【文章內(nèi)容簡介】 關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主要包括兩個方面：一是進一步完善規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)體系。全力推進《氣體燃料動力船舶檢驗指南》的出臺；加快推進改裝船廠評估和船舶設(shè)施設(shè)備產(chǎn)品的認(rèn)證認(rèn)可；進一步完善并頒布船員操作指南，開展船員培訓(xùn)和發(fā)證工作。二是實現(xiàn)船舶改造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化。進一步優(yōu)化儲罐及管路設(shè)計，針對不同類型、不同噸位的船舶，提出不同的設(shè)計方案，并制定相關(guān)的施工工藝流程，實現(xiàn)設(shè)計、施工的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。三是研究出臺相關(guān)扶持政策。在試點推廣初期，研究出臺相關(guān)扶持政策，主要包括三個方面：一是資金扶持。研究通過建立專項補助資金、政府貼息、過閘費減免等方式，在推廣初期對柴油LNG雙燃料動力改裝船舶給予適當(dāng)資金扶持。二是土地政策支持。在港口和沿河加氣站點、LNG儲備庫等基地的土地征用中給予適當(dāng)政策支持。三是建立項目工作協(xié)調(diào)機制。針對加氣站的布點規(guī)劃和立項審批、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，簡化程序。據(jù)挪威船級社統(tǒng)計，截至2011年底，全球有22艘LNG動力船舶已在商業(yè)化運營。到2015年，全球以LNG為燃料的新船訂單將達(dá)到500艘，到2020年將升至數(shù)千艘。五、目前LNG船動力裝置介紹LNG船是載運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，相對于其他類型的船舶而言，LNG船在LNG動力技術(shù)研究上是比較成熟的，這里就以LNG船為例來介紹幾種LNG動力裝置。蒸汽輪機占據(jù)今天全球LNG船推進系統(tǒng)的主流，主要原因為：LNG船舶的航速要求一般較高，蒸汽輪機輸出功率大，可以滿足LNG船對大功率推進系統(tǒng)的要求；同時系統(tǒng)功率裕量較大、可靠性較高，可以滿足交貨時效性的要求；在蒸汽輪機系統(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；在只燃燒蒸發(fā)汽時排出的排放物也較為清潔；維護不是很頻繁且費用也相對較低；主鍋爐和蒸汽透平結(jié)合的主推進系統(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)長的時期內(nèi)只被少數(shù)幾個發(fā)達(dá)國家所掌握，同時市場長期處于供過于求的狀態(tài)，LNG價格較低，蒸汽輪機系統(tǒng)的整體經(jīng)濟性較好。而其他主推進系統(tǒng)方案相對地都或多或少存在一些技術(shù)瓶頸，成了作為LNG船主推進系統(tǒng)的障礙。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，蒸汽輪機系統(tǒng)在某種程度上說已成為LNG船的標(biāo)準(zhǔn)主動力系統(tǒng)。蒸汽輪機推進系統(tǒng)主要由鍋爐、蒸汽輪機和齒輪減速傳動裝置組成。其工作原理是鍋爐產(chǎn)生的蒸汽通過蒸汽渦輪機將熱能和壓力勢能轉(zhuǎn)換成動能驅(qū)動渦輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，經(jīng)減速裝置減速后帶動螺旋槳轉(zhuǎn)動，從而推動船舶前進。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)。鍋爐可以單獨燃燒蒸發(fā)氣或燃油，也可以兩種燃料同時使用。其工作原理如圖1所示。蒸汽輪機保養(yǎng)費用相對較低，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)計及其工作環(huán)境條件，通常自然蒸發(fā)率設(shè)計為0．15％左右，有些正在營運的船舶蒸發(fā)率可低到0．10％左右。在壓載航行時，可得到的蒸發(fā)汽量只有滿載航行時的10～50％，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LNG船來說，不管選擇何種推進系統(tǒng)，都必須采取某種方式來處理蒸發(fā)汽，把它用作推進系統(tǒng)的燃料或進行再液化。