桁拖渔船LNG动力改装的可行性研究

2019-08-28杨卫华

船舶 2019年4期

杨卫华

（舟山市定海区渔船检验站舟山316000）

引言

我国是世界渔业大国之一，渔船数量众多［1］，但是基本以柴油机作为推进动力，每年排放的氮氧化物、二氧化硫、二氧化碳等气体和颗粒物体量巨大，不仅增加了渔民生产作业成本，使其面临较差的工作环境，还造成了较严重的环境污染。尽管近年来船舶节能技术包括船型优化、船机桨匹配、余热利用技术、燃油添加剂及节油装置等有了巨大的进步，但是具体到实际渔船上基本处于很低的应用水平，并没有达到广泛推广的价值。

LNG作为一种清洁能源，经济性、环保性均高于普通柴油，大型LNG船舶技术已较为成熟，但是将其利用在渔船上还较为少见。韩广宗［2］等分析了LNG渔船的优势及障碍；汪鹏、张文孝等［3-4］探讨了LNG渔船动力装置的应用及改装的相关技术；王永生［5］等以双燃料为目标船，研究了渔船LNG系统、冷能利用和经济效益。

天津已成功对20余艘木质小型渔船进行双燃料动力改造［6］，每年节省约70%柴油消耗，燃料成本约降20%，应用前景广阔。本文以38 m桁拖渔船为研究对象，对其LNG动力改装方案和经济性进行分析，探讨LNG在渔船上应用推广存在的主要问题。

1 38 m桁拖渔船简介

本船型为钢质、单甲板、单底、单桨、单舵、舯后机型、横骨架式结构、电焊焊接式渔业捕捞桁拖渔船，可装载燃油约40 t、淡水40 t、渔获物60 t。其主要作业航区为中国近海，航速约10 kn，总体布置示意图如图1所示。本船型主甲板下布置有1个机舱及4个鱼舱，燃油舱和淡水舱主要位于船型首尾和机舱的尾部，渔具主要置于船首的渔具舱里。主甲板上布置有双层甲板室、渔捞设备（门架、拖虾杆、起重桅、绞纲机）以及鱼舱口等。

图1 38 m桁拖渔船总体布置示意图

2 LNG动力改装方案

2.1 船体改装

对渔船LNG动力改装的船体部分主要通过围绕LNG储罐的容积设计和安装位置设计两方面展开［5］，即设计合理的LNG容积，在尽可能不改变渔船操作习惯的前提下改装储罐安放位置。

就本船型而言，船尾和船舯的主甲板是起网操作区以及网具堆放区，不宜安放LNG储罐；若是安装在船尾驾驶甲板上，既影响晒网，且由于船的重心升高，会降低航行的安全性。因此，只有主甲板下的鱼舱才最适合安放LNG储罐，故将船型第三冷藏鱼舱（即图1中的冷藏鱼舱No.3）改装为LNG储罐储藏舱。

经调研得知本船型大致以20天为一个捕鱼周期，期间柴油机运行时间约为200 h，油耗量按200 g/kW·h计算，且考虑到储液罐80%左右的利用率，则至少需携带20 m3的LNG储罐才能满足柴油机运行一个捕鱼周期。考虑鱼舱容积有限，若满额配置LNG储罐，则渔船鱼舱容积将大幅减少，单次作业周期装载渔获减少，严重影响作业效益。同时鉴于双燃料发动机也可单独使用柴油作为燃料，在没有LNG燃料的情况下渔船也可正常运行。因此，本船布置9 m3的LNG储罐，能够使双燃料柴油机满负荷运行90 h左右，具体如图2所示。

图2 LNG储罐安放示意图

2.2 LNG储罐特性

本船采用压力式C型LNG储罐，材质主要为不锈钢304 L，其外形尺寸约为4.5 m×2.3 m×2.1 m，实际可装载LNG约9 m3。其设计压力为1.05 MPa、设计温度为-196℃、工作压力1.0 MPa、工作温度约-162℃，采用高真空多层绝热形式。

在安装LNG储罐的同时安装冷箱，并将气化器、阀件等装置放在气密的冷箱中，能够起到控制天然气在密闭的空间内，且通过通风系统排放至LNG舱外。排气系统的通风口设置一定的高度，远离明火，保护船员和船体的安全。

此外，将原第三冷藏鱼舱下的混凝土压载挖掉一部分以用来安装基座，使储液罐与船体之间牢固连接，保证在运行中不会因为颠簸和晃动等因素导致天然气泄露。除此之外，在LNG舱内适当增加铁块压载以消除由于LNG储液罐代替鱼货而增加的自由液面对稳性的影响，并待改装完成后，进行倾斜试验重新核算空船质量重心、核算稳性，保证渔船的航行安全。

