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1、<p> 內(nèi)河LNG燃料動(dòng)力船舶機(jī)艙形式對(duì)比與選擇</p><p> 摘 要:三種類型的LNG動(dòng)力機(jī)艙,因規(guī)范要求和船舶用途不同,所適用的船型也不同,就新建內(nèi)河貨船來講,本質(zhì)安全型機(jī)艙更加適合。而ESD防護(hù)式機(jī)艙更適合對(duì)電力需求較大的船舶,增強(qiáng)安全型機(jī)艙則更適合于進(jìn)行LNG動(dòng)力改造的船舶。 </p><p> 關(guān)鍵詞:LNG燃料 動(dòng)力系統(tǒng) 船舶安全 </p>
2、<p><b> 前言 </b></p><p> LNG(Liquefied Natural Gas 液化天然氣)作為一種清潔、高效的能源,越來越受到青睞,供應(yīng)量以每年12%的速度增長(zhǎng)。在船舶行業(yè),許多船東也正在使用或計(jì)劃使用LNG燃料作為船舶動(dòng)力。 </p><p> LNG動(dòng)力在船舶行業(yè),可運(yùn)用的范圍非常廣泛,根據(jù)《天然氣燃料動(dòng)力船舶規(guī)范》(以下
3、簡(jiǎn)稱《規(guī)范》),除了客船和危險(xiǎn)品運(yùn)輸船外,均可使用。但LNG經(jīng)過氣化后,是一種可燃?xì)怏w,當(dāng)達(dá)到一定濃度范圍,就存在爆炸的危險(xiǎn),因此LNG燃料動(dòng)力船舶的機(jī)艙安全性尤為重要。為使LNG危害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)和影響降至最低,《規(guī)范》提供了三種機(jī)艙布置的形式,分別是“本質(zhì)安全型”、“ESD防護(hù)式”、“增強(qiáng)安全型”。 </p><p> 鑒于內(nèi)河貨船的特點(diǎn),在設(shè)計(jì)時(shí),LNG氣罐一般會(huì)被布置在開敞甲板處,LNG在經(jīng)過氣化后,經(jīng)由氣
4、體管路輸送至機(jī)艙,然后進(jìn)入氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部。本文針對(duì)這種供氣方式的內(nèi)河貨船,就上述三種機(jī)艙布置形式的對(duì)比與選擇展開討論。 </p><p> 規(guī)范允許的機(jī)艙形式 </p><p> 本質(zhì)安全型機(jī)艙:其布置使機(jī)艙在任何情況下(正常和異常情況)均處于氣體安全狀態(tài)。 </p><p> ESD防護(hù)式機(jī)艙:其布置使機(jī)艙在正常情況下處于氣體安全狀態(tài),當(dāng)出現(xiàn)氣體燃料泄露
5、等異常情況時(shí),非防爆設(shè)備和機(jī)械自動(dòng)關(guān)閉,防爆設(shè)備和機(jī)械運(yùn)行。 </p><p> 增強(qiáng)安全型機(jī)艙:通過加強(qiáng)機(jī)艙通風(fēng)、增加可燃?xì)怏w探測(cè)覆蓋、提高機(jī)艙內(nèi)供氣管路焊接要求等措施增強(qiáng)安全水平。 </p><p> 規(guī)范對(duì)三種機(jī)艙布置形式的要求 </p><p> 雙壁管:系指有內(nèi)管和外管組成的,主要用于向氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)供氣的管路。內(nèi)管之間充滿壓力高于氣體燃料壓力的惰性
6、氣體或按規(guī)范有關(guān)要求進(jìn)行通風(fēng)。 </p><p> 三種機(jī)艙布置形式的特點(diǎn)和選擇 </p><p> 1、本質(zhì)安全型機(jī)艙 </p><p> 本質(zhì)安全型機(jī)艙可采用氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)或雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī),機(jī)艙內(nèi)的氣體管路(包括閥件控制單元)采用雙壁管或通風(fēng)導(dǎo)管進(jìn)行氣密環(huán)圍,當(dāng)雙壁管(或通風(fēng)導(dǎo)管)內(nèi)發(fā)生氣體泄露時(shí),內(nèi)外管之間自動(dòng)沖灌氮?dú)?,以此保證機(jī)艙始終處于氣體安全狀態(tài)。
