打开文本图片集

摘 要：该文以广西标准化河船进行LNG动力改造工程进行了分析和研究，阐述了LNG动力船舶发展现状及发展趋势，分析了改造过程中的气罐、机械设备的安装、调试问题，例如：LNG气罐及附属装置的选择和布置，气体燃料的围护，燃料充装，防火结构的设置，灭火系统及探火的配备，主机改造成LNG/柴油双燃料，通风系统的改造设置等相关的分析和设计，以设计出满足法规和规范的要求，达到安全的要求，给广西的船厂以经验指引和技术指导，并对标准船型的LNG动力改造设计有较好的示范和指导作用。

关键词：广西 标准化河船 LNG动力改造 设计

中图分类号：U676 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）03（a）-0074-03

广西区内的标准化河船从2012年4月1日开始实施，至今已有3年多，总体取得良好效果，极大地提高了过闸通航效率和造船效率，但随着近年来经济增速下滑，货运量增长乏力，运价不断下降，人工成本持续攀升，燃料消耗逐渐增大，装载集装箱的船舶勉强维持，装载一般干散货船舶，利润微薄，濒临亏损的边缘。该文选取主尺度满足西江干线过闸要求的船舶标准船型，结合西江河船实际情况，以理论分析为基础，依据现行的法规和规范，对这种广西经典的标准化河船改造LNG动力改造进行了详细分析，分析改造过程中所需要注意的重点和难点，特别是涉及到安全性的问题要满足国家法规和规范的要求，为降低船舶、人员和设备安全的潜在风险，特别是气罐的选择，气体燃料的围护，主机及本质安全型机舱部分，燃气管路部分进行详细的改造分析，对标准船型的LNG动力改造设计有较好的示范和指导作用[1]。

1 改造概况及主要依据

本船设双机、双桨、双舵的机动货船，原设双主机，单机功率212 kW，以柴油为燃料，现改造为柴油-天然气为双燃料混燃驱动。

主要依据法规和规范。

该船按中华人民共和国海事局及中国船级社颁布的现行规范、规则的相关要求进行改造设计。

（1）《内河船舶法定检验技术规则》（2011年）及其2015年修改通报。

（2）《天然气燃料动力船舶规范》（2013年）。

（3）《内河天然气燃料动力船舶法定检验暂行规定》（2013）。

（4）《钢质内河船舶建造规范》（2009）及其2012年和 2014 年修改通报。

（5）《材料与焊接规范》（2012年）及其2013年和2014年修改通报。

2 气罐及附属装置、充气站及消防的增设

2.1 增加LNG气罐及附属装置的选择和布置

增设船用LNG卧式气罐置于于尾部二层甲板之上右侧，LNG储存罐座底甲板及面向LNG储存罐的二层船员室后围壁及驾驶室后围壁应为A60级防火分隔的舱壁。

式中：G3为右主机燃气消耗率，192 g/kW·h；

N3为右主机额定功率，212KW；

T3为主机续航力，45h；

I3为主机数量，2台；

Q3=3.66t。

实船在尾船员甲板尾部设LNG气罐1只，可装液化天然气（LNG）约3.7 t，可采用8 m3LNG船用燃料罐，可满足续航力要求。

气体燃料罐主机及附件：本船气体燃料罐主机、主机控制系统、GVU箱由主机厂供货，并提供船检产品证书。船员甲板的8 m3独立船用LNG储存罐内。船用LNG卧式气罐配气罐连接处所（带气密门）、水浴汽化器（120 Nm3/h）、缓冲罐（30 L）、自增压器、调压等装置，设计寿命不少于20年，带CCS船用产品证书，有效容积：8 m3。

2.2 增加充装系统（加气站）

该船燃料充装布置位于开敞甲板上，充装总管由储气罐经气罐连接处所引出，充装接头为LNG标准充装法兰接头[2]，燃料充装时通过充装法兰接头与加注设施（LNG水上/岸上加注站）直接对船上LNG储罐加注，其额定充装量（率）应符合LNG储罐厂家使用要求。在LNG充装接头和任何可能泄漏位置的下方安装有由耐低温材料制成的集液盤。充装管路和供应管路还设有氮气吹扫装置，发动机燃气控制系统由发动机自带电控系统ECU进行控制[3]。控制、监测、安全系统。该船LNG气罐与右气体发动机均为CCS船用产品，出厂时已各配备符合规范要求的控制、监测、安全系统（设备旁及驾驶室均设置），船厂另设置如下安全措施：可燃气体探测器6套，分别为通风导管、阀组单元GVU箱体内各1套，右主机上方1套，发动机曲轴箱透气管内1套，LNG气罐连接处所内2套，机舱与气罐上方各设有感温、感烟火灾探测器各1套，机舱通风机、供气通风导管通风机与右气体发动机控制系统互锁。

