广西标准化河船进行LNG动力改造的可行性分析和研究

夏义江，欧卓琳

（1.钦州学院机船学院，广西钦州535011；2.钦州学院海运学院，广西钦州535011）

专论综述

广西标准化河船进行LNG动力改造的可行性分析和研究

夏义江1，欧卓琳2

（1.钦州学院机船学院，广西钦州535011；2.钦州学院海运学院，广西钦州535011）

以广西标准化河船进行LNG动力改造进行分析和研究，阐述了LNG动力船舶发展现状现状及发展趋势，特别针对广西标准化河船改造的技术难点、技术可行性、经济效益和社会效益进行了分析，并提出了相关的建议和对策，结合广西现有船舶设计公司和造船及公司应总结现有的液化天然气船试点项目的成功经验和不足以及广西主流段通航能力和航道的特点，加以技术改造和政策扶持，定能造出满足法规要求满足法规，保证安全，节省资金，效能最大化的柴油-LNG双燃料动力船舶。

广西；标准化河船；LNG动力改造；可行性

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，在提高过闸通航效率和造船效率方面效果显著，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。根据中国船级社的调研，相对于传统的船用燃料，LNG具有明显的经济优势，燃油成本占航运成本的50%以上甚至70%左右，如果航运业能够使用LNG作为船舶动力，将大幅降低营运成本。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，为应对国际油料不稳定因素，我国已规划将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[1]。本文结合广西的造船实际技术水平，对广西标准化河船的LNG动力改造部分进行分析和设计研究探讨，技术难点及技术可行性分析以及对使用LNG的经济性和社会效益进行分析。

1 LNG动力介绍及国内外发展现状

液化天然气指的是从页岩矿石或油气田中开采并经过相应处理的可燃气体，主要成分是甲烷和少量的乙烷、丙烷、丁烷等等，天然气的组成成分可能会因为不同的产地而有比较大的差异；液化天然气（LNG）指的是压缩、冷却，或在特定容器特殊工艺处理后存储为液态；船舶的LNG动力改造是在已经营运的船舶柴油机推动力的基础上，增加一套液化天然气燃料供给主机推动船舶前进，利用电子转换开关来控制，实现柴油单燃料或LNG和柴油双燃料两种运行模式，这样一部分柴油可以被LNG燃料替代，从而达到减少污染物的排放和减少燃料费用双重目的。液化天然气是一种绿色清洁能源，在降低排放物含量和节省燃料费用方面效果显著，越来越被政府和企业的关注，并逐渐开始应用于国内各类运输行业，例如在汽车行业应用的历史就不短[2]。

随着我国能源的多元化，越来越多的天然气代替石油天然气已经实现。液化天然气作为船用燃料的排放对环境的改善效益非常明显，它几乎实现硫氧化物零排放，没有颗粒的排放，能降低90%左右的氮氧化合物和20%左右的一氧化碳的排放。而且液化天然气的应用也可以带来直接的经济效益，价格比石油便宜，储藏量也丰富[3]。SeaHow咨询公司分析认为，液化天然气船船动力燃料转换和新造船市场上“大显身手”，未来将有超过数千亿美元的商机，2017～2020年期间我国将积累新的内河船舶有14 000艘左右，如果80%的船东使用液化天然气燃料作为动力，新的液化天然气船也将超过10 000艘[4]。目前，内河船舶中至少有30 000艘船只面临改造“液化天然气”，国内几个能源公司已经介入沿江沿海的加气站布局，但困境在于不完善的法律法规和标准体系；第二个是液化天然气配套基础设施的严重短缺，缺乏合理的加注站点；第三，液化天然气的公共安全问题接受低，实际上在中国液化天然气船的遇到的问题研究欧盟也遇到了类似的困境[5]。

