綠色船舶LNG燃料推進(jìn)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

1、前言雖然世界經(jīng)濟(jì)仍然在快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)也在飛速進(jìn)步，人類面對(duì)的問題似乎也越來越多，全球氣候的不斷惡化，化石燃料的消耗殆盡，在這兩個(gè)重大問題之下，人們不得不找尋有效的，環(huán)保的方法，以逐漸解決當(dāng)前的問題，而對(duì)于世界船舶工業(yè)來說更是如此。由于成品油價(jià)格不斷上漲，國際污染公約日趨嚴(yán)格，使得整個(gè)船舶工業(yè)不得不尋求新的解決之道。船用LNG技術(shù)似乎給我們帶來了希望，它不僅清潔，而且儲(chǔ)量充沛，甚至比石油的儲(chǔ)量還要豐富，如果應(yīng)用LNG作為動(dòng)力，似乎同時(shí)緩解了上述的兩個(gè)問題，然而，對(duì)于現(xiàn)有的技術(shù)與政策而言，要實(shí)現(xiàn)全面的LNG化，我們還有相當(dāng)長(zhǎng)的路要走。下面我們將會(huì)對(duì)LNG船用技術(shù)作一些初步了解，對(duì)其技術(shù)特點(diǎn)和原

2、理應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的了解，并對(duì)整個(gè)行業(yè)的LNG化作出初步的探討。1. LNG船用技術(shù)的背景和現(xiàn)狀1.1 何為L(zhǎng)NG？LNG就是液化天然氣（Liquefied Natural Gas）的簡(jiǎn)稱?！?“先將氣田生產(chǎn)的天然氣凈化處理，再經(jīng)超低溫（-162）加壓液化就形成液化天然氣?！?LNG是英語液化天然氣(liquefied natural gas)的縮寫。主要成分是甲烷。LNG無色、無味、無毒且無腐蝕性，其體積約為同量氣態(tài)天然氣體積的1/600，LNG的重量?jī)H為同體積水的45%左右，熱值為52MMBtu/t（1MMBtu=2.52×108cal）。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界航運(yùn)業(yè)每年要消耗20億桶燃油，排

3、放超過12億噸二氧化碳，約占全球總排放量6%。為應(yīng)對(duì)世界氣候變化出臺(tái)的環(huán)保法規(guī)，規(guī)定了船舶污染防治、減少排放的標(biāo)準(zhǔn)和時(shí)限。于是，在尋求節(jié)能減排新路徑中，比石油便宜且儲(chǔ)量豐富的液化天然氣（LNG），以其環(huán)境效益顯著的優(yōu)勢(shì)，成為了未來船用燃料的首選。 多年來，包括挪威船級(jí)社等專業(yè)及科研單位致力于推動(dòng)“油改氣”的研究，成果頗豐，目前建造使用LNG燃料的船舶在技術(shù)上已不存在困難，但“油改氣”的道路還不平坦，因?yàn)榻ㄔ旎蚋慕ǖ某杀举M(fèi)用較高，加裝圓筒型LNG儲(chǔ)罐會(huì)減少貨物裝載空間，船舶加氣等補(bǔ)給配套尚不成熟。 盡管存在這些因素，但按照國際海事組織（IMO）的要求，各國船東必將選擇使用液化

4、天然氣。在可以預(yù)見的時(shí)間內(nèi)，隨著LNG基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善成網(wǎng)，造船技術(shù)的日臻提高，世界航運(yùn)將邁入綠色航運(yùn)的新時(shí)代。 1.2 船用LNG全球市場(chǎng)上的現(xiàn)狀在全球船用LNG發(fā)展現(xiàn)狀方面，現(xiàn)在，LNG作為船用燃料在全球范圍內(nèi)普及程度較低，只有零星幾個(gè)國家在為數(shù)不多的輪渡、游輪等進(jìn)行定點(diǎn)運(yùn)輸?shù)拇吧嫌昧薒NG作為船用燃料，全球大部分船用LNG應(yīng)用集中在挪威。LNG運(yùn)載船多采用柴油和BOG雙動(dòng)力系統(tǒng)，其推進(jìn)系統(tǒng)毫無例外都是蒸汽渦輪動(dòng)力裝置。目前全世界有300多艘LNGCs，BOG幾乎都作為蒸汽渦輪裝置的燃料來用。    然而，LNG燃料經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)正在推動(dòng)船用LNG的

5、發(fā)展。國家原油供應(yīng)緊張，油價(jià)維持在高價(jià)位，而國際LNG價(jià)格則在2009年以后大幅回落，油價(jià)與天然氣價(jià)格之間的落差越來越大，從燃料成本等經(jīng)濟(jì)效益考慮，燒LNG比燒柴油合算。   同時(shí)，國際船舶排放標(biāo)準(zhǔn)將促使船用LNG快速發(fā)展。近年來，國際海事組織（IMO）加強(qiáng)了對(duì)海上船舶排放的強(qiáng)制性規(guī)定，如果各國都執(zhí)行IMO的排放強(qiáng)制性規(guī)定的話，5-10年后世界上用于近海貿(mào)易的船只大多數(shù)都會(huì)使用LNG作為船用燃料。未來LNG船用燃料國際市場(chǎng)發(fā)展重點(diǎn)區(qū)域是波羅的海地區(qū)、北海和地中海地區(qū)。   目前，國際上LNG燃料船動(dòng)力系統(tǒng)主要由瓦錫蘭、MAN、羅爾斯·

6、羅伊斯和三菱重工四家公司供應(yīng)，其中瓦錫蘭和MAN以雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)為主，而羅爾斯·羅伊斯和三菱重工以氣體發(fā)動(dòng)機(jī)為主。  LNG船體制造方面，日本韓國為主要產(chǎn)地。三菱重工是多艘LNG燃料船舶主機(jī)的供應(yīng)商，日本商船三井于2009年公布了采用LNG燃料的“ISHIN-II”號(hào)環(huán)保渡船的設(shè)計(jì)構(gòu)想，大宇造船與海洋公司目前正在開發(fā)采用LNG燃料的大型集裝箱船，該公司與MAN公司正在共同開發(fā)應(yīng)用于14000TEU集裝箱船的ME-GI發(fā)動(dòng)機(jī)和DSME高壓低溫燃料供應(yīng)系統(tǒng)。1.3 船用LNG在中國的發(fā)展 目前，國內(nèi)船用LNG利用基本處于空白領(lǐng)域，我國內(nèi)河航運(yùn)燃料以柴油動(dòng)力為主，尚未將L

7、NG燃料應(yīng)用于船用領(lǐng)域，但近兩年LNG行業(yè)內(nèi)一些技術(shù)領(lǐng)先公司已經(jīng)嘗試將LNG船用燃料作為L(zhǎng)NG行業(yè)未來發(fā)展的一個(gè)重要方向，已有多種型號(hào)的船舶主流柴油機(jī)已經(jīng)進(jìn)行臺(tái)架測(cè)試，并通過了國家相關(guān)部門組織的鑒定驗(yàn)收，證明了技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的可行性。此外在政府“節(jié)能減排”政策指引下，內(nèi)河船改裝LNG燃料將成為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。  從發(fā)展趨勢(shì)來看，一方面，未來我國內(nèi)河LNG船數(shù)量會(huì)快速增長(zhǎng)。我國內(nèi)河航運(yùn)資源豐富，擁有大、小天然河流5800多條，河流總長(zhǎng)43萬公里，對(duì)內(nèi)河船舶的需求量巨大。而在節(jié)能減排大背景下，在LNG接收站不斷增加的基礎(chǔ)上，發(fā)展內(nèi)河LNG船舶對(duì)防治船舶污染，對(duì)保護(hù)江河水域環(huán)境，具有

8、十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。預(yù)計(jì)未來3年總共會(huì)有5萬多艘輪機(jī)船進(jìn)行改裝，直接帶動(dòng)能源設(shè)備價(jià)值高達(dá)260億元人民幣的市場(chǎng)增量。  另一方面，國家加大資金投入推進(jìn)內(nèi)河航運(yùn)發(fā)展，對(duì)LNG船發(fā)展構(gòu)成有力支持。交通運(yùn)輸部副部長(zhǎng)徐祖遠(yuǎn)透露，“十二五”期間，中央將安排450億元財(cái)政資金，加大航道、支持保障系統(tǒng)和中西部地區(qū)港口等的資金投入，同時(shí)安排50億元財(cái)政引導(dǎo)資金，推進(jìn)內(nèi)河船型標(biāo)準(zhǔn)化和運(yùn)力結(jié)構(gòu)調(diào)整。這意味著“十二五”內(nèi)河航運(yùn)投資將比“十一五”期間增加2.7倍，增幅創(chuàng)造歷史新高。 2.LNG船用技術(shù)的特點(diǎn)和綠色性2.1 船用LNG發(fā)展應(yīng)用2.1.1 LNG燃料船的特點(diǎn)LNG是壓縮天然氣

