浅谈船用LNG燃料动力的应用

肖国涛

摘要：船舶普遍采用柴油提供动力，船舶废气氮氧化物、硫氧化物、碳氧化物的排放成为主要污染源，随着国家一系列关于LNG燃料动力船舶设计、安装、检验等规范及法规的陆续出台，节能减排的进一步实施，设立船舶大气污染物排放控制区的推进，LNG燃料动力船在近几年得以发展，LNG作为清洁能源得到广泛的关注。

关键词：船用  LNG燃料  动力  应用

引言

由于国际范围内居高不下的油价，以及各类新出的环保规范开始实施，自然而然地液化天然气（LNG）作为船舶燃料得到了越来越多人的支持，而且LNG动力船舶的技术发展也越来越受到人们的关注。LNG混合动力作为目前较为前沿的动力技术，本质上是基于当前的船用柴油发动机开发的，通过加装一套天然气供应系统和柴油双燃料天然气电控喷射系统，使用电子开关，实现两种操作模式的转换，从而在纯柴油燃料和石油天然气双燃料状态之间灵活切换，船上的单一柴油动力模式就转变成了LNG双燃料功率柴油机，为实现最大程度地节省燃油，降低污染物排放量，保护环境，可以通过使用液化天然气的部分或完全取代柴油燃料的做法来实现该双重目的。

1. LNG动力船的时代背景

1.1 柴油机动力船舶污染情况分析

随着水上运输船舶数量的日益增加，船舶对大气造成的污染日趋严重，据资料统计，一台船用中速柴油机，以每年运转4000小时计算，月产生1500吨的氮氧化物。在全球范围内，船舶柴油机的排气引起的大气污染约占5—10%，局部地区已达30—40%，柴油机排出的废气除了氮氧化物，还有一氧化碳，碳氢化合物、二氧化硫、三氧化硫、臭氧和微粒物质等。这些排放物，有的能致癌，有些是刺激性有毒气体，可形成有毒的光化学烟雾，或与水作用形成酸雨。可见船舶柴油机的排放是影响空气质量和环境的重要因素之一。

1.2 环保意识不断增强

目前，随着各类污染的恶化，环境问题已经成了世界的一个时代性主题，而且还关系到内河航运和沿海居民的日常生活，沿海环境对船舶污染物尤其敏感。通过众多的研究得出结论，使用柴油机的船舶会产生大量的大气污染物排放，严重影响中国的内陆港口和海岸空气的质量。内河运输清洁燃料会成为今后解决内河船和内河船舶空气质量问题的一个重要渠道和发展方向。

2.LNG燃料船舶的技术应用分析

2.1气体燃料发动机

气体燃料发动机有单一和双燃料发动机两种。单一气体燃料发动机只能依靠天然气燃料运转的内燃机;双燃料发动机可以同时使用燃油和天然气的内燃机，工作时可在纯燃油和双燃料模式下相互转换，分为单点喷射式、多点喷射式与缸内直喷式。

各国气体燃料发动机水平相差较大，英国、美国、芬兰、日本等国均在研究和生产气体燃料发动机方面大量投入，技术水平相对完善，可靠性高，功率范围广，污染物减排效果优良。

我国受限于较为落后的发动力研发技术，其污染物排放未能发挥LNG清洁能源的环保属性，难以达到最佳燃料效果，但近年来也加大了投入，有广州柴油机厂股份有限公司研制的单燃料多点喷射、中石油旗下的济柴动力总厂研发的双燃料单点喷射、潍柴研发的单燃料单点喷射、淄柴研发的双燃料单点与多点喷射系列气体燃料发动机均具备了CCS证书，河柴、玉柴也正在申报、研制中，双燃料系统平均替代率达到了70%，随着发动机关键技术的突破与日臻完善，燃料效果逐步提升。

2.2LNG燃料储存设备

气体燃料采用气罐储存，有薄膜型、半薄膜型、独立型。各种气罐优缺点对比如下：

目前常用的LNG储气罐是C型气罐，按压力容器标准设计，其保温方式一般有：①纯真空;②玻璃钢缠绕加真空;③珍珠岩加真空。其中玻璃钢加真空的方式较为常见。目前国内对于独立C型储气罐的生产有较为丰富的经验，产品安全性、夹层真空度、低温绝热性等指标符合专业技术标准和规范要求。

2.3LNG燃料供应系统

该系统主要功能是将储罐中LNG进行气化，并通过一定的压力调节单元和应急切断阀组向天然气发动机供给燃料。

该系统主要有供气管路和热交换器：对于本质安全型机舱内所有供气管路均要求双壁管，而对于ESD防护型机舱，机电设备均已采用合格防爆型，因此管路不要求双壁管。热交换器是将LNG从液态转化为气态可用燃料的重要部件，常用空温式与水浴式两种。

2.4監控和安全系统

通过对历年来200多起LNG船舶事故的总结分析，约70%的事故与管、阀、接头泄漏有关，故该系统在保障LNG安全应用发挥非常重要的作用，包括对LNG储罐、燃料处理供给管系，动力设备燃料管线等的压力、温度、液位检测，以及可燃气体探测等，通过监控收集各有关位置的信号参数，及时处理异常情况，避免发生LNG泄漏等引发的安全隐患。

在安全方面，按规范设计合理的功能分区，保证各功能区及主要设备间的防火间距，提供足够的LNG泄漏收集空间，设置可靠的紧急切断及自动保护装置，确保消防供水系统、灭火器材的完好有效。

我国成立了由国家能源局、中国海事局、中石油、中国船级社等组成的“LNG动力船舶应用安全研究项目”领导小组，开展了LNG动力船舶安全性评价及保障措施研究等六个相关课题，现均已结题，保障了我国安全有序地推进LNG燃料动力船舶的发展。

3.结论

随着国家对船舶污染排放的关注，船用燃料排放ECA（排放管制区域）的设定，在LNG燃料动力船舶技术及规范的不断完善，关键设备研发的投入日益加大，国家利好政策不断出台的形势下，LNG作为清洁能源，可有效降低船舶污染物排放量，对优化能源结构，改善环境，发展绿色航运有着积极的作用，LNG燃料动力船舶将是环境治理中不可或缺的重要组成部分。

参考文献

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[2]黄加亮，李品芳，陈景锋.船舶柴油机有害排放对大气污染环境的影响及其减轻措施.交通环保，1999，6.

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