LNG蒸發(fā)汽在空氣中爆炸濃度范圍是5～14％，釋放到大氣不但不經(jīng)濟而且非常危險。LNG是在常壓下運輸?shù)模ǔＲ贺浥摪踩y設(shè)定壓力為25KPa，真空壓力設(shè)定為低于大氣壓1KPa，航行時要避免貨艙超壓或出現(xiàn)負(fù)壓。圖1 蒸汽輪機推進系統(tǒng)原理圖安全在天然氣運輸中是極其重要的，蒸汽輪機主推進系統(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)計使得LNG船有極好的安全記錄。迄今為止，除發(fā)生過個別型號蒸汽輪機齒輪箱過度磨損事故外，并無其他重大機損事故報告。LNG船造價高昂，延長船舶使用壽命是降低船舶營運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、貨艙和主推進裝置的服務(wù)壽命。船體、貨艙和主推進系統(tǒng)的維護管理是LNG船舶管理的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)日本船級社1992年的技術(shù)簡報《對防范非自持式液化氣船舶事故的反思》，通過對29艘非自持式液化氣船舶的事故調(diào)查分析““，其結(jié)果表明液化氣運輸船舶的安全系數(shù)很高，貨艙發(fā)生液化氣泄漏的危險性很低。蒸汽輪機推進系統(tǒng)的主要缺點是：蒸汽輪機系統(tǒng)的燃油消耗率比低速柴油機高，系統(tǒng)整體熱效率低，燃料消耗量大。只有當(dāng)蒸發(fā)汽的價格與燃油的價格相比足夠低時，此種方案的推進系統(tǒng)在營運的經(jīng)濟性方面才有一定的優(yōu)勢，越過了某一價格的臨界點，系統(tǒng)的經(jīng)濟性差的問題便凸顯出來了。在LNG船上采用燃?xì)廨啓C推進裝置，可采用機械式或電力式。燃?xì)廨啓C重量較輕，無振動、并且可以使用雙燃料(使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。然而，燃?xì)廨啓C對電站和氣體壓力的要求較高，這會使安裝更復(fù)雜，費用更為昂貴。羅爾斯—羅伊斯燃?xì)廨啓C公司，于2002年初推出了供LNG船選用的Trent30型燃?xì)廨啓C。該機輸出功率達(dá)36MW，且重量較輕，不到26噸。與蒸汽輪機相比，這種燃?xì)廨啓C在整個使用期間可以節(jié)約營運成本2096左右。如選用Trent30型燃?xì)廨啓C作LNG船主機，船的總長可縮短19米，而載重量卻可增加12％，這對提高船舶經(jīng)濟效益至關(guān)重要。Trent30型燃?xì)廨啓C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的重要條件之一。阿爾斯通公司和通用動力公司也準(zhǔn)備為LNG船提供燃?xì)廨啓C。他們認(rèn)為，LNG船采用燃?xì)廨啓C推進可以節(jié)省很大的艙內(nèi)空間和減輕主機重量。阿爾斯通公司已向LNG船市場推出了輸出功率達(dá)17兆瓦的GT35型燃?xì)廨啓C。該機是能使用柴油和天然氣混合燃料的雙燃料發(fā)動機，柴油和天然氣的混合比為2：8。目前船東對這種燃?xì)廨啓C很感興趣。通用動力公司生產(chǎn)的LM2500型和LM6000型燃?xì)廨啓C也適合于LNG船，這兩型燃?xì)廨啓C具有可靠性高、重量輕、單位重量的功率很大等特點。為了滿足對LNG船冗余度方面的要求，可在一艘LNG船上可安裝兩臺燃?xì)廨啓C或采用燃?xì)廨啓C加余熱鍋爐或采用燃?xì)廨啓C與柴油機聯(lián)合動力裝置。復(fù)合渦輪機組(即燃?xì)廨啓C發(fā)動機十蒸汽輪機發(fā)動機)，是在用燃?xì)廨啓C燃燒蒸發(fā)汽的同時，利用廢氣能量產(chǎn)生蒸汽，驅(qū)動蒸汽輪機。這種發(fā)動機的燃料效率較一般的蒸汽輪機好，而且排放的廢氣與汽輪發(fā)動機相同，是比較清潔的。缺點是需要高質(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裝置相結(jié)合。從環(huán)保因素考慮將來有可能會采用此種方案的推進系統(tǒng)。該種推進方式采用雙燃料發(fā)電機組產(chǎn)生電能，供給船舶推進電動機組，經(jīng)減速裝置減速后驅(qū)動螺旋漿轉(zhuǎn)動。在建船舶中，己有LNG船采用此種推進方式，根據(jù)其配置的不同有多種型式可供選擇，其原理如圖2。由于雙燃料發(fā)動機可使用低壓氣體，在發(fā)動機入口處壓力在4bar至5bar之間，其壓縮機組與目前使用蒸汽輪機推進裝置的船舶基本相同?