9、的升級(jí)換代產(chǎn)品，具有一次充裝量大，行駛里程遠(yuǎn)、系統(tǒng)低壓運(yùn)行更安全、更清潔等特點(diǎn)。使用LNG加柴油混合動(dòng)力的船舶，可比單獨(dú)使用柴油動(dòng)力節(jié)約燃料費(fèi)用25%左右，碳排放指數(shù)更低。相比其他替代能源，以LNG為燃料的船舶具有以下優(yōu)勢(shì)：首先，成本優(yōu)勢(shì)。按照目前的油價(jià)和LNG價(jià)格水平，使用LNG清潔能源比使用柴油節(jié)約40%60%的燃料費(fèi)用。 按熱值計(jì)算，LNG價(jià)格只有柴油的60%左右，且因?yàn)樘烊粴馊紵龔氐?，不易積碳，減少維護(hù)費(fèi)用逾50%。廣東大鵬公司的LNG運(yùn)載船使用BOG作為蒸汽渦輪裝置的燃料來用，從燃料成本上比較，每年可節(jié)約近6千萬元。大型LNG船經(jīng)濟(jì)性更加明顯。  其次，環(huán)保優(yōu)勢(shì)。以天然氣作

10、為船用燃料,比起重油可減少80%的二氧化氮排放量、二氧化碳排放量降低25%，二氧化硫以及顆粒物排放量減少100%。中國以及北歐各國LNG船用燃料的發(fā)展將很大程度上取決于各國政府船舶減排碳法規(guī)的日益嚴(yán)格，特別是如果對(duì)二氧化碳的排放所征收的費(fèi)用越高，越能促進(jìn)LNG船用燃料的發(fā)展。  第三，安全優(yōu)勢(shì)。LNG屬低溫液體，即使發(fā)生泄漏事故時(shí)也會(huì)很快自然氣化，其密度比空氣輕，泄漏后會(huì)自動(dòng)向上溢開，不會(huì)對(duì)水體產(chǎn)生污染；加入特殊嗅劑后，天然氣泄漏可及時(shí)被發(fā)現(xiàn)；天然氣的燃點(diǎn)比汽柴油更高，瞬間著火比油慢，易擴(kuò)散，不易達(dá)到爆炸極限。從使用安全性上來講，天然氣也比燃油好很多。  與此同時(shí)，使用LN

11、G作為船舶燃料也存在一定劣勢(shì)：第一，LNG燃料系統(tǒng)體積大。LNG儲(chǔ)罐燃料系統(tǒng)所占空間大，重量重，影響載貨量。LNG儲(chǔ)罐體積大，所占空間比傳統(tǒng)的柴油燃料儲(chǔ)存所占空間大4倍左右，重量也是后者的1.5倍。  第二，LNG燃料船的造價(jià)較高。目前LNG燃料船的造價(jià)高于傳統(tǒng)柴油燃料船5%-20%左右，會(huì)帶來一定的成本壓力。  第三，LNG燃料缺乏技術(shù)安全通用規(guī)則。目前只有挪威船級(jí)社（DNV）對(duì)天然氣燃料船做出了相關(guān)分類標(biāo)準(zhǔn)，但大部分國家還沒有針對(duì)LNG船用燃料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則等出臺(tái)相關(guān)政府管制規(guī)定LNG實(shí)船應(yīng)用也遇到一些困難。專家表示，阻礙LNG實(shí)船應(yīng)用的因素主要有3

12、個(gè)：一是續(xù)航能力弱。目前，以LNG為燃料的船舶最高續(xù)航能力僅為22天，達(dá)不到遠(yuǎn)洋運(yùn)輸要求。究其原因，船舶燃油艙體積雖大，但可以在船上見縫插針隨機(jī)安放；而LNG儲(chǔ)存罐體積雖小，卻系統(tǒng)復(fù)雜，布局難。這給船舶的設(shè)計(jì)和建造帶來了很大的難度。二是港口LNG補(bǔ)給設(shè)施不配套。盡管LNG補(bǔ)給并不困難，但是港口方面卻沒有建立起完備且實(shí)用的配套體系。正如當(dāng)前汽車加氣站匾乏制約了燃?xì)馄嚻占埃磥砣細(xì)獯暗钠占耙踩Q于港口的配套體系建設(shè)。三是初始成本較高。據(jù)了解，一個(gè)LNG儲(chǔ)存罐的費(fèi)用就要幾百萬美元，如果船東只算建造成本這筆賬，往往會(huì)望而卻步。  不過，由于所在區(qū)域?qū)Υ芭欧乓笕找鎳?yán)格，丹麥、

13、娜威等北歐國家目前已經(jīng)不得不開始使用以LNG為燃料的渡船、滾裝船、海岸警備船、LNG船和平臺(tái)供應(yīng)船。這說明，隨著全球范圍內(nèi)對(duì)氣體排放要求越來越高，石油資源越來越少，節(jié)能呼聲越來越大，船東和港口方面的障礙正逐步被清除。據(jù)了解，目前國內(nèi)已有船企接到過國外船東建造以LNG為燃料的冷藏船的詢價(jià)。國內(nèi)一家知名船企的機(jī)電專家甚至認(rèn)為，很可能未來兩三年國內(nèi)將會(huì)出現(xiàn)以LNG為燃料的船舶的訂單。不過，由于所在區(qū)域?qū)Υ芭欧乓笕找鎳?yán)格，隨著全球范圍內(nèi)對(duì)氣體排放要求越來越高，石油資源越來越少，節(jié)能呼聲越來越大，船東和港口方面的障礙也正逐步被清除。2.2 LNG動(dòng)力船舶綠色性研究LNG動(dòng)力船舶一般船舶最主要的區(qū)別在

14、于他們動(dòng)力裝置的不同，這里研究LNG動(dòng)力船舶的綠色性時(shí)，主要著眼于其動(dòng)力裝置。按照節(jié)能減排思想，船舶動(dòng)力裝置的綠色評(píng)價(jià)指標(biāo)可包括能源和環(huán)境兩個(gè)方面。2.2.1 能源屬性船舶動(dòng)力裝置與能源屬性的有關(guān)的指標(biāo)有以下幾個(gè)方面：能源類型、能源消耗量、能源利用效率、能源回收率等。能源消耗量和能源利用率一般是針對(duì)不可再生能源而言的，在對(duì)單個(gè)船舶動(dòng)力裝置進(jìn)行評(píng)判的過程中，能源消耗量和能源利用率可整體表現(xiàn)為燃料的消耗率；而在動(dòng)力裝置的使用過程中可不考慮能源的回收率，故這里只對(duì)能源類型和燃料消耗率進(jìn)行探討。LNG動(dòng)力船舶所采用的能源類型主要是LNG，即液化天然氣的英文縮寫。天然氣是在氣田中自然開采出來的可燃?xì)怏w，

15、主要成分由甲烷組成。LNG是通過在常壓下氣態(tài)的天然氣冷卻至-162，使之凝結(jié)成液體。天然氣液化后可以大大節(jié)約儲(chǔ)運(yùn)空間和成本，而且具有熱值大、性能高等特點(diǎn)。相對(duì)于目前船舶主要采用的能源柴油來說，LNG是一種清潔的能源，采用LNG燃料可以減少10%20%的CO2排放量，90%的NOX排放量，100%的硫化物和顆粒物排放。而且，LNG燃料主機(jī)不需要安裝潤(rùn)滑油清潔設(shè)備，內(nèi)部環(huán)境較好。目前，適合于船舶推進(jìn)的開式循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的燃料利用效率也已經(jīng)大大得到提高，一方面是由于添加了熱交換器，用排氣來預(yù)熱壓縮機(jī)和燃燒室之間的空氣，另一方面是由于對(duì)低壓和高壓壓縮機(jī)之間的空氣進(jìn)行冷卻。2.2.2 環(huán)境屬性一般產(chǎn)品的環(huán)

