關(guān)于旅游客船LNG混合動(dòng)力改造的可行性研究

鄭躍俊

【摘要】隨著國(guó)家提出加快建成暢通、高效、平安、綠色的現(xiàn)代化內(nèi)河水運(yùn)體系的戰(zhàn)略目標(biāo)，LNG作為柴油的替代能源在旅游客船上應(yīng)用勢(shì)在必行。

【關(guān)鍵詞】客艙 混合動(dòng)力 改造

一、旅游客船的動(dòng)力系統(tǒng)現(xiàn)狀

（一）現(xiàn)有船舶動(dòng)力分析

現(xiàn)有旅游船舶動(dòng)力來(lái)源主要是柴油，即柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)有許多相似之處，每個(gè)工作循環(huán)都經(jīng)歷進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)行程。但由于柴油機(jī)用的燃料是柴油，其粘度比汽油大，不易蒸發(fā)，而其自燃溫度卻較汽油低，因此，可燃混合氣的形成及點(diǎn)火方式都與汽油機(jī)不同。由于上使用的柴油機(jī)功率小、轉(zhuǎn)速高（>1000r/min），屬高速機(jī)，所以目前游船柴油機(jī)的點(diǎn)火方式基本是以電動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)柴油機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)壓縮混合氣體使其達(dá)到自然燃點(diǎn)，即“壓燃”來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

（二）柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的不足

盡管柴油發(fā)動(dòng)機(jī)有功率大、二氧化碳排放低等方面的優(yōu)勢(shì)，但柴油機(jī)工作壓力大，對(duì)各有關(guān)零件有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度要求，特別是其噴油泵與噴嘴制造精度要求嚴(yán)格，故成本較高。另外，柴油機(jī)還存在振動(dòng)噪聲大、噴黑煙、油污不易蒸發(fā)、冬季冷車啟動(dòng)困難等弊端。

二、LNG混合動(dòng)力系統(tǒng)

（-）LNG及LNG混合動(dòng)力的概念

LNG即液化天然氣，主要成分為甲烷，氣化后比空氣輕，一旦泄露會(huì)很快擴(kuò)散。空氣中天然氣濃度達(dá)到15%以上時(shí)，可以正常燃燒；濃度為5%～15%時(shí)，遇到明火即可發(fā)生爆炸，這個(gè)濃度范圍即為天然氣的爆炸極限，爆炸瞬間產(chǎn)生高溫、高壓，其破壞力和危險(xiǎn)性都很大。

LNG混合動(dòng)力是在不改變?cè)裼蜋C(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，加裝可燃用液化天然氣的混燃系統(tǒng)，改變成柴油LNG雙燃料混合動(dòng)力，LNG柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)具有兩種工作狀態(tài)，兩套燃料儲(chǔ)存系統(tǒng)。

（二）LNG混合動(dòng)力系統(tǒng)組成

（1）主機(jī)。為比較雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)和單一氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的不同，應(yīng)對(duì)雙主機(jī)中的一臺(tái)進(jìn)行柴油天然氣雙燃料改造，即在現(xiàn)有的柴油機(jī)上加裝LNC燃料供給系統(tǒng)，將單一的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。柴油變成用于點(diǎn)燃?jí)嚎s狀態(tài)下天然氣的引燃燃料。全柴油模式時(shí)，天然氣氣源切斷，發(fā)動(dòng)機(jī)工作模式與原柴油機(jī)相同。天燃?xì)鈬娚淞亢筒裼凸┯土客ㄟ^(guò)中央控制單元（ECU）根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況來(lái)控制。將另一主機(jī)采用全新的天然氣單一燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。

（2）供氣系統(tǒng)。LNG供氣系統(tǒng)，由LNG儲(chǔ)罐，氣化及穩(wěn)壓裝置和天然氣供應(yīng)管系組成。LNG儲(chǔ)罐是低溫燃料儲(chǔ)存設(shè)備，采用雙層金屬、真空結(jié)構(gòu)，保溫性能優(yōu)異，同時(shí)配備有各種安全裝置，可確保超壓情況下系統(tǒng)的安全。如果在旅游客船上安裝儲(chǔ)罐位置選應(yīng)選擇在面向開(kāi)敞甲板處所，這樣有利于可燃?xì)怏w的散發(fā)。儲(chǔ)罐按照《氣體燃料動(dòng)力船檢驗(yàn)指南》的要求，安裝有安全閥，儲(chǔ)罐壓力高于最大工作壓力的時(shí)候，安全閥自動(dòng)打開(kāi)，通過(guò)放散管泄壓。儲(chǔ)罐處還安裝有電動(dòng)、手動(dòng)、氣動(dòng)三個(gè)串聯(lián)的緊急切斷閥，保證在緊急狀態(tài)下安全可靠地從儲(chǔ)罐出液口根部切斷天然氣供應(yīng)，確保天然氣不外泄。