；陔p燃料發(fā)動機的電力推進裝置的總效率高于40％，與蒸汽推進裝置的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)動機的數(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13．5萬立方米的LNG船所需功率大約為30唧，可由4臺50DF發(fā)動機組組成，其MCR輸出功率為950千瓦／缸，熱效率高達(dá)46．5％“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缸機或9缸機。多臺機使系統(tǒng)具有良好的冗余特性，同時也具有良好的機動性，適應(yīng)不同的運營模式要求，如機動操縱、在港口等待、裝載及卸貨等。在海上和港口中可進行靈活的預(yù)防性維護，這對蒸汽裝置或者說大型二沖程發(fā)動機都是不可能的。圖2 雙燃料電力推進系統(tǒng)原理圖近年來的研究表明，最有利的方案就是使用強制蒸發(fā)汽以代替燃油。這種推進方式冗余度高，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。雙燃料發(fā)動機(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)動機是從重油柴油機發(fā)展而來。因此雙燃料發(fā)動機推進裝置也是現(xiàn)代LNG船一個具有強有力競爭力的選擇。該裝置的系統(tǒng)簡圖見圖3。雙燃料發(fā)動機是一種經(jīng)過特殊改造的可直接燃燒LNG蒸發(fā)汽和燃油的內(nèi)燃機，有高壓型和低壓型兩種。高壓型雙燃料內(nèi)燃機在噴射少量的點火柴油后，即可將船上蒸發(fā)的LNG氣體高壓噴射進入燃燒室燃燒；低壓型雙燃料柴油機可將船上蒸發(fā)的LNG氣體以較低的壓力(約4bar／cm2)噴射進入燃燒室，在輕油點火下燃燒。前者使用高壓LNG管路有泄漏的危險，后者則需要額外配置點火裝置。據(jù)有關(guān)資料，在挪威近海項目中，在小型LNG船上推進系統(tǒng)有直接采用了雙燃料發(fā)動機作為主推進裝置，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)動機己經(jīng)面市，使雙燃料發(fā)動機作為液化天然氣(LNG)船推進主機的構(gòu)想變?yōu)楝F(xiàn)實。瓦錫蘭50DF型柴油機就是一種以天然氣和柴油作為燃料的雙燃料發(fā)動機。在正常工作時，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，才切換到燃油狀態(tài)。在預(yù)燃室中噴入燃油啟動發(fā)動機。與常規(guī)動力裝置相比，使用這種雙燃料發(fā)動機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營成本，可節(jié)約燃料20％~30％，提高發(fā)動機的效率。，MAN B＆W柴油機公司對燒重油的蒸汽輪機與燒重油和天然氣的雙燃料發(fā)動機進行了比較，后者每年可為船東節(jié)約250萬美元左右的費用“1。同時，雙燃料發(fā)動機具有很低的排放，其氮氧化物的排放量只相當(dāng)于普通柴油機的1／10，二氧化碳的排放也相當(dāng)?shù)?。由于雙燃料發(fā)動機可以在氣體燃料和液體燃料兩種模式下交替工作，而且兩種模式是自動切換，在停止氣體燃料供應(yīng)時，發(fā)動機不會停止運行，而是自動切換到液體燃料模式。隨著船舶動力裝置的不斷發(fā)展，雙燃料發(fā)動機以其可使用兩種燃料、重量輕、制造成本較低等優(yōu)點將成為今后LNG船主推進裝置的一個重要選擇。圖3 雙燃料發(fā)動機推進裝置系統(tǒng)圖瓦錫蘭雙燃料發(fā)動機配有精確的電子控制設(shè)備，將布置在柴油機各位置上的傳感器聯(lián)系在一起，對各種參數(shù)如負(fù)載、轉(zhuǎn)速、燃燒特性、廢氣排放溫度等進行監(jiān)控，控制系統(tǒng)對輸入的信號與系統(tǒng)設(shè)定的數(shù)值進行分析比較，立即對天然氣供氣壓力、供氣量、供氣正時和空燃比進行調(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，所有的缸在任何條件下都有最佳的性能。LNG貨物蒸汽對瓦錫蘭6L50DF發(fā)動機是一個很好的燃料，唯一需要考慮的是氣體組成的變化，即氮氣在蒸發(fā)汽中的含量。通常，氮對發(fā)動機不是有害的，發(fā)動機吸入的空氣中氮含量就高達(dá)78％，不過，因為它是惰性氣體，對燃燒沒有貢獻，蒸發(fā)汽的能量(熱值)比純甲烷低。