16、境指標(biāo)主要包括在產(chǎn)品生命周期內(nèi)的水環(huán)境指標(biāo)、大氣環(huán)境指標(biāo)、固體廢物排放指標(biāo)、噪聲和振動(dòng)指標(biāo)等。對(duì)于船舶動(dòng)力裝置而言，在其生命周期的不同階段，其主要環(huán)境指標(biāo)所包含的方面也不同，側(cè)重點(diǎn)也不同。對(duì)于LNG動(dòng)力船舶而言，不使用或使用很少量的柴油，所以其含油污水的排放很少，在這里主要考慮其在廢氣排放、噪音兩方面的影響。2.2.2.1 廢氣排放在廢氣排放方面，LNG推進(jìn)裝置的尾氣排放中不合鉛和苯，硫含量極徽，CO、HC、NOx等有害排放物含量相對(duì)于柴油機(jī)和汽油機(jī)也均有不同程度的降低。LNG動(dòng)力裝置及發(fā)電機(jī)組裝置在船艇上的推廣應(yīng)用能大大減輕尾氣對(duì)環(huán)境造成的污染。2.2.2.2 噪音船員長(zhǎng)期工作和生活在船上，

17、強(qiáng)烈的噪音使船員精神疲勞，工作效率下降，嚴(yán)重時(shí)影響身心健康，危及航行安全。20世紀(jì)80年代，由于航運(yùn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，國際社會(huì)普遍關(guān)注船舶艙室的噪音問題，相關(guān)研究較多，也促使了我國一系列規(guī)范的出臺(tái)。之后一段時(shí)間，隨著造船技術(shù)的成熟，艙室噪音得到一定控制，關(guān)注度逐漸降低，國內(nèi)相關(guān)研究也日趨減少。然而，目前的船舶動(dòng)力裝置普遍采用的是高噪音的柴油機(jī)，而且隨著人們對(duì)工作、生活環(huán)境舒適度的要求日益提高，作為影響船員生活質(zhì)量和工作質(zhì)量的主要因素之一，噪音問題不容忽視。大型遠(yuǎn)洋船舶的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)規(guī)范要求較高，且在機(jī)艙均設(shè)置隔音效果很好的集控室，一般能夠滿足我國運(yùn)輸船舶艙室噪音標(biāo)準(zhǔn)及運(yùn)輸船舶艙室噪音測(cè)量方法的要

18、求。而內(nèi)河小型船舶多采用高噪音的中、高速柴油機(jī)作為動(dòng)力裝置，且有很多小船根本沒有集控室，輪機(jī)人員長(zhǎng)期暴露在高噪音的沖擊之下，長(zhǎng)此以往，聽力嚴(yán)重受損，身心健康無法保障?，F(xiàn)代船用柴油機(jī)普遍采用高增壓，其增壓器轉(zhuǎn)速可達(dá)20000rpm以上，對(duì)氣流的作用可產(chǎn)生劇烈的高頻噪音，是柴油機(jī)最大的噪音源；而柴油機(jī)氣缸內(nèi)的劇烈燃燒(爆壓可高達(dá)20MPa)，亦會(huì)發(fā)出強(qiáng)烈噪音；四沖程柴油機(jī)進(jìn)、排氣閥周期性的啟閉，也會(huì)發(fā)出刺耳的敲擊聲。LNG動(dòng)力船舶所使用的燃?xì)廨啓C(jī)，在使用時(shí)噪音主要有三種形式：進(jìn)排氣噪聲、機(jī)體輻射噪聲和結(jié)構(gòu)噪聲。一般情況下，其機(jī)體輻射和結(jié)構(gòu)噪聲要比柴油機(jī)小，但由于它需要的空氣量大，所以它的進(jìn)排氣噪聲

19、要比柴油機(jī)大。3LNG動(dòng)力裝置3.1 LNG混合動(dòng)力系統(tǒng)所謂LNG混合動(dòng)力就是在船舶現(xiàn)有柴油機(jī)的基礎(chǔ)上，增加一套LNG供氣系統(tǒng)和柴油LNG雙燃料電控噴射系統(tǒng)，通過電子裝換開關(guān)，可實(shí)現(xiàn)單純柴油燃料狀態(tài)下和油氣雙燃料狀態(tài)下兩種運(yùn)行模式，將船舶單一的柴油動(dòng)力改造為柴油LNG雙燃料動(dòng)力，通過采用LNG部分替代柴油燃料，達(dá)到節(jié)省燃油和降低排放的雙重目的。3.1.1 LNG混合動(dòng)力的特點(diǎn)船舶采用柴油LNG雙燃料動(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。據(jù)測(cè)算，江蘇蘇北運(yùn)河上3萬艘船舶經(jīng)過改造，使用

20、柴油LNG雙燃料動(dòng)力后，每年可減排硫氧化合物3.1萬噸，氮氧化合物3.2萬噸，二氧化碳37.5萬噸。以柴油為燃料的船舶機(jī)艙油污重、噪音大，改裝雙燃料動(dòng)力后，油污、煙塵和噪音都大幅下降，船員的工作生活環(huán)境得到很大改善。同時(shí)，由于裝備了智能化的安全監(jiān)測(cè)與處置系統(tǒng)，一旦有可燃?xì)怏w泄露，就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，自動(dòng)切斷天然氣管路，啟動(dòng)防爆通風(fēng)機(jī)，隔開儲(chǔ)罐與艙室和機(jī)艙，確保船舶運(yùn)營(yíng)安全和船員生命安全。此外，采用LNG燃料，即使船舶發(fā)生沉沒事故，也不會(huì)出現(xiàn)由于使用柴油燃料導(dǎo)致大面積水域污染的現(xiàn)象。3.1.2 現(xiàn)有柴油動(dòng)力到混合LNG混合動(dòng)力的改裝首先是船體改造。針對(duì)試驗(yàn)船船體本身的特點(diǎn)，進(jìn)行了LNG儲(chǔ)罐位于船體尾部

21、的空閑區(qū)，設(shè)計(jì)了一個(gè)高度為76厘米的底座。底座與甲板是焊接連接，儲(chǔ)罐與底座是螺栓連接。儲(chǔ)罐相鄰廚房和起居室的一側(cè)都加了一道隔離空倉。儲(chǔ)罐頂部是敞開的。氣化器占用了部分盥洗室的空間。其次，船用柴油LNG混燃系統(tǒng)。根據(jù)船的空間特點(diǎn)安裝連接了船用柴油LNG混燃系統(tǒng)，依次為：LNG儲(chǔ)罐、氣化器、氣體流量計(jì)、電動(dòng)截止閥、不銹鋼管路、阻火器、減壓穩(wěn)壓閥、噴射閥、柴油機(jī)。第三，安全與消防。在LNG儲(chǔ)罐位置安裝了2個(gè)可燃?xì)怏w探測(cè)器，在機(jī)艙內(nèi)安裝了4個(gè)可燃?xì)怏w探測(cè)器。在機(jī)艙兩側(cè)頂部位置安裝了兩臺(tái)軸流防爆風(fēng)機(jī)。一旦有可燃?xì)怏w泄露，濃度達(dá)到天然氣燃爆點(diǎn)的20%就進(jìn)行聲光報(bào)警，并自動(dòng)啟動(dòng)軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制排風(fēng)換氣。如果

22、濃度達(dá)到燃爆點(diǎn)的40%，則自動(dòng)切斷電動(dòng)截止閥。上述動(dòng)作過程全部是自動(dòng)控制。另外在儲(chǔ)罐位置和機(jī)艙內(nèi)各擺放了兩臺(tái)干粉滅火器。最后，電路改造。根據(jù)船用發(fā)電電壓不穩(wěn)定的特點(diǎn)進(jìn)行了穩(wěn)壓和電壓逆變等設(shè)計(jì)，確保滿足控制系統(tǒng)和軸流風(fēng)機(jī)用電的需要。3.1.3 LNG混合動(dòng)力的推廣問題大量試驗(yàn)和研究表明，柴油LNG雙燃料動(dòng)力技術(shù)已經(jīng)初步具備了推廣應(yīng)用的條件。為迅速把科研成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力，還需進(jìn)一步做好以下幾個(gè)方面的工作。一是開展加油加氣站規(guī)劃。為滿足柴油LNG雙燃料動(dòng)力船舶加油加氣的需求，需沿河布置加油加氣站，近期首先開展加油加氣站布點(diǎn)規(guī)劃。本著“先大船后小船、先京杭運(yùn)河后兩縱四橫干線航道”的原則，初步規(guī)劃，

