浅谈船用LNG燃料动力的应用

浅谈船用LNG燃料动力的应用

宗选钦

江南造船（集团）有限责任公司 上海市  201913

摘要：通过对燃油机动力船舶污染及LNG燃料环保性对比，结合国内外LNG燃料动力船舶的发展，及国内的政策环境，分析了船用LNG燃料设备部分的技术应用，得出了LNG燃料动力船舶将对环境治理起着不可或缺的重要作用的结论。

关键词：船用LNG；燃料动力；应用

引言

近年来，国际油价高企，世界各国对碳排放控制要求日益严苛，在此情况下，人们积极寻找新型燃料来代替传统的重油或柴油燃料。LNG燃料凭借其安全、经济、环保等优点受到了业界广泛的关注和青睐，LNG动力船舶已成为当前航运界研发和使用的热点。

1.LNG动力船的时代背景

1.1燃油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。可见船舶气体排放物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，随着各类污染的存在，环境问题已经成了世界的一个时代性主题，不仅关系到航道，港口区域的生态环境，及沿海居民的日常生活，同时海洋生物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，影响各个港口和近海岸的空气质量，影响海洋环境和海洋动物的生存。使用清洁燃料会成为今后解决环境污染问题的一个重要渠道和发展方向。

2.LNG燃料动力船舶的发展

2.1 LNG的特性

LNG是一种混合气体，其主要成分为甲烷，为无色、无味、易燃气体。LNG体积约为同量气态天然气体积的1/600，重量仅为同体积水的45%左右，燃点为650℃。LNG气液之间的临界温度是-82.5℃,液固之间的临界温度是-163℃。大气压力下，LNG沸点在-162℃左右。

2.2缺乏完善的基础设施和相应的配套服务

在营运过程中及时便捷、安全稳妥地补给燃料，是提高船舶营运效率的重要保证。目前，我国LNG加注站点还未正式全面布局建设，因此没有形成便捷完备的LNG燃料补给网络。LNG燃料动力船舶只能在零散的加注站点补充燃料，或者采用移动式槽罐车运送到船舶靠泊点进行充装的方式。在加装LNG燃料过程中，无规范、完善的操作程序和应急预案的来加以指导，也难以提供必要的配套消防救生设备，这不仅是诱发船舶LNG燃料加注风险的因素，也是当前制约LNG动力船舶的推广和应用的原因之一。

2.3行业标准、技术规范和安全监管规定

DNV，BV ，ABS等船级社均发布过使用天然气作为船用燃料的规范，中国船级社出台了《散装运输危险液体化学品船舶构造与设备规范》，《规范天然气燃料动力船舶规范》等指导性规范，但这些规范都尚未成为上下游产业链的标准和技术规范。LNG作为新型能源应用于船舶，在燃料的使用和船舶设计、改建和营运中，风险性和安全要求较普通船舶高出许多。新技术带动新发展的同时，也对我国海事主管部门提出了更高的监督管理要求。

2.4对LNG燃料动力船舶船员培训有待加强

由于LNG燃料的加注、存储和使用过程中对安全要求相对较高，LNG燃料动力船舶在设计、建造和操纵等方面也具有特殊性。船舶使用LNG为动力燃料后，在启动、停/倒车性能方面可能发生变化；在不同燃料动力模式下，船舶的操纵性能也发生了变化；在机器操作、运行监控和应急处理等方面对船员提出了新的要求。因此，除了对LNG燃料动力船舶船员进行必要充分的基本安全培训外，还需要对该类船舶的高级船员尤其是轮机员进行相关的专业特殊培训，以满足技术变化带来的新要求，减少由于人为因素而导致的人身伤亡和安全事故的发生。

3.船用LNG燃料动力的应用

3.1LNG燃料动力船舶政策环境

近年来，国务院、交通部所属的海事局、中国船级社等部门相继出台多项政策性文件及技术标准。指出利用10年左右时间建成畅通、高效、平安、绿色的现代化的LNG体系，提高天然气能源消耗的比重。中国船级社相继颁布了《双燃料发动机系统及设计安装指南》、《气体燃料动力船检验指南》、《天然气燃料动力船舶规范》、《液化天然气燃料水上加注趸船入级与建造规范》等技术规范，这些规范对LNG的适用范围、布置、气体管路设计、储罐材料、气体燃料储存、通风、消防、电器设备、控制检测和安全系统、发动机、操作和培训要求等都进行了明确的规定。

3.2双燃料发动机

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。点燃方式分为单点喷射式、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机技术，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，为应对全球气候和环境变化，全面贯彻落实双碳战略规划，积极推动国产船舶动力低碳化转型发展，全面贯彻落实双碳战略规划，聚焦新燃料、新能源动力装备，以实际行动加快船舶发动机绿色低碳转型升级步伐。

3.3监控和安全系统

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、LNG加注管系、燃料处理和供给管系等系统的压力、温度、液位监测，以及可燃气体监测等，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，按规范划分合理的危险区域，保证各区域间及主要设备的安全距离，基于划分计算足够的干粉喷射量、水喷淋保护面积、集液盘的尺寸。设置可靠的紧急切断及自动保护装置，确保消防系统、液货设备、双燃料设备、管路和遥控阀件等完美联锁。

4.结束语

随着世界各国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、规范、配套产业的不断完善，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。