摘　要：探討船舶油改氣的技術方案，以及幾種船舶LNG加氣方式(岸基LNG加氣、水上LNG加氣站加氣、動力LNG加氣船加氣、應急加氣)。分析船舶油改氣后的經濟效益和環(huán)境效益，介紹了LNG船舶的安全性及安全措施。

關鍵詞：LNG船舶；  油改氣；  柴油—LNG雙燃料

Discussion on Technical Scheme and Economy for Conversion from Oil to Gas for Ships

Abstract：The technical scheme for conversion from oil to gas for ships and several LNG refueling modes for ships including shore-based LNG refueling，on-the-water LNG station refueling，LNG-powered ship refueling and emergency refueling are discussed．The economic and environmental benefits after conversion from oil to gas for ships are analyzed．The security and safety measures of LNG-powered ships are introduced．

Keywords：LNG-powered ship；conversion from oil to gas；diesel．LNG dual fuel

1　概述

進入21世紀，氣候變化問題已成為影響人類社會發(fā)展和全球政治經濟格局的重大戰(zhàn)略課題，交通運輸作為能源消費和溫室氣體排放的重點行業(yè)之一，是推進節(jié)能減排工作的重要領域。因此，在水運交通方面推廣清潔能源對低碳運輸、保護水質具有十分重要的作用和意義。

使用液化天然氣(LNG)作為內河船舶燃料，在優(yōu)化能源結構、保障能源安全、減少污染物排放、促進環(huán)境可持續(xù)發(fā)展、降低船舶運營成本等方面都具有不可比擬的優(yōu)勢^[1]。本文就船舶油改氣的改裝技術方案及優(yōu)越性進行探討。

2　船舶油改氣改裝技術方案

柴油船舶改裝分為兩種，其燃料分別是LNG單燃料或柴油—LNG雙燃料。為了提高船舶的經濟性，國內柴油機廠紛紛進行LNG單燃料發(fā)動機技術的研究，LNG單燃料發(fā)動機技術逐漸成熟，國內廣柴、玉柴等公司均有成品面市。LNG單燃料船舶與柴油—LNG雙燃料船舶相比，LNG能完全替代柴油，還能提高運行中天然氣的利用效率，從而進一步降低燃料成本。但考慮當前船舶LNG加氣站等基礎設施不健全，船舶加氣得不到保障，一旦燃料補給出現(xiàn)問題，船舶就會停運，因此LNG單燃料船舶初期推廣難度較大，本文著重介紹柴油—LNG雙燃料船舶的改裝技術。

3　改裝成柴油—LNG雙燃料船舶技術方案

以柴油—LNG雙燃料替代柴油單一燃料，船舶改造后，由單獨用油工作模式改為單獨用油、油氣摻混使用兩種工作模式。主要需改造和新裝的為發(fā)動機機艙內的柴油機、柴油—LNG雙燃料發(fā)動機管理系統(tǒng)、機艙外的LNG儲氣供氣系統(tǒng)、消防系統(tǒng)，各系統(tǒng)或設備包含的關鍵設備或部件、主要功能和狀態(tài)見表1。

①柴油—LNG雙燃料電控噴射系統(tǒng)

改裝后，船舶保持原有柴油機主體結構和燃燒方式不變，增加一套LNG儲氣供氣系統(tǒng)和柴油—LNG雙燃料電控噴射系統(tǒng)，通過電子轉換開關，實現(xiàn)柴油單一燃料燃燒和油氣雙混燃燒兩種運行模式的轉換。加裝柴油—LNG雙燃料電控噴射系統(tǒng)后，通過接收各種傳感器信號，柴油—LNG雙燃料電控噴射系統(tǒng)中的電子控制單元(ECU)將嚴格限制柴油的供應量，并同步協(xié)調控制天然氣的噴射量。

柴油—LNG雙燃料電控噴射系統(tǒng)通過控制柴油機原有的燃油泵的輸出限制柴油供應量，天然氣經過天然氣噴射閥精確計量后噴射到發(fā)動機進氣道內。天然氣噴射量由電子控制單元根據(jù)傳感器信號，通過控制天然氣噴射閥的有效開度來確定。

安裝柴油—LNG雙燃料電控噴射系統(tǒng)后，在全柴油工作模式時，發(fā)動機工作模式與原來完全相同，不會影響發(fā)動機的供油，供油量與未安裝柴油—LNG雙燃料電控噴射系統(tǒng)前完全一致。

②LNG儲氣系統(tǒng)

LNG儲氣系統(tǒng)包含LNG儲罐(或瓶組)、氣化器以及各種閥門和安全裝置。LNG儲罐采用雙層金屬、真空結構，保冷性能優(yōu)異，同時配備有各種安全裝置，可確保超壓和碰撞情況下系統(tǒng)的安全。LNG儲罐很大程度上決定了改裝成本，其形式和容積需根據(jù)改裝船舶的構造、加氣方式、經濟航速、航程、耗油量等運行參數(shù)進行選擇。

4　加氣方式

①岸基加氣

岸基加氣是最規(guī)范的加氣模式，儲存規(guī)模為500m³以上。在岸上設置LNG低溫儲罐，并在碼頭設置加氣槍，通過管廊將岸上儲罐內的LNG輸送到碼頭，給船舶加氣。但通過管廊輸送LNG將產生一定量的存液，需要回收處理。