23、力爭(zhēng)2013年在京杭運(yùn)河江蘇段布置36座加油加氣站，逐步形成京杭運(yùn)河示范效應(yīng)，力爭(zhēng)2015年在江蘇兩縱四橫干線航道上布置不少于100座加油加氣站，打造江蘇內(nèi)河綠色水運(yùn)。二是研究制定相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前，中國船級(jí)社已經(jīng)完成氣體燃料動(dòng)力船舶檢驗(yàn)指南（報(bào)批稿），江蘇藍(lán)色船舶動(dòng)力有限公司初擬了柴油-LNG雙燃料動(dòng)力系統(tǒng)操作手冊(cè)和船員安全作業(yè)及維護(hù)須知。為順利實(shí)現(xiàn)LNG在運(yùn)輸船舶上的應(yīng)用及推廣，還將進(jìn)一步研究制定相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主要包括兩個(gè)方面：一是進(jìn)一步完善規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)體系。全力推進(jìn)氣體燃料動(dòng)力船舶檢驗(yàn)指南的出臺(tái)；加快推進(jìn)改裝船廠評(píng)估和船舶設(shè)施設(shè)備產(chǎn)品的認(rèn)證認(rèn)可；進(jìn)一步完善并頒布船員操作指南，開展船員培訓(xùn)和

24、發(fā)證工作。二是實(shí)現(xiàn)船舶改造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化。進(jìn)一步優(yōu)化儲(chǔ)罐及管路設(shè)計(jì)，針對(duì)不同類型、不同噸位的船舶，提出不同的設(shè)計(jì)方案，并制定相關(guān)的施工工藝流程，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。三是研究出臺(tái)相關(guān)扶持政策。在試點(diǎn)推廣初期，研究出臺(tái)相關(guān)扶持政策，主要包括三個(gè)方面：一是資金扶持。研究通過建立專項(xiàng)補(bǔ)助資金、政府貼息、過閘費(fèi)減免等方式，在推廣初期對(duì)柴油-LNG雙燃料動(dòng)力改裝船舶給予適當(dāng)資金扶持。二是土地政策支持。在沿河加油加氣站點(diǎn)、LNG和燃油儲(chǔ)備庫等基地的土地征用中給予適當(dāng)政策支持。三是建立項(xiàng)目工作協(xié)調(diào)機(jī)制。針對(duì)加油加氣站的布點(diǎn)規(guī)劃和立項(xiàng)審批、船舶設(shè)施設(shè)備和船員發(fā)證等方面工作，采取集中處理和一站式處理等方式

25、，簡(jiǎn)化程序。3.2 目前應(yīng)用較多的幾種LNG動(dòng)力裝置介紹LNG船是載運(yùn)LNG的專用船舶，它在航行的過程中需要充分的利用蒸發(fā)的天然氣，相對(duì)于其他類型的船舶而言，LNG船在LNG動(dòng)力技術(shù)研究上是比較成熟的，這里就以LNG船為例來介紹幾種LNG動(dòng)力裝置。3.2.1 蒸汽輪機(jī)蒸汽輪機(jī)占據(jù)今天全球LNG船推進(jìn)系統(tǒng)的主流，主要原因?yàn)椋篖NG船舶的航速要求一般較高，蒸汽輪機(jī)輸出功率大，可以滿足LNG船對(duì)大功率推進(jìn)系統(tǒng)的要求；同時(shí)系統(tǒng)功率裕量較大、可靠性較高，可以滿足交貨時(shí)效性的要求；在蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)中LNG蒸發(fā)汽或重油均可用作鍋爐的燃料，也可以采用一定比例混合燃燒方式，LNG蒸發(fā)汽可以得到很好的利用；在只燃燒

26、蒸發(fā)汽時(shí)排出的排放物也較為清潔；維護(hù)不是很頻繁且費(fèi)用也相對(duì)較低；主鍋爐和蒸汽透平結(jié)合的主推進(jìn)系統(tǒng)有效地解決了蒸發(fā)汽的安全利用問題；LNG的應(yīng)用技術(shù)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)只被少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)國家所掌握，同時(shí)市場(chǎng)長(zhǎng)期處于供過于求的狀態(tài)，LNG價(jià)格較低，蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)的整體經(jīng)濟(jì)性較好。而其他主推進(jìn)系統(tǒng)方案相對(duì)地都或多或少存在一些技術(shù)瓶頸，成了作為L(zhǎng)NG船主推進(jìn)系統(tǒng)的障礙。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)在某種程度上說已成為L(zhǎng)NG船的標(biāo)準(zhǔn)主動(dòng)力系統(tǒng)。蒸汽輪機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)主要由鍋爐、蒸汽輪機(jī)和齒輪減速傳動(dòng)裝置組成。其工作原理是鍋爐產(chǎn)生的蒸汽通過蒸汽渦輪機(jī)將熱能和壓力勢(shì)能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能驅(qū)動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)減速裝置減速后帶動(dòng)螺旋

27、槳轉(zhuǎn)動(dòng)，從而推動(dòng)船舶前進(jìn)。鍋爐配備貨物L(fēng)NG蒸發(fā)氣和燃油兩套燃料供給系統(tǒng)。鍋爐可以單獨(dú)燃燒蒸發(fā)氣或燃油，也可以兩種燃料同時(shí)使用。其工作原理如圖31所示。圖3-1 蒸汽輪機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)原理圖蒸汽輪機(jī)保養(yǎng)費(fèi)用相對(duì)較低，維修頻次少，應(yīng)用記錄表明系統(tǒng)具有很高的可靠性。蒸發(fā)汽獲取量取決于船舶設(shè)計(jì)及其工作環(huán)境條件，通常自然蒸發(fā)率設(shè)計(jì)為015左右，有些正在營(yíng)運(yùn)的船舶蒸發(fā)率可低到010左右。在壓載航行時(shí)，可得到的蒸發(fā)汽量只有滿載航行時(shí)的1050，具體比例取決于貨艙留有用于預(yù)冷液貨的量、海況和貨艙溫度的控制等綜合因素。對(duì)LNG船來說，不管選擇何種推進(jìn)系統(tǒng)，都必須采取某種方式來處理蒸發(fā)汽，把它用作推進(jìn)系統(tǒng)的燃料或進(jìn)行

28、再液化。LNG蒸發(fā)汽在空氣中爆炸濃度范圍是514，釋放到大氣不但不經(jīng)濟(jì)而且非常危險(xiǎn)。LNG是在常壓下運(yùn)輸?shù)?，通常液貨艙安全閥設(shè)定壓力為25KPa，真空壓力設(shè)定為低于大氣壓1KPa，航行時(shí)要避免貨艙超壓或出現(xiàn)負(fù)壓。安全在天然氣運(yùn)輸中是極其重要的，蒸汽輪機(jī)主推進(jìn)系統(tǒng)的可靠性、嚴(yán)格的安全操作規(guī)程以及成熟的系統(tǒng)設(shè)計(jì)使得LNG船有極好的安全記錄。迄今為止，除發(fā)生過個(gè)別型號(hào)蒸汽輪機(jī)齒輪箱過度磨損事故外，并無其他重大機(jī)損事故報(bào)告。LNG船造價(jià)高昂，延長(zhǎng)船舶使用壽命是降低船舶營(yíng)運(yùn)成本的重要措施之一。與其他船舶一樣，LNG船使用壽命很大程度上取決于船體、貨艙和主推進(jìn)裝置的服務(wù)壽命。船體、貨艙和主推進(jìn)系統(tǒng)的維護(hù)管

29、理是LNG船舶管理的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)日本船級(jí)社1992年的技術(shù)簡(jiǎn)報(bào)對(duì)防范非自持式液化氣船舶事故的反思，通過對(duì)29艘非自持式液化氣船舶的事故調(diào)查分析“，其結(jié)果表明液化氣運(yùn)輸船舶的安全系數(shù)很高，貨艙發(fā)生液化氣泄漏的危險(xiǎn)性很低。蒸汽輪機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是：蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)的燃油消耗率比低速柴油機(jī)高，系統(tǒng)整體熱效率低，燃料消耗量大。只有當(dāng)蒸發(fā)汽的價(jià)格與燃油的價(jià)格相比足夠低時(shí)，此種方案的推進(jìn)系統(tǒng)在營(yíng)運(yùn)的經(jīng)濟(jì)性方面才有一定的優(yōu)勢(shì)，越過了某一價(jià)格的臨界點(diǎn)，系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性差的問題便凸顯出來了。3.2.2 燃?xì)廨啓C(jī)在LNG船上采用燃?xì)廨啓C(jī)推進(jìn)裝置，可采用機(jī)械式或電力式。燃?xì)廨啓C(jī)重量較輕，無振動(dòng)、并且可以使用雙燃料(使