国际海事组织成立于2006年制定了《使用气体或其他低闪点燃料的船舶安全规则》（IGF规则），中国全程参与了此项工作，这个规则于2017年1月1日正式生效实施，这标志着液化天然气的船舶动力领域的应用已经成熟，液化天然气发动机，可以大大减少氮氧化合物、硫氧化物、颗粒物（PM）和其他有害气体，通过技术措施、管理手段可以控制液化天然气船舶风险，以确保其安全使用，为提高改善清洁能源的使用比例，改善交通运输行业能源消费比例，是中国国十三五规划的的要求和目标。这几年相继颁布了《内河船型标准化补贴资金管理办法》、《水运行业应用液化天然气试点示范工作实施方案》等，并对建造或改建的液化天然气燃料动力船舶实施资金补贴，以减少船东建造或改造液化天然气船舶的生产成本，从政策层面激励液化天然气在水运行业的推广应用，促进液化天然气动力船进入实际应用阶段和规模化运营。

据悉，LNG动力船舶在京杭大运河改造项目将作为一个示范项目，液化天然气动力作为新能源推广应用，在长江流域、京杭大运河上的应用推广，是长江和京杭大运河运输能源结构的战略性调整。如果天然气占65%以上船舶的船舶总能量，将享受车船税减免的优惠政策车，将会更大的促进液化天然气动力船的应用。因此，液化天然气在我国航运业应用前景广阔。目前，中国第一艘液化天然气燃料动力船舶中海油6500马力的柴油——LNG双燃料港口拖轮已经交付，内河第一双燃料动力船3 000 t双燃料散货船试验已经完成建造[6]。

2 技术难点及技术可行性分析

目前，广西标准化河船现有船舶要以LNG——柴油为燃料，则必须加装LNG储存罐、燃气管系及其阀件，还需要对柴油发动机进行油气改造，LNG动力船在改造方案设计、审图资质确定、改造施工、船用产品认证和船员培训等方面均不够完善，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，需结合广西的实际建造水平，提出解决方案，解决改造过程中的船体、气罐、轮机设备、船舶电气与电子设备及仪器的安装、试验等多项技术性问题，以期达到基本的安全要求，给广西的船厂和船舶公司以经验指引和技术指导，并对普通货船的LNG动力改造设计有较好的示范和指导作用，目前主要有以下几点困难。

（1）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，但目前本地的造船厂都没有这个改造能力，需要请专业的液化天然气内燃机生产制造商进行改装、调试[7。

（2）广西现有标准化系列船舶主尺度小，大部分的船的船员舱和驾驶舱设置在船的尾部，开敞甲板面积很小，达不到法规和规范规定的储气罐压力释放阀透气口与门窗的距离标准[8]。

（3）对广西的标准化河船来说，机器处所采用本质安全型需要供气管路使用双层管，由于机舱双壁管由船厂安装进气管道，所以依据目前广西的大部分船厂施工条件和过程，使用机械通气导管双壁管或采用双壁管充满惰性气体经过努力都是可以做到的。ESD保护类型机械空间仅仅适用于船舶多机舱，除了不需要双层管外，其他的要求非常高，在广西49.98 M标准化系列船舶不适用，机器处所只有采取增强安全型比较合适。现在很多改建的液化天然气船的气体供给管路使用双层管，燃气阀单元做成密封状态，管路采用单独的机械通风，以及其他要求都是按照增强安全机舱的要求来改建。该方法满足规范的要求，机舱安全能够保证，但成本比较高[10]。

（4）专用的船用产品证书问题。气罐、软管、体燃料发动机、ECU、热交换器、管道阀门、波纹管、泵和压缩机等这些主要机电设备必须持有船检证书，但目前广西主要靠外购，有少量的的生产制造商，生产条件和技术条件的好坏兼而有之，外购的阀门等也是是五花八门，质量得不到有效的保证。气体燃料控制系统的制造商水平也参差不齐，给船舶留下了安全隐患[10]。

建议:

（1）尽量选择主尺度较大的船，确保气罐和船舶机舱和船员舱室保持一个安全的距离。

（2）调整船的厨房位置，使得厨房与气罐的距离满足法规和规范的安全要求。

（3）改为本质安全型机舱，以确保现有的船舶机舱主要设备继续使用。

（4）增加船舶改造投资，船厂和船检严把质量关，以确保气罐、ECU、燃气管道阀门、柴油-LNG发动机和其他重要机电设备使用经船检认可的船用产品[11]。

3 社会效益

近年来，随着中国经济和社会的不断发展，交通运输业能耗逐渐增多，碳排放量也不断增加，环保、节能和减排压力日益增加，国家开始在各个行业中大力实施降低能耗和降低有害物排放，特别交通运输行业的能源消耗和降低排放是我国节能和减排的主阵地。在交通运输行业，水路运输行业消耗大量的燃料并排放大量的有毒、有害气体，不符合建设“美丽中国”的总体要求。因此，在节能减排的各个领域中，利用液化天然气作为船用动力燃料的选择将有着光明的前景。LNG动力燃料燃烧比传统的柴油、液化天然气更清洁和绿色，并且储存量大，有着良好的环境效益的同时，也具有良好的经济效益。根据测试结果测试和广泛的研究，液化天然气——柴油混合动力船比纯柴油节省成本20%～25%，在日常维护成本、液化天然气——柴油混合动力引擎比柴油发动机维护成本更低。不难看到，液化天然气由于其低成本、高效、环保的特点，逐渐受到越来越多的航运公司和能源公司的注意，使用液化天然气作为船舶主机燃料将逐渐成为航运业发展的一个主要方向[12]。

4 经济效益

近年来，随着工业化的不断发展，长江、京杭大运河、西江等内河一直饱受环境污染、船舶动力耗能高、船舶营运管理粗放、设备老化等多因素困扰，液化天然气的发展力量为中国内河航运船舶降低能源消耗和减少有害排放物等具有重要意义。经过分析，改用LNG作为船舶动力燃料，与柴油相比具有较好的经济性，按照船舶航行的水域，货运船舶分为内河船舶、近海船舶和远洋船舶三类。远洋船舶吨位普遍较大采用的都是大型低速二冲程柴油机，以重油为燃烧动力，用液化天然气代替后不能节省多少燃料费用，采用柴油的沿海货轮和河船利用LNG才能节省大量的燃料费用，长远来看，像欧盟国家因受环境因素制约而采取远洋船舶在船舶进出港时临时采用燃烧LNG的方式来满足排放要求；国内长江、京杭大运河目前进行示范运营的液化天然气动力船，都是采用柴油——LNG两种燃料同时供给主机燃烧做功驱动螺旋桨推动船舶前进的，在起航和靠岸的时候通过转换开关只供给柴油到主机，正常航行时利用转换开关供给主机LNG和柴油双燃料，此时液化天然气的替代率通常能在60%～70%之间；2017年2月7日，中国国家发展和改革委员会进行调价后，广西南宁的平均柴油价格为6.14元/升，折合为7 309元/t，另一点，从实船测试及发动机台架试验数据看，1 kg柴油折合1.3 m3天然气。以一艘常年航行于西江干线南宁港至广州港的2 000 t级货船为例进行分析，选取相关的计算参数如下：单次往返航程1 708 km，每年往返次数24个航次，油耗3.5 kg／（103 t·km），柴油价格7 309元／t、LNG价格3 283元/t，除去损耗等其他因素，可以计算出改用LNG—柴油双燃料后每年可节省燃料费用至少60万元[13]，详细计算过程如下：

（1）纯柴油时需要燃烧柴油量：3.6×103 t／（103 t·km）2 000 t×1 708 km/航次×24航次=286 t

纯柴油全年油料费：286 t×7 309元/t =209.037 4万

（2）70%柴油被LNG替代量：286 t×70%×1.3 =260.2 t

30%柴油未被替代量：286 t×30%×=85.8 t

替代后的全年油料费：260.2 t×3 283元/t +85.8 t×7 309元/t=85.423 6万+62.711 2万=148.13万元

每年节省下来的费用：209.037 4万-148.13万元=60.902 6万元

广西一条2 000 t级的货船双燃料动力系统改造费用约需要60多万元，1年多时间即可收回成本，后期的环保收益和经济收益更加可观。目前，几乎所有的内河船舶在中国传统的0#柴油。内河船舶采用液化天然气动力，具有初步的经济适用性，船用天然气价格高于当前居民生活1倍，高于工业和商业天然气价格0.5倍，价格上涨空间已经不大，因价格高的呼声一直不断，合理的降低也是极有可能的[14]。

