LNG双燃料系统技术方案准备

(扬州中远海运重工有限公司，江苏 扬州 225211)

0 引言

LNG因其储量丰富、安全稳定、价格低廉及环保属性，已经成为替代燃油的首要选择。随着运输船规模的扩大、加注站和加注船的增多、LNG技术在应用过程中的优化和改进，运输成本高、加注困难和技术稳定性等问题正在逐步得到解决，页岩气技术的发展和探明储量的增加，也促使价格进一步下降。由于新造船舶的设计使用寿命较长，必须具有技术前瞻性，LNG双燃料船舶既可以应对目前LNG单燃料的不足又能满足技术前瞻性的要求，已经成为船东的首选，造船企业应尽早做好技术方案的准备。

1 LNG双燃料系统及关注的重点

LNG双燃料系统包括存储、输送、汽化、阀组单元、惰气、通风及控制系统等共计模块和双燃料主机、双燃料发电机和双燃料锅炉等消耗设备。

现代总装造船模式下，船厂的主要职能为整体设计并组织采购、生产、总装、安装和调试等工程以满足既定的设计指标。对于LNG双燃料系统的技术方案，应重点关注对船舶整体性能有影响LNG燃料舱的选型及布置和主机选型等关键技术，具体的技术细节由专业化的配套企业予以解决。

2 燃料舱的选型与布置

燃料舱的选型及布置问题，关系到船舶总体布置、稳性、性能和规则规范的适用性等，应根据船舶的建造及运营特点，结合经济性进行综合考虑，针对不同船型，给出差异化的技术方案。

2.1 选型

燃料舱由运输船的存储舱衍生而来，主要分为独立型和薄膜型2大类，针对燃料舱需要部分装载能力、技术成熟度高和安全性高的特点，主要包括独立B型、C型以及薄膜型的 MARK Ⅲ等，具体特点如表1。

表1 燃料舱形式对比表

C型燃料舱经济性好、技术成熟度高、工艺简单、不延长施工周期、承压能力强且可以灵活选择压力值、泄露风险小，安全性强、维护保养方便等，是比较理想的选择。但是一般为对称布置的双层罐体，占用空间较大，单位重量大于其他形式，对于燃料需求量大的超大型集装箱船适应性不强，对船舶稳性和装载空间有影响，需考虑其他形式。B型在耐压性、材料、施工周期、专利费和技术成熟度方面均优于MARKⅢ，而MARKⅣ有限的施工和材料供应商、严苛的施工条件和环境要求均不利于其推广成为燃料舱。

2.2 布置

燃料舱应布置在船舶横摇和纵摇的中心以减少燃料舱的晃动并兼顾经济性和安全性，目前接受度较高的3种布置方式为主甲板以上船艉区域、上建前部区域和主甲板以上区域，其特点如表2。

表2 燃料舱布置特点对比表

布置在甲板上方，考虑自然通风即可，安全性高，系统简单，经济性好，布置在甲板下方，需要设置隔离区，防爆装置，专用通风系统及更多的安全控制报警装置，系统较为复杂，初始投资高，损失载货空间，因此如无特殊限制，布置在甲板上方应为优选方案，除超大型集装箱船因燃料需求量大，燃料罐体积和重量较大，且船舶重心高，甲板空间需用于载货，须考虑布置在主甲板以下空间，从控制载货空间损失考虑，多数布置在上建生活区正下方，但需要提前做好生活区的防震准备。散货船和中小型集装箱船的上建前部为装载空间，需要考虑布置在船艉区域，应避免影响系泊设备使用，而油轮的甲板空间较大，考虑布置在纵摇的中心以提高船舶稳性和减少燃料舱的晃动，优选布置在上建前部。

3 主机选型问题

双燃料主机主要有两种形式，一种为Diesel循环，与传统主机原理相同，一种为Otto循环，在上行过程中喷入燃气，将燃气和空气混合并压缩，在上止点喷入点火油点燃，两种形式在控制温室气体和硫化物排放方面性能显著，差异见表3。

表3 主机特点对比表

Diesel循环的主机在热效率、控制缸内爆燃和燃料品质方面均领先于Otto循环，但点火油需求量较大，特别是其供气系统压力过高，对系统密封性要求较高，安全风险显著增加，同时需要额外加装SCR或EGR来满足TIER Ⅲ，增加系统复杂性的同时，使初期投资变大，经济性变差，而Otto循环为预混合燃烧，燃烧温度低，NOX的生成量少，能够满足TIER Ⅲ，同时供气系统压力低，系统简单可靠，安全性高，虽然对LNG的甲烷值有限制，但目前全球90%以上的LNG甲烷值均高于65，基本不存在使用限制，虽然甲烷逃逸量略大，但仍在安全范围内，并可以通过改善气阀重叠角、活塞倒角和燃烧室形状等技术来减少甲烷逃逸量，建议优选Otto循环的双燃料主机。

4 结语

散货船船与中小心集装箱船应采用C型布置在船艉区域，油轮应采用C型布置在上建前部，超大型集装箱船应布置在上建生活区下部，主机均采用Otto循环进行技术方案准备，后续应结合营运需求确认燃料舱的储量，罐体区域结构强度和主机型号和功率选定等问题来优化设计方案，同时做好建造策划，优化生产顺序，研讨安装和调试工艺，做好生产准备，形成LNG供气系统的独立设计能力，自行组织采购以降低成本来增强市场竞争力。