30、用重油作為備用燃料)。它的低效率某種程度上可通過聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)來彌補(bǔ)。然而，燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)電站和氣體壓力的要求較高，這會(huì)使安裝更復(fù)雜，費(fèi)用更為昂貴。羅爾斯羅伊斯燃?xì)廨啓C(jī)公司，于2002年初推出了供LNG船選用的Trent30型燃?xì)廨啓C(jī)。該機(jī)輸出功率達(dá)36MW，且重量較輕，不到26噸。與蒸汽輪機(jī)相比，這種燃?xì)廨啓C(jī)在整個(gè)使用期間可以節(jié)約營(yíng)運(yùn)成本2096左右。如選用Trent30型燃?xì)廨啓C(jī)作LNG船主機(jī)，船的總長(zhǎng)可縮短19米，而載重量卻可增加12，這對(duì)提高船舶經(jīng)濟(jì)效益至關(guān)重要。Trent30型燃?xì)廨啓C(jī)具有模塊化結(jié)構(gòu)等特性，可維修性好，這己成為用戶選用船舶主機(jī)的重要條件之一。阿爾斯通公司和通用動(dòng)力公司也準(zhǔn)備

31、為L(zhǎng)NG船提供燃?xì)廨啓C(jī)。他們認(rèn)為，LNG船采用燃?xì)廨啓C(jī)推進(jìn)可以節(jié)省很大的艙內(nèi)空間和減輕主機(jī)重量。阿爾斯通公司已向LNG船市場(chǎng)推出了輸出功率達(dá)17兆瓦的GT35型燃?xì)廨啓C(jī)。該機(jī)是能使用柴油和天然氣混合燃料的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，柴油和天然氣的混合比為2：8。目前船東對(duì)這種燃?xì)廨啓C(jī)很感興趣。通用動(dòng)力公司生產(chǎn)的LM2500型和LM6000型燃?xì)廨啓C(jī)也適合于LNG船，這兩型燃?xì)廨啓C(jī)具有可靠性高、重量輕、單位重量的功率很大等特點(diǎn)。為了滿足對(duì)LNG船冗余度方面的要求，可在一艘LNG船上可安裝兩臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)或采用燃?xì)廨啓C(jī)加余熱鍋爐或采用燃?xì)廨啓C(jī)與柴油機(jī)聯(lián)合動(dòng)力裝置。復(fù)合渦輪機(jī)組(即燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)十蒸汽輪機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī))，是

32、在用燃?xì)廨啓C(jī)燃燒蒸發(fā)汽的同時(shí)，利用廢氣能量產(chǎn)生蒸汽，驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料效率較一般的蒸汽輪機(jī)好，而且排放的廢氣與汽輪發(fā)動(dòng)機(jī)相同，是比較清潔的。缺點(diǎn)是需要高質(zhì)量的石油燃料，并且不能與蒸發(fā)汽混合燃燒。將來還可能考慮與電力推進(jìn)裝置相結(jié)合。從環(huán)保因素考慮將來有可能會(huì)采用此種方案的推進(jìn)系統(tǒng)。3.2.3 雙燃料電力推進(jìn)該種推進(jìn)方式采用雙燃料發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生電能，供給船舶推進(jìn)電動(dòng)機(jī)組，經(jīng)減速裝置減速后驅(qū)動(dòng)螺旋漿轉(zhuǎn)動(dòng)。在建船舶中，己有LNG船采用此種推進(jìn)方式，根據(jù)其配置的不同有多種型式可供選擇，其原理如圖32。圖3-2 雙燃料電力推進(jìn)系統(tǒng)原理圖由于雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)可使用低壓氣體，在發(fā)動(dòng)機(jī)入口處壓力在4bar

33、至5bar之間，其壓縮機(jī)組與目前使用蒸汽輪機(jī)推進(jìn)裝置的船舶基本相同。基于雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的電力推進(jìn)裝置的總效率高于40，與蒸汽推進(jìn)裝置的30或者更低相比要好得多。至于選擇單槳還是雙槳，將基于航線情況及不同的冗余要求而定。發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)目及輸出功率將由所需的軸功率及冗余度決定。通常來說，一艘135萬立方米的LNG船所需功率大約為30唧，可由4臺(tái)50DF發(fā)動(dòng)機(jī)組組成，其MCR輸出功率為950千瓦缸，熱效率高達(dá)465“1。在轉(zhuǎn)速為500rpm(50Hz)或514rpm(60Hz)，熱效率可達(dá)48，推薦的裝置為8缸機(jī)或9缸機(jī)。多臺(tái)機(jī)使系統(tǒng)具有良好的冗余特性，同時(shí)也具有良好的機(jī)動(dòng)性，適應(yīng)不同的運(yùn)營(yíng)模式要求，如機(jī)

34、動(dòng)操縱、在港口等待、裝載及卸貨等。在海上和港口中可進(jìn)行靈活的預(yù)防性維護(hù)，這對(duì)蒸汽裝置或者說大型二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)都是不可能的。近年來的研究表明，最有利的方案就是使用強(qiáng)制蒸發(fā)汽以代替燃油。這種推進(jìn)方式冗余度高，操作靈活，可以保證LNG船具有較高的可靠性；提高了熱效率，具有低排放的特性。3.2.4 雙燃料推進(jìn)系統(tǒng)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)(燃油和蒸發(fā)氣)的發(fā)展己經(jīng)使有效利用蒸發(fā)氣成為可能，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)是從重油柴油機(jī)發(fā)展而來。因此雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)裝置也是現(xiàn)代LNG船一個(gè)具有強(qiáng)有力競(jìng)爭(zhēng)力的選擇。該裝置的系統(tǒng)簡(jiǎn)圖見圖3-3圖3-3 雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)裝置系統(tǒng)圖雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)是一種經(jīng)過特殊改造的可直接燃燒LNG蒸發(fā)汽和燃油的內(nèi)燃

35、機(jī)，有高壓型和低壓型兩種。高壓型雙燃料內(nèi)燃機(jī)在噴射少量的點(diǎn)火柴油后，即可將船上蒸發(fā)的LNG氣體高壓噴射進(jìn)入燃燒室燃燒；低壓型雙燃料柴油機(jī)可將船上蒸發(fā)的LNG氣體以較低的壓力(約4barcm2)噴射進(jìn)入燃燒室，在輕油點(diǎn)火下燃燒。前者使用高壓LNG管路有泄漏的危險(xiǎn)，后者則需要額外配置點(diǎn)火裝置。據(jù)有關(guān)資料，在挪威近海項(xiàng)目中，在小型LNG船上推進(jìn)系統(tǒng)有直接采用了雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)作為主推進(jìn)裝置，但此系統(tǒng)需要和蒸發(fā)汽氧化裝置配套使用。當(dāng)前，天然氣一柴油雙燃料二沖程和四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)己經(jīng)面市，使雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)作為液化天然氣(LNG)船推進(jìn)主機(jī)的構(gòu)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。瓦錫蘭50DF型柴油機(jī)就是一種以天然氣和柴油作為燃料的雙燃料

36、發(fā)動(dòng)機(jī)。在正常工作時(shí)，僅使用9的天然氣和1的燃油混合燃料，只有在天然氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，才切換到燃油狀態(tài)。在預(yù)燃室中噴入燃油啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。與常規(guī)動(dòng)力裝置相比，使用這種雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)不但最大限度地利用了蒸發(fā)汽燃料，而且大大降低了燃油的消耗和運(yùn)營(yíng)成本，可節(jié)約燃料2030，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。在一艘13.5萬立方米LNG船上，MAN BW柴油機(jī)公司對(duì)燒重油的蒸汽輪機(jī)與燒重油和天然氣的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了比較，后者每年可為船東節(jié)約250萬美元左右的費(fèi)用“1。同時(shí)，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)具有很低的排放，其氮氧化物的排放量只相當(dāng)于普通柴油機(jī)的110，二氧化碳的排放也相當(dāng)?shù)?。由于雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)可以在氣體燃料和液體燃料兩種模式下交

37、替工作，而且兩種模式是自動(dòng)切換，在停止氣體燃料供應(yīng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)停止運(yùn)行，而是自動(dòng)切換到液體燃料模式。隨著船舶動(dòng)力裝置的不斷發(fā)展，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)以其可使用兩種燃料、重量輕、制造成本較低等優(yōu)點(diǎn)將成為今后LNG船主推進(jìn)裝置的一個(gè)重要選擇。瓦錫蘭雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)配有精確的電子控制設(shè)備，將布置在柴油機(jī)各位置上的傳感器聯(lián)系在一起，對(duì)各種參數(shù)如負(fù)載、轉(zhuǎn)速、燃燒特性、廢氣排放溫度等進(jìn)行監(jiān)控，控制系統(tǒng)對(duì)輸入的信號(hào)與系統(tǒng)設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行分析比較，立即對(duì)天然氣供氣壓力、供氣量、供氣正時(shí)和空燃比進(jìn)行調(diào)整，以滿足負(fù)荷要求或其它工作條件，如避免敲缸和熄火。因此當(dāng)氣體質(zhì)量，周圍環(huán)境溫度變化時(shí)，所有的缸在任何條件下都有最佳的性能。

