時的船舶完整穩性。因本船配有貨倉艙蓋，故無需計算因貨物吸水導致重量增加的工況。

（2）運載集裝箱工況下，本船首先需計算裝載120 TEU貨箱和裝載150 TEU空箱兩種情況下的完整穩性，由于本船改裝后最大裝載貨箱平均箱重為 14.65 t，貨箱重量小于該型號集裝箱的額定重量30.48 t的75%，因此按照《內河船舶法定檢驗技術規則》（2019）8.3.7.11增加補充工況（貨箱重量的計算起點為該型號集裝箱額定重量的15%；箱重量的計算間距應不超過額定重量的15%）。

最后需考慮空船（或加壓載）出港及到港工況。

本文由于受篇幅所限，僅列舉以下典型工況：

（1）運載散雜貨工況：散貨容重 0.75 滿載出港、散貨容重2.2滿載出港，工況編號為1和3；

（2）運載集裝箱工況：裝載 120 TEU 貨箱（平均箱重 14.65 t）出港、裝載 150 TEU 空箱出港，工況編號為11和13。

2）典型工況校核

完整穩性按照《內河船舶法定檢驗技術規則》（2019）第5篇第8章對航行于內河 A 級航區集裝箱船、干貨船的完整穩性要求核算，見表1。

因改裝后空船重量增加、重心后移導致船舶浮態變危險，通過控制貨物裝載量的方法，本船完整穩性最終滿足法規要求。

7" " "結語

內河船舶數量大，是大氣污染的主要來源之一，隨著船舶排放管控要求的日益嚴格，以及LNG配套設施的不斷完善，LNG動力船舶必會迎來大規模的推廣。本文介紹了2 100 DWT內河多用途貨船在LNG燃料動力改造中的難點及相關解決方案，可為后續柴油動力貨船改造為LNG燃料動力船提供借鑒。

參考文獻

[1]裘繼承，梁耀明，李珍.LNG燃料動力船改造技術分析[J].廣東造船，"2019， 38（5）：71-73.

[2]天然氣燃料動力船舶法定檢驗暫行規則[S].北京：中國船級社，2018.

[3]內河船舶法定檢驗技術規則[S].北京：中國海事局，2019.