②水上LNG加氣站加氣

水上LNG加氣站是利用水上躉船作為加氣船，船艙作為儲液倉。此種加氣方式受水位影響小，適應性強，減少了管廊輸送LNG的環(huán)節(jié)，能夠減少LNG損耗^[2]。但此種方式造價高，且儲存規(guī)模較岸基加氣站小，一般為100～200m³。

③動力LNG加氣船加氣

動力LNG加氣船作為LNG運輸補給船舶，可直接給其他船舶加氣，在加氣過程中用專用LNG低溫軟管進行連接，以適應船體間的不穩(wěn)定性，實現(xiàn)給船舶加氣。該加氣方式主要對正在作業(yè)的工程船和區(qū)域運營船進行應急保障，加氣方式靈活機動，提高了LNG的供應保障能力。

④應急加氣

在不具備建設LNG加氣站條件的散貨碼頭，可以利用LNG移動加液車加氣或吊換LNG瓶組(對于采用瓶組式LNG儲氣系統(tǒng)的改裝船)。利用LNG移動加液車加氣時，LNG移動加液車可以直接?？吭谘b卸區(qū)內給船舶加氣(見圖1)。

對于采用瓶組式LNG儲氣系統(tǒng)的改裝船，可以將提前充裝好的備用瓶組運至碼頭，每只容積500L的鋼瓶充液后質量約700kg，加氣時改裝船停靠在碼頭，用簡易吊裝設備即能吊換LNG瓶組。如遇枯水期船舶無法靠岸，也可用小船運輸LNG瓶組至改裝船進行吊換。應急加氣方式經濟實用，對碼頭的要求低，適用于船舶油改氣項目初期試點階段。

5　改裝前后的經濟效益、環(huán)境效益比較

①經濟效益

對于柴油—LNC雙燃料船舶，LNG替代約70％的燃油時(LNG替代率為70％)發(fā)動機運行穩(wěn)定，即LNG與柴油使用比例(質量比)約為7：3。根據(jù)柴油—LNG雙燃料船舶運行經驗數(shù)據(jù)可知，船舶油改氣后預計能節(jié)約16％～20％的燃料成本，運營企業(yè)的贏利能力將因此大大增強。

2000t級散貨船改裝前后的經濟效益比較見表2(表2中的數(shù)據(jù)是實際運行數(shù)據(jù))，其他幾種船舶改裝前后燃料費用及投資回收期測算見表3。

②環(huán)境效益

天然氣為綠色能源，完全燃燒僅產生水和二氧化碳，不對大氣環(huán)境造成污染。且LNG在液化前必須經過嚴格的凈化，因而雜質含量遠遠低于柴油、汽油。船舶油改氣后，將大大降低CO2、S、煙塵、廢油、廢水的排放量，降低噪聲，減少水質及大氣污染，提高環(huán)境質量，對建設“環(huán)境友好型、資源節(jié)約型”社會、實現(xiàn)“十二五”節(jié)能減排目標具有重大意義。

根據(jù)國家發(fā)改委提供的能源碳排放量計算方法，LNG與燃油的碳排放強度系數(shù)分別為0.27和3.18，即每消耗1kg LNG產生0.27kg的CO2，每消耗1kg燃油產生3.18kg的CO2，據(jù)此對2000t級散貨船改裝前后的碳減排量進行測算比較，見表4。

6　安全性和安全措施

船舶“油改氣”市場雖然廣闊，但LNG作為船舶新興綠色能源，能否正確認識和解決安全問題，對船舶“油改氣”的推廣至關重要。與常規(guī)燃料相比，LNC具有低溫、易燃、易爆的特性，但從以往LNG運輸船舶的運營情況來看，擁有40多年非常良好的安全記錄，尚未發(fā)生人員死亡或貨物損毀的海上事故。因此，LNC的易燃、易爆等風險，可通過適當?shù)膰o、防爆、通風等措施予以控制，同時，找出主要風險源，從而有效預防和控制風險。

LNG改裝船危險主要集中在“三點一線，四大部件”，即LNG儲罐、發(fā)動機、充裝口、管道系統(tǒng)(含相關閥件)，主要危險在于燃氣泄漏而產生火災危害。因此，在重要危險源部位安裝燃氣泄漏報警器及自動切斷裝置，劃分重點防火區(qū)域，建立完善的安全監(jiān)控系統(tǒng)，以保證船舶安全運行^[3]。

另一方面，相關監(jiān)管部門應加強對改裝船只的船員進行培訓，對船舶公司的質量管理體系進行有效監(jiān)管，消除安全隱患。近年來，中國船級社陸續(xù)完成了LNG動力船相關指南、原則、技術要求等的制定工作，《天然氣燃料動力船舶規(guī)范》已于2013年9月1日正式發(fā)布，《天然氣燃料動力船舶法定檢驗暫行規(guī)定》也已上報中國海事局，法規(guī)、規(guī)范體系的逐步完善，為船舶油改氣產業(yè)筑起了一道強有力的安全保障。

參考文獻：

[1]王衛(wèi)琳，林權．采用LNG作為船用燃料的探討[J].煤氣與熱力，2013，33(3)：B10-B14．

[2]王衛(wèi)琳，賴建波，林權，等．船舶LNG加氣站建設方案及技術研究[J]．煤氣與熱力，2013，33(5)：B05-B11．

[3]楊培舉．油改氣的安全命題[J]．中國船檢，2013(9)：11-14．

本文作者：羅燦保

作者單位：宜春深燃天然氣有限公司