38、LNG貨物蒸汽對(duì)瓦錫蘭6L50DF發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)很好的燃料，唯一需要考慮的是氣體組成的變化，即氮?dú)庠谡舭l(fā)汽中的含量。通常，氮對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)不是有害的，發(fā)動(dòng)機(jī)吸入的空氣中氮含量就高達(dá)78，不過，因?yàn)樗嵌栊詺怏w，對(duì)燃燒沒有貢獻(xiàn)，蒸發(fā)汽的能量(熱值)比純甲烷低。LNG蒸發(fā)汽中氮的含量可能會(huì)高達(dá)蒸發(fā)汽體積的30%，尤其是在航程開始時(shí)。這對(duì)瓦錫蘭6L50DF發(fā)動(dòng)機(jī)來說不是一個(gè)問題，控制系統(tǒng)會(huì)很好地調(diào)節(jié)功率輸出，平抑波動(dòng)。瓦錫蘭雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率可達(dá)465，它在陸地上累計(jì)己有相當(dāng)數(shù)量的運(yùn)行時(shí)間，對(duì)用于海上來說己趨于成熟。換句話說，一切都己準(zhǔn)備好，是其向LNG船主推進(jìn)裝置進(jìn)軍的時(shí)候了。3.2.5 小結(jié)在上述LN

39、G船不同類型推進(jìn)系統(tǒng)的可能的方案中很難判定哪個(gè)方案就是未來LNG船推進(jìn)系統(tǒng)的最佳選擇因?yàn)槿杂性S多不確定的因素除了技術(shù)發(fā)展因素外諸如天然氣和船舶主機(jī)用重油價(jià)格的預(yù)測(cè)和波動(dòng)船的尺寸大小航行速度和參與預(yù)定貿(mào)易的LNG船的數(shù)量等。4LNG船用技術(shù)的適用性4.1 新船型積極采用LNG燃料（LNG船舶配置再液化裝置可行性分析）去年，韓國造船界掀起了一股接單“旋風(fēng)”，在LNG船、海洋工程船舶及裝備、大型乃至超大型集裝箱船領(lǐng)域頻頻出手，不斷獲得高額訂單。據(jù)韓國韓聯(lián)社報(bào)道，今年上半年韓國造船企業(yè)的接單情況僅次于市場(chǎng)景氣度大好的2007年，接單總量在全球市場(chǎng)的占比達(dá)53.2%。與此同時(shí)，根據(jù)中國船舶工業(yè)行業(yè)協(xié)會(huì)的

40、統(tǒng)計(jì)，16月，我國造船企業(yè)承接的新船訂單同比下降了9.2%，且產(chǎn)品仍是以主流船型為主。毋庸置疑，正是由于接單船型的差異，讓中韓兩國造船界上半年在新接訂單的金額、噸位尤其是總噸等方面產(chǎn)生了不小差距。嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)提醒中國船舶工業(yè)：要追趕對(duì)手，不斷做強(qiáng)，就決不能僅僅滿足于當(dāng)下的生產(chǎn)，更須著眼長(zhǎng)遠(yuǎn)，緊盯市場(chǎng)需求結(jié)構(gòu)的變化，提早做好新船型開發(fā)及高技術(shù)船舶預(yù)研工作。近年來，國際市場(chǎng)對(duì)石油 船員招聘、天然氣等能源的需求不斷增長(zhǎng)，與此同時(shí)，全球尤其是歐洲各國在環(huán)保方面的要求日趨嚴(yán)格，各種規(guī)范頻頻出臺(tái)，導(dǎo)致國際船舶市場(chǎng)對(duì)海工船及油氣鉆井平臺(tái)等海工裝備的需求量與日俱增，同時(shí)使各種“綠色”船型備受青睞。而韓國造船界近

41、幾年一直堅(jiān)持高技術(shù)、高附加值船型戰(zhàn)略，根據(jù)上述市場(chǎng)需求提前安排船型開發(fā)，且?guī)缀鯇?duì)所有船型進(jìn)行了優(yōu)化和創(chuàng)新，以滿足各種海事新規(guī)。這樣的戰(zhàn)略正是韓國今年得以在新造船市場(chǎng)上“攻城掠地”的主要原因。與韓國相比，日本造船界在高技術(shù)船舶研發(fā)上走的更遠(yuǎn)，主要船企近兩年將目光聚焦于概念船型的預(yù)研，其中三菱重工研發(fā)出采用其新型蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的LNG 船、采用空氣潤(rùn)滑等環(huán)保技術(shù)的集裝箱船 “MALS-14000CS”；商船三井研發(fā)出采用新能源的“ISHIN-I”汽車運(yùn)輸船、“ISHIN-II”渡船、“ISHIN-III”鐵礦石運(yùn)輸船；大島造船與DNV聯(lián)合開發(fā)的“ECO-Ship 2020”項(xiàng)目， 海員之家已推出環(huán)

42、保型敞艙口散貨船設(shè)計(jì)方案；石川島播磨聯(lián)合海事開發(fā)了低環(huán)境負(fù)荷型的13000TEU集裝箱船“eFuture 13000C”，以及同系列的豪華游船“eFuture 310T”、散貨船“eFuture 56B”。業(yè)內(nèi)專家分析，經(jīng)過這一輪新技術(shù)研發(fā)，日本造船界很有可能再次發(fā)力，在新造船市場(chǎng)奪回一定份額。通過對(duì)比日韓可以發(fā)現(xiàn)，在此次船舶市場(chǎng)需求結(jié)構(gòu)調(diào)整的過程中，中國造船界顯然沒有很好地應(yīng)對(duì)，不少船企忙于當(dāng)前的生產(chǎn)任務(wù)，在新船型尤其是高附加值、環(huán)保船型研發(fā)方面力度不足，進(jìn)而影響了新訂單的承接。要改變這一現(xiàn)狀，中國造船界必須盡快行動(dòng)起來，一方面做好現(xiàn)有船型的升級(jí)工作，在提升效率、節(jié)能減排方面大力開展研發(fā)，進(jìn)

43、一步鞏固中國在三大主流船型市場(chǎng)的地位；另一方面應(yīng)形成合力，使骨干船企、科研院所等單位在高端船型研發(fā)領(lǐng)域不斷實(shí)現(xiàn)突破，搶占市場(chǎng)制高點(diǎn)。不僅如此，隨著船舶市場(chǎng)需求結(jié)構(gòu)的變化，船配市場(chǎng)也將隨之發(fā)生改變，未來船東對(duì)節(jié)能高效的新型動(dòng)力系統(tǒng)及壓載水處理系統(tǒng)、高端鋼材、涂料等配套產(chǎn)品的需求將會(huì)不斷增加。為此，我國船舶配套行業(yè)也須有所作為，在盡快提高我國配套設(shè)備裝船率的基礎(chǔ)上，開展高技術(shù)、高附加值產(chǎn)品研發(fā)，為做強(qiáng)中國船舶工業(yè)夯實(shí)基礎(chǔ)。鑒于船用燃油價(jià)格存在上漲空間 船員招聘網(wǎng) ，加上國際法規(guī)對(duì)海運(yùn)環(huán)保的要求越來越嚴(yán)格，LNG作為船用燃料的優(yōu)勢(shì)在逐步顯現(xiàn)：與船用柴油與重油相比，其價(jià)格較低；能夠使二氧化碳等廢氣及顆

44、粒物的排放量大幅減少；不僅如此，LNG的長(zhǎng)期供給穩(wěn)定。而在技術(shù)層面，不僅新建船舶可以使用LNG，在航船舶也能夠通過改裝，使用LNG或者采用LNG/柴油雙燃料。因此，未來510年間，以LNG為燃料的船舶的數(shù)量將持續(xù)增加；預(yù)計(jì)10年后，以LNG為燃料的船舶所占的市場(chǎng)比例有望達(dá)到10%15%。4.1.1 現(xiàn)有船舶改裝技術(shù)可行現(xiàn)有船舶要以LNG或者LNG/柴油為燃料，海員招聘 則必須加裝LNG儲(chǔ)存艙等裝置。TGE Marine公司一家總部位于德國、從事船舶氣體處理系統(tǒng)及儲(chǔ)罐供應(yīng)業(yè)務(wù)的企業(yè)負(fù)責(zé)人表示，通常情況下，在船舶改裝過程中，加裝的主要裝置為L(zhǎng)NG儲(chǔ)罐和氣體處理系統(tǒng)。此外，船上還需安裝一些輔助系統(tǒng)，