2.3 增设的消防系统

为保护储气罐，在储气罐存放的露天甲板上设置了水雾喷淋管路，喷嘴为全孔型高速水雾喷嘴，用于储气罐暴露部分及限界面的防火降温。水雾管路接至消防总管并由阀门控制，该阀设置在艉部甲板安全且容易到达的位置。该船消防主要为水灭火系统，全船在机舱进出口左右舷及船中、船艏、尾船员甲板LNG气罐附近均设有消防栓，机舱内设80CWL-6型电动消防（兼水雾）泵组2台，可为全船提供消防用水。该船气罐处所水雾系统由消防总管提供（主要用于冷却、防火以及船员防护），水雾总管连接到消防总管前设有截止阀，以防止水雾管遭受损坏时不影响被隔离管段前面的消防管路[4]。为了隔离破损区域，在水雾总管上还通过多只截止阀隔离划分为几个区域的水雾支管，截止阀设在安全且易到达的位置，该位置不会因火灾而切断。水雾系统覆盖位于甲板上方的气罐的暴露部分外，还覆盖面向该气罐的上层建筑和甲板室的限界面。该船气罐充装接头附近设有由消防总管提供的水幕系统，通过水幕喷头将水喷洒成水帘状，以防止在充装过程中LNG泄漏到周围船体或甲板上使其遭受低温损伤。在气罐附近设有2具容量5 kg的手提式干粉灭火器，在充装站还设置有一台容量不小于160 kg的大型推车式粉灭火器及1具容量不少于5 kg的手提式干粉灭火器（两种灭火器由充装站配置）。惰气吹扫系统：本船不设惰性气体发生装置及氮气瓶，船上充装系统中设有惰气吹扫管线及其他惰气吹扫接口，惰气由加注方在本船加注后提供吹扫。其他惰气接口只在船舶动力系统维修时使用（如曲轴箱透气管惰气接口），也由岸基部门提供。

3 主机改造成LNG/柴油双燃料

3.1 船舶主机改造

在原船使用的主机（即柴油机）上增加一套液化天然气供给系统，将单燃料柴油机改造为LNG-柴油的两种燃料混燃的发动机，双燃料发动机控制系统采用的是电控喷射系统[5]。为了精确控制空气燃料的比例，没有燃气扫除，并保证燃烧充分，排放性能好，目前大多数改造LNG动力的船舶都是选择改造液化天然气采用支管进气多点喷射方式，安全性比较高，技术也比较成熟。

3.2 增加燃气系统

该船机舱需改造为本质安全型机器处所，燃气管路通过双套管型式进入机舱。本船LNG储罐（含单冷箱、系统管路、充装口等）总成有储罐供货厂家负责全部图纸及技术文件的送审和产品报检，并取得相应的产品证书。单冷箱内含有储罐增压器、汽化橇、缓冲罐以及LNG配套管路等，组成燃气供气系统。液态低温天然气从储气罐出来后经根部阀、汽化器使液态转换成气态进入缓冲罐，经供气总管进入机舱，再通过稳压使燃气压力保持在1～4 bar左右，为双燃料主机供气。供气总管进机舱前分成两路，经支管互锁阀为主机提供燃气（见燃气供气系统原理图）。储气罐防止在艉部甲板，燃气使用至10%后由LNG加注船为该船加液，加液时加装不锈钢罩，以防止充装飞溅，装满燃气后储气罐可立即投入使用。设燃气通风套管抽风机和冷箱通风管抽风机各一套（每套2台抽风机），用在双燃料主机在运行过程中燃气管系发生泄漏时及时抽排套管内和冷箱内的可燃气体，以确保机舱设备和船舶的运行安全。船尾船员甲板尾部开敞甲板处设有一只船用LNG气罐（有效容积：8 m3，设计寿命不少于20年），该气罐配连接处所（带气密门）、水浴汽化器（120 Nm3/h）、缓冲罐（30 L）、自增压器、调压等装置，通过自带阀件及管路系统可完成充液、供发动机用气、平衡罐内压力、安全放散、紧急切断、压力液位就地显示及信号远传、温度远传等监测控制。只有当拖动转速达到150 r/min时，气体燃料互锁阀才自动打开供气；当转速自动上升到达到400 r/min，系统判定点火成功，启动马达自动退出，发动机自动进入怠速；当拖动超过15 S转速没有上升，發动机控制系统判定点火失败，会自动关闭气体燃料互锁阀并发出报警；停机过程是：用户按下停机按钮，气体燃料互锁阀先关闭，当互锁阀之后的燃气管内燃气耗尽，发动机转速回到0，此时点火系统才自动关闭，在供气管路控制处所及机舱内显见位置应张贴有关供气管操作的警示牌。由于汽化器随LNG气罐布置在尾船员甲板，距离发动机较远，该船另配备一台专用电动供水泵。

3.3 增加通风设备

该船机舱按本质安全型进行设计，机舱设风量为6 000 m³/h的轴流防爆通风机2台，布置在主甲板，通过风管和封口将新鲜空气送至机舱内主、辅机的进气口处等需要新鲜空气的地方，用以改善发动机的工况和改善操作人员的工作环境[6]。

目前，面对天然气良好的经济性和环保效益，我国政府和民间涌现出巨大的热情，特别是我国内河约有3万艘船只面临“油改气”，能源公司也在加紧加气站的布局，这将是一个巨大的市场，且因为天然气燃烧彻底，不易积碳，减少维护费用逾50%等，而且世界上天然气的储量丰富，同时LNG作为船舶动力已经成为现实，同时为应对国际油料不稳定因素，我国已规划LNG作为替代能源战略，将LNG应用到我国航运符合国家能源结构调整战略，随着改造技术的成熟和完善，“油改气”的船舶市场将更广阔，在经济欠发达的西部地区应用将更为广泛。

参考文献

[1]裘继承.拖网渔船LNG单燃料动力系统的设计[J].广东造船，2014（4）：75-77.

[2]张珑.内河干货船改LNG-柴油双燃料动力船初次检验技术要点[J].中国水运，2016（4）：52-53.

[3]季伟男.燃气发动机大型ECU及空燃比控制系统的开发[J].内燃机与动力装置，2014（6）：53-56.

[4]陈海杰.液化气船舶消防之我见[J].珠江水运，2002（1）： 18-19.

[5]王世荣.我国内河柴油-LNG双燃料动力船舶的现状分析与建议[J].中国水运，2011（7）：4-7.

[6]蔡伟昭.29000t化学品船机舱通风布置设计[J].广船科技，2004（2）：9-11.