内河200 m3LNG加注船的研制

孙红娟

(江苏省镇江船厂(集团)有限责任公司，江苏 镇江212002)

0 引言

近年来，国内外节能减排的步伐日益加大。国际海事组织(IMO)发布了MARPOL公约和一系列船舶防止污染、减少排放的法规和标准，审议和通过了温室气体(GHG)减排等强制性文件，要求到2024年船舶实现减排30%的目标。为防止船舶污染损害，促进航运业的可持续发展，目前我国正在实施LNG动力船的推广工作。交通运输部提出到2020年，内河运输船舶在能源消耗中LNG的比例将达到10%以上。

为了推动LNG燃料动力船舶市场快速健康发展，国家有关部门陆续出台了一系列激励政策和法规。2014年4月，财政部和交通运输部联合发布《内河船型标准化补贴资金管理办法》。该办法对LNG动力示范船的补贴标准制定了明确规定，以此推动LNG动力船舶产业发展。但是，船舶使用LNG作为动力能源却遇到了加注难题，因此，为了解决这一问题，开发研制了具有自航能力的200 m3LNG加注船。本文首先分析了制约LNG动力船发展的因素，其次介绍了内河LNG加注船建造时应遵循的规范，最后详细说明了200 m3LNG加注船的主要参数、总体布置、加注系统等。

1 制约LNG动力船发展的因素

从汽车采用LNG作为动力能源的市场得到迅速扩张这一事实，证明了使用LNG作为动力燃料具有重要的环保意义和显著的经济效益。船舶的燃油用量和营运寿命都远高于汽车，如果船舶采用LNG清洁能源，其环保性与经济性应当更加显著。但是，由于船用LNG加注设施不足，尤其是LNG的水上加注能力缺乏，无法满足LNG动力船在正常航行中的加注需求，使船舶使用LNG作为动力能源受到了严重影响。

对于采用LNG为能源的船舶，LNG的加注是一个关键环节。目前船用LNG的加注方式主要有两种:一种是通过槽罐车加注(TTS)，另一种是由固定的岸站或趸船加注(TPS)。无论是TTS加注还是TPS加注，对LNG动力船舶而言，都存在无法克服的弊端。近来出现的非自航型LNG水上加注船，实际上是由其他船舶拖动的加注趸船，很难满足LNG动力船的实际需求。因此，开发自航型LNG加注船，改变LNG动力船舶的传统加注方式，满足LNG动力船的气源供应，具有重要的现实意义。

2 内河LNG加注船的建造已有章可循

中国船级社(CCS)于2015年发布了《液化天然气燃料加注船舶规范》并于2015年12月1日生效。该规范对加注船的定义为“系指设有 LNG围护系统和加注系统，用于船用 LNG燃料加注的自航船舶”。凡符合该规范要求并申请入级的加注船，可在CCS规定的散装运输液化气体船舶附加标志后授予“LNG Bunkering Ship”附加标志。

该规范适用于设有液化天然气(LNG)围护系统和加注系统，为他船加注 LNG燃料的船舶;同时规定“内河航行LNG燃料加注船舶尚应满足《内河散装运输液化气体船舶构造与设备规范》的有关要求”。该规范的发布，使内河自航型 LNG燃料加注船舶的设计、建造和检验有章可循，这对推动LNG动力船舶的市场发展必将产生重大作用。由于LNG加注船属于新生事物，相关规范发布不久，在研制内河自航型LNG加注船舶的过程中，需要对规范加深理解。本文研究的内河自航型200 m3LNG加注船除符合上述规范要求外，还必须满足《内河散装运输液化气体船舶法定检验技术规则》(2009)、《船舶与海上设施法定检验规则》(2011)、《天然气燃料动力船法定检验暂行规定》(2013)等要求。