45、如氣體加熱系統(tǒng)、惰氣系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、遙控閥門及安全系統(tǒng)、自控系統(tǒng)等。典型的船舶使用LNG方案為：LNG通過氣體處理系統(tǒng)氣化，天然氣通過主控閥供給燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)而使船舶獲得動(dòng)力。與會(huì)專家介紹，最易于改裝的船型包括LPG船、近海成品油船/化學(xué)品船，改裝難度較大的船型為客船、渡船、集裝箱船，難度更大的船型則為大型集裝箱船、散貨船和超大型油船（VLCC）等遠(yuǎn)洋船舶。目前，在船舶“油改氣”項(xiàng)目過程中，最大的挑戰(zhàn)主要有兩點(diǎn)：一是如何布置好儲(chǔ)罐以及其他氣體燃料系統(tǒng)的子系統(tǒng)；二是燃料系統(tǒng)如何滿足船舶二沖程或四沖程主機(jī)的工作要求。舉例來說，曼柴油機(jī)與透平公司的ME-GI雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)在燃用天然氣的模式下，需要?dú)怏w

46、以 250315巴（barg）的高壓注入，則在船舶改裝的過程中，就需要考慮在儲(chǔ)罐中加裝罐內(nèi)增壓泵及罐外的高壓泵，則LNG通過加壓后，再經(jīng)過高壓氣化器和高壓加熱器處理，最終供給發(fā)動(dòng)機(jī)。據(jù)了解，在一些已經(jīng)實(shí)施的船舶改裝項(xiàng)目中，主機(jī)廠商也積極參與相關(guān)工作，確保項(xiàng)目順利完成。目前TGE Marine正與挪威船級(jí)社（DNV）、曼恩柴油機(jī)與透平公司等合作，開展德國“Reederei Stefan Patjens”號(hào)5000TEU集裝箱船的改裝項(xiàng)目，項(xiàng)目在2012年完成后，該船將成為全球首艘使用液化天然氣燃料的集裝箱船。4.1.2 新船型積極采用LNG燃料DNV可謂應(yīng)用LNG燃料的“先鋒”，在2001年就率

47、先制定了LNG燃料有關(guān)的船舶規(guī)范。在此次峰會(huì)上，DNV介紹了與日本大島造船有限公司聯(lián)合開發(fā)的 “ECO-Ship 2020”項(xiàng)目。該項(xiàng)目的第一階段已經(jīng)結(jié)束，完成了敞艙口散貨船的概念設(shè)計(jì)。該型船集成了多項(xiàng)創(chuàng)新解決方案，其中最引人注目的便是該船是一艘完全使用 LNG、不使用其他任何燃料，也不使用電力推進(jìn)系統(tǒng)的商船。該船配備有4個(gè)C型高壓儲(chǔ)存?zhèn)}，共能儲(chǔ)存LNG3000立方米。羅爾斯羅伊斯公司為該船提供了2臺(tái)四沖程中速燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)，單機(jī)功率為4000千瓦。加上應(yīng)用了廢熱回收、空氣潤(rùn)滑等其他節(jié)能技術(shù)，該船滿足IMO Tier III廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)要求，其硫化物排放量為零，氮氧化物排放量可下降90%，二氧化碳

48、的排放量可下降50%以上。此外，DNV還在此次會(huì)議上展示了另一款未來船型：營(yíng)運(yùn)于澳大利亞至中國航線的環(huán)保概念礦砂船（The eco-friendly ore carrier）“Ecore”號(hào)。該船使用了靈活的燃料方案，采用了曼柴油機(jī)與透平公司的二沖程ME-GI燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)，能夠使用柴油機(jī)與天然氣兩種燃料。值得關(guān)注的是，該船采用了優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，只設(shè)1個(gè)置中的貨艙，其C型LNG儲(chǔ)罐則位于船尾的駕駛艙下，這一方案有助于充分利用船體空間，確保LNG 儲(chǔ)罐不會(huì)占用貨艙空間及減少貨運(yùn)量。除了上述船型，近期DNV還在研發(fā)環(huán)保型VLCC。據(jù)稱，該船將配備雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)；為配合使用LNG燃料，還將安裝兩個(gè)C型儲(chǔ)罐

49、，每個(gè)儲(chǔ)罐的容積將達(dá) 13500立方米。德國勞氏船級(jí)社（GL）近期公布的“阿芙拉型油船優(yōu)加”設(shè)計(jì)概念也為安裝天然氣儲(chǔ)罐預(yù)留了空間，可采用天然氣燃料。此外，羅爾斯·羅伊斯公司推出的環(huán)保型船舶設(shè)計(jì)理念（Enviroship Concept），也把LNG作為集裝箱概念船等船型的燃料。4.1.3 氣體發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)較為成熟在船舶動(dòng)力系統(tǒng)領(lǐng)域，國際幾大發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)商經(jīng)過多年的技術(shù)研發(fā)，其產(chǎn)品已經(jīng)能夠滿足船舶應(yīng)用LNG燃料的需要。在此次會(huì)議上，瓦錫蘭集團(tuán)、曼柴油機(jī)與透平公司分別介紹了其雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。瓦錫蘭集團(tuán)目前推出了包括20DF、34DF和50DF型機(jī)在內(nèi)的DF系列機(jī)，并已成功在多艘船舶上應(yīng)用。

50、據(jù)介紹，與燃油模式相比，處于燃?xì)饽Ｊ降腄F發(fā)動(dòng)機(jī)可使船舶的一氧化碳排放量減少75%，二氧化碳排放量減少20%，氮氧化物的排放量減少80%，并實(shí)現(xiàn)硫化物的零排放，從而滿足國際海事組織（IMO）Tier III標(biāo)準(zhǔn)。目前，DF雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)已成功應(yīng)用在LNG船、近海供應(yīng)船、FPSO、化學(xué)品船等船型上，其累計(jì)商業(yè)應(yīng)用的時(shí)間已經(jīng)超過了150萬小時(shí)。而瓦錫蘭自2005年至今獲得的船用發(fā)動(dòng)機(jī)訂單中，DF雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的訂單占比達(dá)到了45%。MAN發(fā)動(dòng)機(jī)與透平公司則在其傳統(tǒng)ME-C發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上，研發(fā)出了型號(hào)相對(duì)應(yīng)的ME-GI系列低速二沖程雙燃料電噴發(fā)動(dòng)機(jī)。今年5月18日，該公司在其位于哥本哈根的柴油機(jī)研發(fā)中心

51、舉行了ME-GI雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的首發(fā)儀式。ME-GI發(fā)動(dòng)機(jī)能夠燃用任何比例的天然氣和柴油，甚至能燃用液化石油氣或重油，可用作LNG船、LPG船、集裝箱船等多種商用船舶的主推進(jìn)系統(tǒng)。其中，在4T50ME-X型發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上研發(fā)成功的4T50ME-GI 燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了一系列海試，已通過了各項(xiàng)性能驗(yàn)證測(cè)試。此外，DNV的環(huán)保概念礦砂船“Ecore”號(hào)就使用了2臺(tái)該公司的 6S60ME-C8.2-GI型雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。除了上述兩家企業(yè)，羅爾斯·羅伊斯公司則于2007年開始推出卑爾根船用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)，并實(shí)船應(yīng)用到挪威5艘近?？投纱稀Ｔ撔蜋C(jī)可以減少92%的氮氧化物以及23%的二氧化碳的排放，并能完全

52、消除硫氧化物及顆粒物，其燃料消耗效率可在現(xiàn)有雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上提高8%。4.1.4 采用小型LNG船進(jìn)行燃料補(bǔ)給船舶尤其是大型遠(yuǎn)洋船舶如何進(jìn)行LNG燃料補(bǔ)給是海事界十分關(guān)注的問題，目前，海上供氣裝置的缺乏是制約海運(yùn)行業(yè)推廣使用LNG的一大瓶頸。就目前成功的一些船舶改裝項(xiàng)目和一些以LNG為燃料的概念船的設(shè)計(jì)方案來看，在缺少海上供氣裝置的條件下，船舶供氣是一種較為可行的方案。根據(jù)目前挪威的一些成功案例，以LNG為燃料的船舶在靠泊，可通過岸上的管道補(bǔ)充燃料；而當(dāng)船舶在海上營(yíng)運(yùn)時(shí)，則可通過小型的LNG船來實(shí)現(xiàn)燃料補(bǔ)給。不僅如此，一些新概念船型也采取類似的供氣方案。此次DNV介紹的環(huán)保概念礦砂船“Ec