（3）安全監(jiān)控系統(tǒng)。在正常情況下可能出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境的區(qū)域，我們稱“氣罐處所”。一旦LNG氣體在該區(qū)域發(fā)生泄漏，整個(gè)機(jī)艙將變成危險(xiǎn)區(qū)域。作為后備安全措施，機(jī)艙所有燈具、開(kāi)關(guān)、風(fēng)機(jī)、警鈴、警燈都應(yīng)為滿足要求的合格防爆型，并且機(jī)艙的任何位置都保證有兩套相互獨(dú)立的固定式氣體探測(cè)器有效覆蓋。當(dāng)機(jī)艙出現(xiàn)可燃?xì)怏w泄漏時(shí)，這些防爆設(shè)備還應(yīng)繼續(xù)工作，以保證基本的船舶安全。

（三）旅游客船LNG混合動(dòng)力系統(tǒng)改造的優(yōu)勢(shì)與存在的困難

旅游客船LNG混合動(dòng)力改造的優(yōu)勢(shì)。相較傳統(tǒng)能源，LNG混合動(dòng)力優(yōu)勢(shì)明顯，體現(xiàn)在動(dòng)力保障和設(shè)備使用壽命、節(jié)能減排效用、游船安全衛(wèi)生運(yùn)營(yíng)、防止河流污染等方面。經(jīng)測(cè)算，船舶采用LNG混合動(dòng)力后，柴油的平均替代率達(dá)到60%至70%，可實(shí)現(xiàn)硫氧化合物減排85%～90%，二氧化碳減排15%～20%，同時(shí)，噪聲污染、煙塵、廢油水排放也大大降低。使用混合動(dòng)力后，其最高爆發(fā)壓力略低于燃用柴油值，而功率相當(dāng)，因此燃用雙燃料時(shí)的動(dòng)力性能足以滿足船用推進(jìn)主機(jī)的需要。使用雙燃料時(shí)柴油機(jī)的熱負(fù)荷降低，排氣煙度大大降低，氣缸內(nèi)的積碳很少，可減少氣缸與活塞之間的磨損，有利于延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。另?yè)?jù)測(cè)算，假設(shè)旅游客船船舶全部進(jìn)行改造、使用LNG混合動(dòng)力后，每年可減排硫氧化合物200多噸、氮氧化合物220噸，減排二氧化碳2千噸以上。此外，采用LNG混合燃料，即使船舶發(fā)生沉沒(méi)事故，也不會(huì)出現(xiàn)由于單純使用柴油燃料導(dǎo)致大面積水域污染的現(xiàn)象。

旅游客船LNG混合動(dòng)力改造存在的困難。目前，LNG混合動(dòng)力屬于船舶行業(yè)的新生事物，還處于摸索完善階段。旅游客船在混合動(dòng)力改造、普及推廣方面還存在一些不足和條件上的限制。

（1）不符合相關(guān)指南的要求。按照CCS《氣體燃料動(dòng)力船檢驗(yàn)指南》的要求，旅游客船混合動(dòng)力改造還存在一些問(wèn)題。如只有一個(gè)機(jī)艙，主機(jī)和發(fā)電機(jī)組均在一個(gè)艙內(nèi)；面向位于開(kāi)敞甲板的儲(chǔ)氣罐的艙壁達(dá)不到A60級(jí)防火分隔等。

（2）在操作培訓(xùn)和實(shí)際維護(hù)上面存在一定難度。船舶動(dòng)力設(shè)備的規(guī)范操作、使用以及日常維護(hù)，都需要具有一定專業(yè)知識(shí)、技能的人才，目前在LNG動(dòng)力船舶方面尚缺乏相關(guān)方面的人才儲(chǔ)備，開(kāi)展教育、培訓(xùn)和人才引進(jìn)仍需要一定的時(shí)間。

（3）沿線油氣站布置問(wèn)題。航道水淺、灘多，地形條件復(fù)雜，沿線布置油氣站需要兼顧景區(qū)旅游質(zhì)量不受影響船舶加注燃料的便利性以及管理和使用的安全性，還要充分考慮設(shè)施建設(shè)和維護(hù)費(fèi)用等問(wèn)題，是一個(gè)內(nèi)容繁復(fù)的系統(tǒng)工程，仍待有關(guān)部門組織調(diào)研、論證。

目前，雖然尚未有適用于客船的LNG混合動(dòng)力船舶檢驗(yàn)規(guī)范，但根據(jù)部海事局“內(nèi)河船舶氣體燃料動(dòng)力改造和檢驗(yàn)工作研討會(huì)會(huì)議紀(jì)要”的精神，旅游客船LNG混合動(dòng)力改造項(xiàng)目符合國(guó)家能源產(chǎn)業(yè)政策和節(jié)能減排要求，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的市場(chǎng)前景，通過(guò)試點(diǎn)來(lái)加強(qiáng)對(duì)船舶LNG混合動(dòng)力改造和檢驗(yàn)工作的研究是很有必要的。參考文獻(xiàn)：

參考文獻(xiàn)：

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[2]船舶建造質(zhì)量檢驗(yàn).哈爾濱工程大學(xué)出版社.

[3]中國(guó)能源.知乎網(wǎng)專刊.