5 结束语

以广西标准化河船进行LNG动力改造为研究对象，对LNG的特点及LNG动力船舶的国内外发展现状，特别针对改造的技术难点、技术可行性、经济效益和社会效益进行了分析，并提出了相关的建议和对策，结合广西现有船舶设计公司和造船及公司应总结现有的液化天然气船试点项目的成功经验和不足，结合广西主流段通航能力和航道的特点，加以技术改造和政策扶持，定能制造出满足法规要求满足法规，保证安全，节省资金，效能最大化的柴油-LNG双燃料动力船舶。

[1]陶春辉，周廷鹤.船用LNG产业发展现状与建议[J].煤气与热力，2014（34）：B30-B34.

[2]周漱.LNG动力船何时显身手[N].中国水运报，2015-3-20.

[3]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].中国水运月刊，2011，11（7）：10-11.

[4]迟明霞.LNG动力船产业风帆正劲[N].中华工商时报，2015-1-30.

[5]韩广忠.中国新建LNG接收站的经营困境及其对策[J].天然气工业，2014，34（5）：168-173.

[6]胡启林.船用LNG发动机市场或将迎来较大增长[N].中国工业报，2013-7-22.

[7]周小佳.小型LNG动力船的技术难点分析[J].世界海运，2016，39（6）：11-13.

[8]黄灵勇，彭铁华，尹丽华.LNG燃料动力船在广西内河推广应用的思考[J].西部交通科技，2014（4）：85-89.

[9]周小佳.小型LNG动力船的技术难点分析[J].世界海运，2016，39（6）：11-13.

[10]黄文超，赵新颖，谌志新.液化天然气渔船改造相关技术分析[J].渔业现代化，2014，41（6）：55-57.

[11]黄灵勇，彭铁华，尹丽华.LNG燃料动力船在广西内河推广应用的思考[J].西部交通科技，2014（4）：85-89.

[12]蒋军，聂立平，刘晟，等.我国内河LNG动力船发展现状、问题及对策建议[J].水运管理，2016，38（7）：28-31.

[13]周淑慧，沈鑫，刘晓娟，等.LNG在我国内河水运领域的应用探讨[J].天然气工业，2013，33（2）：81-89.

[14]董月，黄顺泉.我国LNG动力船的经济性分析[J].水运管理，2015，37（12）：26-29.

Feasibility Analysis and Study on LNG power Transformation of Guangxi Standardized River Ship

XIA Yi－jiang1，OU Zhuo－lin2
（1.School of Mechanical Science，Ship＆Ocean Engineering of Qinzhou University，Qinzhou Guangxi 535011，China；2.Maritime College of Qinzhou University，Qinzhou Guangxi 535011，China）

This paper analyzes the technical transformation of LNG power of standardized river ship in Guangxi，elaborated the present situation and development trend of LNG power ship，In view of the technical difficulties，technical feasibility，economic benefit and social benefit of Guangxi standardization river craft And the relevant suggestions.Combined with the existing experience and shortcomings of the existing liquefied natural gas ship pilot projects and shipbuilding and shipbuilding companies in Guangxi，with the policy supportinging，summarize the characteristics of the navigable capacity and channel Technical transformation，will be meet the regulatory requirements to meet the laws and regulations to ensure safety，save money，the diesel-LNG dual fuel power ships will maximize performance.

standardized ship type；river ship；LNG power；technical transformation；feasibility

U676.4.2

A< class="emphasis_bold">文章编号：1

1672-545X（2017）05-0041-03

2017-02-03

广西高校中青年教师基础能力提升项目《广西标准化河船进行LNG动力改造设计的研究》（项目编号：KY2016LX424）

夏义江（1979-），湖北随州人，工程硕士，高级工程师，主要从事船舶机电设计。