小型LNG动力船的技术难点分析

摘要：本文主要对小型LNG动力船在实际应用中存在的一些技术问题进行了研究分析，提出了部分解决方法和思路。

关键词：LNG动力 规范

随着全国性的节能减排运动的展开，近几年LNG 动力船在全国各地得到了大规模的试点和推广，但从目前来看效果不太理想。究其原因一是由于油价的回落使得天然气的性价比下降，加上LNG加注码头或加注趸船严重缺乏，船东积极性下降。二是目前相关专业技术人员的缺乏和配套产品的落后等因素导致LNG动力船的各种技术指标很难完全达到规范要求，限制了LNG动力船的发展。要改变这一现象，需要各方积极配合，找出原因，研究对策。船长在20-50m间的小型船舶占我国船舶数量的绝大多数，产生的空气污染量占船舶排放量的绝大部分，同时LNG动力在小型船舶上的应用难度比大、中型船舶更大，推广的成果和意义也更大。本文就小型LNG动力船存在的主要技术难点问题在此作一分析。

一、发动机的选择和气体管路的问题。

LNG动力船分单一天然气和双燃料（天然气和燃油）两种，因条件限制，小型船舶一般采用双燃料动力机。发动机分新造及改造两种。改造机天然气采用总管进气单点喷射和支管进气多点喷射两种方式。其中总管进气单点喷射方式仅需增加一套燃气供应系统，可完全保留柴油机的燃油喷射系统，天然气喷射压力低，对燃气泵的要求较低，成本较低，改造方便。但有很多缺陷，如会引发爆燃、总管存在爆炸危险、有燃气扫出、排放性能差，空燃比不够精确、燃气模式下调速性能差等，安全性、经济性和排放都存在明显问题。所以这种改造方式应予以淘汰。另一种方式是目前绝大多数改造船舶使用的支管进气多点喷射方式。该方式空燃比比较精确，没有燃气扫出，排放性能较好，部分解决了总管进气方式的缺陷，但还有单缸爆燃问题，调速性能差，改造成本较高等缺陷。

二、机器处所类型的确认。

对小型船舶来说，采用本质安全型机器处所，能够避免很多由于空间间距小而带来的问题。但本质安全型机器处所要求供气管路采用双壁管，由于机器处所的供气管路的双壁管由船厂施工，发动机厂家一般不会考虑双壁管的要求，所以无论采用机械通风导管的双壁管还是采用填充惰性气体的双壁管对小型船舶来说不太现实。ESD防护式机器处所仅适用于多机舱船舶，且除免除双壁管要求外，其他对机舱的要求也很高，小型船舶并不适用。所以目前情况下，小型船舶的机器处所仅可能采用增强安全型机器处所。

目前许多改建或新建LNG动力船供气管路部分采用双壁管，气体阀件单元也做成气密（气密效果因工艺不同不尽相同），管路有独立的机械通风，另外机舱其他要求基本参照增强安全型机舱要求。这种方法满足规范要求，机舱安全性有保障，但成本增加很多。

三、小船气罐的布置问题。

小型船舶特别是一部分改建船舶，由于船长的限制，机舱距船尾较近，气罐的布置比较困难。为了留出船尾必要的防撞间距，气罐部分空间要放置在机舱上方，此种情况按规范要求必须设置宽度至少达到900mm的隔离舱。为解决这一问题，设计时在其下方机舱部位增加一块900mm高度的隔离区域。由于小船机舱高度有限，这一区域没有了利用空间，对机舱区域的布置带来了极大的困难。

四、气体管路及气罐透气口与其他区域的间距问题。

一般情况下，小型LNG动力船舶的舵机舱位于气罐后下方，其开口距气罐透气口、燃料阀、气体管路法兰等距离较近，但其内部设备不能完全达到防爆等级要求，采取过压措施也不太现实。考虑到LNG气体密度约为空气的55%，一般情况下很少会有LNG气体在舵机舱积聚，故对舵机舱的要求应予适当放宽，不把其划入危险区域之内。气罐的透气口位置和高度要求对小型LNG动力船来说是很大的考验。尽管规范对内河船舶考虑了其布置的困难，对内河船舶气罐的透气口的高度从6m降为3m，但对受航道桥梁限制的内河船舶，还是偏高。透气口距机器废气出口及机舱空气出口的距离规范要求为海船10m，内河船舶5m，对小型船舶来说，出口的布置是非常困难的。

五、可燃气体泄露报警和供气阀的切断。

可燃气体探测器探测精度缺乏检测手段，规范要求气体浓度在20%--40%LEL（爆炸下限）时发出报警或切断供气阀。但目前检验时没有有效的检测工具和手段来确定气体浓度和报警或切断的可靠性。常用的方法只是简单地在探测器下方释放可燃气体来确认是否报警或切断供气阀，气体浓度无法确定。

六、气体充装管路的保护。

部分船舶的气罐位于主甲板下方的舱室中，充气管路部分穿过主甲板，为防止船体发生冷脆现象及充装人员的安全，管路的保温是很重要的工作。但目前对管路的保温材料的选择、施工缺乏明确要求，配套的合格产品几乎没有。

七、船用产品证书的问题。

规范规定与气体燃料系统相关的重要产品如气罐、气体燃料发动机、热交换器、ECU、燃料管路上的阀件、软管、波纹管、泵和压缩机等需持有CCS证书，但现实条件下，产品检验没有跟上实际需求，很多部件没有证书。发动机厂家仅提供发动机及配套的电子控制系统（ECU）证书，但气体燃料控制系统及双壁管、阀件箱的通风系统和机器处所通风系统的控制箱作为LNG动力船舶的重要单元，因为船舶差异化，没有统一的控制系统，往往没有CCS证书。另外气罐及燃料管路绝大多数是由原来生产船用锅炉或压力容器的厂家生产，生产条件及技术条件良莠不齐，外购的阀件五花八门，如核心的防爆电磁阀，有进口的、国产的，类型很多质量得不到有效保证。气体燃料控制系统的生产厂家水平也是参差不齐。给船舶安全性和检验工作留下极大的隐患。

以上是小型LNG动力船实船建造、检验过程中存在的部分技术难点，产生的原因很多，有些是短时期还无法彻底解决的，如发动机综合性能的提高和成本的控制，其他还有诸如设备制造厂家和船厂的技术、工艺缺陷，小型船舶对规范的适应性还缺乏全面的研究等。为把LNG动力真正成功应用于小型船舶，建议：

1、适当降低规范的某些条文要求。规范对LNG燃料的危险性估计偏高，天然气的燃点为650℃，大于柴油的220℃及汽油的427℃，其爆炸浓度也大于柴油、汽油，密度也仅为空气的55%，一般情况下很难有区域能积聚达到其爆炸浓度的气体，所以其危险程度并不是很大。在采取一些必要的防护后，如保证必要的抽吸风系统，规定非防爆电气设备与阀件、气体管路等有气体泄漏危险的单元的最小间距等，在气体燃料控制系统和气体安保系统能正常工作的情况下，安全性是完全可以保障的。危险区域的划分及开口间距的适当降低可以使小型LNG动力船的设计、施工难度大大降低，相应的成本也会有所下降。对LNG动力船的推广很有好处。

2、气体燃料发动机、电子控制系统（ECU）、气体燃料控制系统、LNG气罐及热交换器的生产厂家必须密切配合，组合成相对固定的整体，在目前船厂LNG技术人员严重缺乏的情况下，只有各方密切配合，才能建造出合格的LNG动力船舶。

3、进一步做好LNG水上加注趸船或岸上加注码头的建设，使LNG动力船能方便地加注LNG。