2.3 动力装置改装

LNG渔船的动力改装主要是围绕LNG -柴油双燃料发动机展开的［7-8］。一般双燃料发动机在正常工作时能完成对燃油70%的替代率，进而降低渔民的作业成本，保证其经济利益。在正常工作时，在储罐抽取部分LNG燃料经气化器单元、温控阀、减压调节单元、主气体燃料阀进入自动截止阀（位于机舱），并通过阻火器、稳压器到达LNG双燃料发动机。此外，LNG双燃料发动机也能以纯柴油进行独立工作。

与传统的渔船相比，LNG -柴油双燃料的机舱内的LNG供气管采用双壁管，其管系布置满足对于本质安全机器处所的要求，并在机舱内设置了2套独立的固定式气体探测器并设置两台功率较大的轴流防爆风机，若LNG浓度过高时气体探测器发出声光警报并切断燃气供应，最大限度保障渔民生产作业安全。同时，由于LNG以液体的形式储存且具有易燃烧的特点，所以LNG需进行气化后使用，并在供气系统中配置阻火器以增加安全性。运行，也可单独采用柴油单燃料运行。本船型实际捕鱼周期约为20天，每个周期柴油机运行约200 h。每个作业周期内约90 h可采用LNG -燃油双燃料运行，剩余110 h则仍需采用单独柴油运行。也即在全年范围的作业航行时间内，1 210 h采用柴油单燃料运行，所需柴油约为60 t；而990 h采用LNG -燃油双燃料运行，若按现行柴油机与双燃料发动机燃油耗率比1 ： 1，一般双燃料燃油替代率约70%计算，LNG耗量为33.6 t，柴油消耗为14.4 t；即本船型进行LNG双燃料改装后，年油耗量为74.4 t，LNG年耗量为33.6 t。

船用柴油和LNG价格目前大致在7 100元/t

3 LNG动力改装经济性分析

在休渔期的影响下，本船型实际作业为220天左右，全年柴油机运行约2 200 h。以目前柴油机平均燃油耗率200 g/kW·h计算，246 kW的柴油机全年需耗油约108 t。而LNG -燃油双燃料动力改装后，双燃料柴油机既可以LNG -燃油双燃料（同时燃烧LNG和柴油，LNG的燃油替代率约70%）和5 000元/t。使用柴油发动机全年约花费76.68万元，使用双燃料发动机全年也花费约69.62万元。LNG-柴油双燃料动力相比柴油单动力每年可节约7万元。而目前，一台250 kW左右的LNG双燃料发动机比柴油发电机约贵7万元，加上相应的改装设备费用，两年基本可收回成本。

但是，上述核算仅限于理论方面，实际上将该船型第三冷藏鱼舱改装成LNG储罐舱后，每个作业周期将减少约20 t渔获物（满载情况下）。但随着渔船作业海域和作业季节的变化，渔获物的价值和单次周期的渔获量无法估算，损失的价值也无法定量，对LNG渔船的经济性确实有一定影响。

4 渔船LNG动力改装的主要问题

通过上述可行性分析，渔船改装成LNG -燃油双燃料动力主要存在以下几方面的问题：

（1）渔船由于其作业特殊性，船上放置LNG储罐的空间有限。通过分析，LNG储藏舱仅能放置在改造后的鱼舱中且容积不大，不能满足本船型单次作业周期主机的双燃料运行，约50%的时间仍需单柴油燃料运行；此外，单次作业周期的渔获量有了相当程度的减少，相对降低了单次作业的经济性。这些因素将影响渔民进行LNG改装的信心。

（2）LNG船用配套设施还不完善。由于LNG渔船在本区域还未推广，也并没有试点区域，大多数的渔用码头仍未配备相关的LNG加注设施。如何为数量不多的LNG渔船进行LNG加注以使其正常使用，是目前需迫切解决的一个难题。

（3）渔船LNG的改装及LNG补给操作缺乏有效的规范与规则支撑。尽管目前英国劳氏、挪威DNV、中国海事局和中国船级社等均已发布了LNG作为船用燃料的暂行规则、规范及临时指南，但这些规则规范还不完善，同时涉及渔船的标准基本为空白，从而导致目前渔船LNG改装缺乏依据，各地船东及渔检部门不敢轻易尝试。

（4）渔船LNG改装缺乏统一的政策支持和资金扶持。目前，为降低渔民的作业成本，国家农业农村部（原农业部）已制定了相应的油价补贴政策，使大批的捕捞渔船受惠。以本船型为例，2018年度可申领油价补贴约21万元。但目前对于LNG燃料的补贴政策还未出现，渔民进行LNG改装的热情将大大降低，不利于LNG渔船的推广与示范。