3 加注船主要参数

3．1 主要量度

总长 45．0 m

垂线间长 44．0 m

型宽 8．8 m

型深 3．0 m

设计吃水 2．0 m

肋距 0．5 m

LNG罐有效容积 200 m3

船员定额 5人

3．2 主要性能

(1)航区:内河B级航区。

(2)航速:自由试航速度≥15 km/h。

(3)续航力:续航力为48 h。

(4)稳性:本船完整稳性及破舱稳性均满足规范对B级航区液货船的要求。

(5)浮态:本船在各种设计载况下浮态为平浮或略艉倾。

(6)操纵性:本船设置2套全回转舵桨，变频控制，以利于在各种工况下船舶回转灵活。

4 总体布置

根据《液化天然气燃料加注船舶规范》要求，LNG加注船的总布置除了按照该规范有关处所位置和分隔、通道的布置、连接设备的布置、锚泊与系泊设备及护舷设施的布置的要求外，还应满足《散装运输液化气体船舶构造与设备规范》或《内河散装运输液化气体船舶构造与设备规范》中有关船舶布置的要求。

通过建立三维数字化设计模型，对本船的总体布置、结构强度、围护系统、耐碰撞及护舷设施等进行优化设计。船舶的布置总体布置如图1所示。本船为前倾艏、方型艉、全钢质、单甲板船型，采用双舵桨电力推进系统。全船设2道水密纵舱壁、5道水密横舱壁，货舱区为双底双舷，其余单底。本船在艏、艉部设有甲板室，艏部为起居处所及驾驶室，艉部为发电机间及工作舱室。

4．1 各舱室分隔与布置

4．1．1 底舱

(1)从艉至Fr4为舵桨舱。舱内对称布置有2台变频电机驱动的全回转舵桨装置，含液压动力单元、变频器、制动电阻等。Fr4端壁船中设有斜梯通往露天甲板。

(2)Fr4至Fr13为泵舱，主要布置空压机、消防泵、水雾泵，以及其他泵组和一些辅助设备。舱底还设有2个海水箱及污油舱等。船中设有斜梯通往主甲板，左舷设有直梯通往主甲板。

(3)Fr13至Fr19为自用燃料罐舱，由冷却箱和容积为2．84 m3的LNG储罐组装整体模块，专供气体发电机使用。左右舷各设有直梯通往主甲板。

(4)Fr19至Fr69为货舱区，设有双底双舷，中间为大冷却箱和容积为243 m3的LNG储罐组装整体模块安装区域;边舱为空舱、污水井、压载水舱及淡水舱等，首尾各设有直梯通往露天甲板。

(5)Fr69至Fr79为辅助设备舱，布置有生活污水排放泵、淡水自动给水泵和卫生水自动给水泵等，内设有直梯通往主甲板。

(6)Fr79至船艏为艏尖舱，设有2个锚链舱。

4．1．2 主甲板

(1)艉至 Fr4为艉升高甲板，配备1台电动系缆绞盘。

(2)Fr4至Fr19为发电机区域，设有发电机室、配电间及制氮设备间。

(3)Fr19至Fr69为LNG储罐区域，其中Fr23至Fr33左右舷各设有下加注平台，主要供给受注船进行加注作业;右舷Fr21至Fr30设有上加注平台，主要供本船进行被加注作业;在Fr37左、右舷各设有1台液压折臂起重机，主要用于起吊加注软管。舱口围板与LNG储罐间采用有效的风雨密设施。

(4)Fr69至Fr79为值班室、卫生室、休息室兼餐厅，可进行简单的食品加工。

(5)Fr79至艏升高甲板，布置2台轻型电动起锚机。

4．1．3 艉平台甲板

艉部Fr6至Fr21设有货控室及预留临时发电机的位置。

4．1．4 驾驶甲板

艉部Fr64至Fr80设有驾驶室。

4．2 船体结构

本船采用单甲板、货舱区双底双舷钢质电焊结构;中部 LNG储罐区为下沉式，以满足《钢质内河船舶建造规范》2009及修改通报(2012)的要求。

4．3 结构型式

艉至Fr19及Fr69至艏为单层底横骨架式;Fr19至Fr69为双底双舷纵骨架式。甲板室为横骨架式。

4．4 连接设备的布置

本船LNG加注接口和供给接口均采用柔性连接方式。供给受注船进行加注作业用的连接设备分别安置在主甲板Fr23至Fr33左、右舷下的加注平台;供本船进行被加注作业用的连接设备安置在主甲板Fr21至Fr30右舷上的加注平台;按规范要求，连接设备的底座结构及其与船体结构连接部位处的强度均按照《船舶与海上设施起重设备规范》的要求进行分析;连接设备距离舷侧有足够的距离，以避免船舶靠泊或加注作业过程中连接设备受损;加注软管不作业时用安全固定装置固定。