53、ore”號(hào)就采用了類似的解決方案，有燃料供給船來為該船提供液化天然氣和燃油補(bǔ)給?！癊core”號(hào)的LNG儲(chǔ)量為4000立方米，燃料供給船通過直徑68英寸的軟管進(jìn)行供給，補(bǔ)給時(shí)間為915小時(shí)。以LNG為燃料不僅能夠使船舶符合IMO Tier III等廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)，也是幫助船舶滿足EEDI的一個(gè)有效途徑，且海事業(yè)現(xiàn)有技術(shù)已能夠滿足船舶使用LNG的要求。為此，有業(yè)內(nèi)人士預(yù)測(cè)，到2015 年，以LNG為燃料的船舶有望增加到8001000艘。目前一些國際組織已準(zhǔn)備起草LNG燃料補(bǔ)給船相關(guān)接口、操作方面的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)。而根據(jù)DNV等機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè)，今后海上LNG補(bǔ)給裝置也有望進(jìn)一步增加?？梢灶A(yù)計(jì)，在這些利好因素

54、的推動(dòng)下，未來LNG燃料在海運(yùn)業(yè)的應(yīng)用范圍將會(huì)得到不斷拓展。4.2 LNG動(dòng)力系統(tǒng)目前的成功應(yīng)用LNG燃料早在1964年就開始應(yīng)用于LNG運(yùn)輸船，但直到2000年才開始應(yīng)用于其他類型船舶。據(jù)統(tǒng)計(jì)，20002010年全球采用LNG作為燃料的船舶共22艘（不包括LNG運(yùn)輸船）。與其他船用燃料相比，LNG燃料最主要的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)環(huán)境的影響較小，排放量最小。但LNG作為船用燃料，則要改變主機(jī)和燃料艙的設(shè)計(jì)布置，圓柱形壓力罐所需空間約為等量柴油所需空間的34倍，特殊的儲(chǔ)氣罐和艙室結(jié)構(gòu)增加了LNG儲(chǔ)存的重量，約為船用柴油的1.5倍，使建造成本增加約8%20%，同時(shí)維護(hù)成本也會(huì)隨之增加。目前，建造最多的LNG燃

55、料船舶是渡船，其中包括車/客渡船、滾裝船、客滾船等，因?yàn)檫@些船舶多屬于短途沿海航行，對(duì)LNG儲(chǔ)氣罐大小的要求較低。下面介紹幾種LNG動(dòng)力系統(tǒng)的船舶。4.2.1 世界首艘LNG燃料渡船挪威作為L(zhǎng)NG生產(chǎn)大國，為了提高挪威氣體燃料技術(shù)和獲得良好的環(huán)境效應(yīng)，1996年挪威議會(huì)決定分別建造采用CNG和LNG作為燃料的兩種類型車/客渡船。2000年，世界首艘采用LNG為燃料的渡船“M/F Glutra”號(hào)由阿克爾船廠建造完工。通過采用LNG燃料，該船可以減少80%的NOX排放量，總成本比采用柴油燃料的渡船高30%，但船廠和運(yùn)營(yíng)商認(rèn)為由于屬于新技術(shù)的首次應(yīng)用，費(fèi)用的提高在可接受范圍內(nèi)。圖4-1 LNG燃料

56、渡船“M/F Glutra”號(hào)該渡船的LNG燃料推進(jìn)原理是LNG從卡車儲(chǔ)氣罐注入到船上的不銹鋼儲(chǔ)氣罐，該不銹鋼儲(chǔ)氣罐布置在甲板下的雙壁不銹鋼容器中。LNG通過發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑蒸發(fā)后進(jìn)入4臺(tái)超稀薄燃燒天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)中。每臺(tái)發(fā)電機(jī)與對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)相匹配，通過變頻器將電能供應(yīng)到1000kW的異步電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)位于船尾的雙槳，以提供較好的操縱性。LNG儲(chǔ)存在2個(gè)真空、珍珠巖絕熱不銹鋼低溫儲(chǔ)氣罐中，該儲(chǔ)氣罐由AGA Cryo AB公司提供。每個(gè)LNG儲(chǔ)氣罐容積約為32m3，最大填充率為85%。儲(chǔ)氣罐的外層是不銹鋼容器，該容器為雙壁結(jié)構(gòu)，中間填充礦物纖維。不銹鋼容器可以防止LNG逸出，還

57、避免低溫液體對(duì)船體鋼板的冷卻侵蝕。對(duì)于氣體系統(tǒng)的要求之一是當(dāng)船舶以最高速度與碼頭發(fā)生碰撞時(shí)不會(huì)出現(xiàn)任何損壞。2個(gè)儲(chǔ)氣罐設(shè)置在位于主甲板下的兩個(gè)獨(dú)立艙室，每個(gè)艙室還配有蒸發(fā)器，蒸汽通過雙管輸送至壓力為4bar的主機(jī)艙。為了安全起見，發(fā)動(dòng)機(jī)的布置遠(yuǎn)離LNG儲(chǔ)氣罐，位于汽車主甲板上的一個(gè)狹小舷邊甲板。發(fā)動(dòng)機(jī)采用4臺(tái)三菱GS12R-PTK型超稀薄燃燒天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速為1500r/m時(shí)單機(jī)功率為675kW，發(fā)動(dòng)機(jī)在滿載時(shí)的熱效率為37%。4臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)分布在4個(gè)不同的、通風(fēng)性好的機(jī)艙，可以通過一套系統(tǒng)中的多個(gè)氣體檢測(cè)器進(jìn)行監(jiān)控，能夠確保在氣體濃度超過某一水平時(shí)依靠截流閥切斷氣體流動(dòng)。泄漏的氣體通過管道進(jìn)入

58、桅桿頂部。當(dāng)任一機(jī)艙中的氣體混合物達(dá)到最低爆炸水平（LEL）的20%時(shí)，氣體檢測(cè)器會(huì)發(fā)出報(bào)警并且在發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到60% LEL時(shí)自動(dòng)切斷氣體供應(yīng)。機(jī)艙的爆炸分析表明：在最壞的情況下，主機(jī)的兩扇窗格門（sashed-door）將爆裂并立即釋放壓力而不影響其他主機(jī)室。在正常操作下，2臺(tái)主機(jī)可以為推進(jìn)和其他能量消耗提供足夠的功率，第3臺(tái)發(fā)電機(jī)作為備用或用于增速或用于惡劣天氣條件下。第4臺(tái)發(fā)電機(jī)為其他主機(jī)維護(hù)時(shí)使用。通過這種配置，該船能夠進(jìn)行23年的全年持續(xù)航行。船上LNG燃料的補(bǔ)給由Statoil公司的卡車供應(yīng)，通過舷側(cè)開口進(jìn)行補(bǔ)給?？ㄜ噧?nèi)的LNG在1臺(tái)空氣加熱蒸發(fā)器的壓力作用下輸送到渡船LN

59、G儲(chǔ)氣罐。補(bǔ)給過程一般在夜間及無人登船的情況下進(jìn)行，每次補(bǔ)給47m3或16t的LNG，耗時(shí)2個(gè)小時(shí)，補(bǔ)給周期約為每5或6天一次。據(jù)了解，F(xiàn)jord1集團(tuán)目前共運(yùn)營(yíng)10艘LNG燃料船舶，該公司表示，通過多年的運(yùn)營(yíng)采用LNG作為燃料的渡船具有良好的環(huán)保性，可以減少19%的CO2、91%的NOX、100%的SO2和顆粒物，而且噪聲污染較低。不過建造費(fèi)用可能會(huì)增加15%20%，維護(hù)成本比柴油主機(jī)高。4.2.2 瓦錫蘭65000噸級(jí)LNG燃料旅游船圖4-2瓦錫蘭65000噸級(jí)豪華旅游船圖4-3 65000噸級(jí)豪華旅游船雙燃料推進(jìn)布置圖2011年，瓦錫蘭公司公布了65000噸級(jí)LNG燃料豪華旅游船的設(shè)計(jì)方案。該船長(zhǎng)260米，船寬34米，最大寬度為43.2米，船員650人，客艙780間，載客能力為1900人，航速19節(jié)。船上安裝3個(gè)46