4．5 加注船标记

按规范要求，加注船两舷应勘划“LNG加注船”标记。该标记应醒目可见，且能在夜间识别。

5 电源和推进装置

5．1 电源装置

本船电力系统电制为三相三线绝缘系统，AC400 V/50 Hz。船舶电站由2台安装在本质安全机器处所内的单燃料LNG主发电机和主配电板、变压器组成，向推进装置、全船辅助动力设备、照明系统与生活设施等负载提供电力。

当船舶出现因无气源而不能提供电力状况时，可以吊装1台柴油发电机组至艉平台甲板预留柴油机位置处，通过预留电缆向主配电板供电。

本船还设有应急充放电板，采用双线绝缘系统DC24 V。正常情况时，充电器通过充放电板对蓄电池组和重要DC24 V负荷浮充供电;当主电源失电时，应急DC24 V电源自动投入，向临时应急照明负载及报警系统供电。

图1 内河200 m3LNG加注船总布置示意图

5．2 推进装置

本船采用电力推进装置工作方式，由主气机组向主配电板供电，再通过隔离变压器方向主频器传输，变频器对主推进配电机进行控制。本船配有2套全回转舵桨装置，在舵桨舱内左右对称布置。舵桨控制方式有2种:一是在驾驶室内通过主推进电机进行调速及控制螺旋桨的转向;二是在舵桨舱内进行机旁控制，并设有机旁转换单元。当驾驶室控制失效时，在机旁能有效地进行控制。机旁和驾驶室均有控制位置指示，操作上两地互相连锁。当从一地控制转向另一地控制时，螺旋桨转速转向保持不变。推进系统在正转和反转方向上，从零转速到额定转速范围内都能平滑控制和提供足够的转矩。

6 加注系统

6．1 加注装置

本船配置200 m3的LNG大储罐，不仅能给内河中的LNG动力船加注LNG燃料，同时也可以通过甲板下的2．84 m3自用燃料储罐向2台LNG气体发电机提供动力能源。

加注系统主要由燃气供应控制器、紧急切断控制器、测量模块、工控机、显示单元、LNG压力温度监测仪表、LNG泄露监测报警装置等组成。通过显示器可以监控系统所有测点状态，并进行图形与动态数据显示，具备报警、数据记录与查询、故障自检及诊断等功能。

6．2 监测和报警系统

按规范要求，加注系统包含了LNG加注控制系统、加注及储气罐监测系统、燃气加注和供应系统的监测报警、安全保护系统，且应具有抗干扰能力强和监控精度高的特点。

6．3 LNG加注及供给

加注控制系统主要任务是完成对他船储罐的补液工作，并在补液过程中完成对管路、流量计中残存气体的吹扫和遇冷控制;发出对低温泵的启停控制信号;对加液输送泵、加注软管及相关管路阀件进行控制。

当LNG供给本船发电机使用时，经气化加热后，气体维持在一定压力和温度情况下给发电机供气。控制功能包括发动机运行前的系统气化、运行时的供气和发动机停止时的储罐回气功能。操作模式分为手动操作和自动操作，手动操作时所有泵和阀的开启和关闭在操作面板上手动执行，自动操作根据系统状态自动执行。

6．4 紧急切断(ESD)系统

ESD系统是加注系统必不可少的组成部分，需经专门机构认证且具有一定安全等级的降低风险的保护系统。它不仅能够响应生产过程因超出安全极限而带来的危险，而且能够检测和处理自身的故障，从而按预定的条件或程序使生产过程处于安全状态，以确保人员、设备及场区的安全。ESD系统的手动操作位置应至少包括2处，在便于操作观察同时应尽可能利于到达和人员的撤离。

7 结语

为了满足LNG动力船的水上加注需求，开发研制有自航能力的LNG加注船。在设计和建造过程中，从舱室布置到各系统都必须按照有关规范的要求，确保安全可靠性。2016年10月，国务院印发了《“十三五”控制温室气体排放工作方案》，把低碳发展作为我国经济社会发展的重大战略和生态文明建设的重要途径，要求采取积极措施，有效控制温室气体排放。环保性是基本国策必须强制执行，经济性是推动市场发展的重要动力，可以预见LNG动力船舶产业定会克服瓶颈，取得迅速发展。

［1］ 周淑惠，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．