7、</p><p> 相對(duì)于其他形式的機(jī)艙,其優(yōu)缺點(diǎn)是:通風(fēng)排量小,無需設(shè)置大排量防爆風(fēng)機(jī);可以接受較大供氣管路壓力,發(fā)動(dòng)機(jī)選擇有優(yōu)勢(shì);機(jī)艙為本質(zhì)安全,內(nèi)部電氣設(shè)備可不必為防爆型;雙壁管(或通風(fēng)導(dǎo)管)的安裝工藝復(fù)雜。對(duì)于新建貨船,在設(shè)計(jì)時(shí)有一定的靈活性,采用本質(zhì)安全型機(jī)艙則是一個(gè)合適的選擇。 </p><p> 2、 ESD防護(hù)式機(jī)艙 </p><p> ESD
8、防護(hù)式機(jī)艙可采用氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)或雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī),機(jī)艙內(nèi)的氣體管路可不設(shè)氣密環(huán)圍,發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)布置在2間或多間機(jī)艙內(nèi),當(dāng)任何一間機(jī)艙內(nèi)的燃料供應(yīng)被切斷時(shí),其余機(jī)艙維持至少40%的推進(jìn)功率和電力供應(yīng)。機(jī)艙內(nèi)盡可能少的容納僅為維持發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的設(shè)備,焚燒爐、惰性氣體發(fā)生器和燃油鍋爐等不應(yīng)布置在機(jī)艙內(nèi)。 </p><p> 相對(duì)于其他形式的機(jī)艙,其優(yōu)缺點(diǎn)是:“雙/多機(jī)艙、容納設(shè)備少”的布置適合電力推進(jìn)的內(nèi)河貨船;“雙
9、/多機(jī)艙”的設(shè)置增加了船舶布置的設(shè)計(jì)難度和建造成本。鑒于對(duì)機(jī)艙布置的要求,ESD防護(hù)式更加適合于采用電能為動(dòng)力的船舶,但在由機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過程中,增大了能源的消耗,因此,相對(duì)貨船來講,ESD防護(hù)式機(jī)艙更加適用于對(duì)電能需求較大的船舶,如絞吸式挖泥船等類似的工程船。 </p><p> 3、增強(qiáng)安全型機(jī)艙 </p><p> 增強(qiáng)安全性機(jī)艙僅適用于采用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)河貨
10、船,機(jī)艙內(nèi)的供氣管路可不必設(shè)氣密環(huán)圍,但接頭處必須采用對(duì)接、全焊透的形式。除風(fēng)機(jī)、探測(cè)器、報(bào)警器、照明裝置應(yīng)為防爆型外,其他設(shè)備可與普通貨船機(jī)艙的安全要求一致。當(dāng)探測(cè)到氣體泄露時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)切換至燃油模式。相對(duì)于其他形式的機(jī)艙,其優(yōu)缺點(diǎn)是:機(jī)艙構(gòu)造與普通貨船相類似,制造工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、方便,易于被船東接受;大部分機(jī)艙設(shè)備不必采用防爆型,降低了設(shè)備安裝難度;通風(fēng)配量大,需配置大排量防爆風(fēng)機(jī);僅適用于采用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)河貨船,有一定的局限性
11、。 </p><p> 隨著LNG在船舶行業(yè)的推廣,其清潔、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)將更加突出,將會(huì)有更多的船東加入到使用LNG的行列,而增強(qiáng)安全型機(jī)艙的設(shè)備布置與普通貨船更接近,采用這種設(shè)計(jì)進(jìn)行雙燃料改造,會(huì)更方便、快捷。 </p><p> 新建內(nèi)河貨船的本質(zhì)安全型機(jī)艙布置方案 </p><p> 1、方案船舶主要信息 </p><p> 方案
12、船為航行于A、B航區(qū)的內(nèi)河鋼質(zhì)自航散貨船,艏艉為單底、單甲板結(jié)構(gòu),設(shè)有升高甲板,貨艙區(qū)域?yàn)殡p底、雙舷側(cè)結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)裝載運(yùn)輸積載因數(shù)介于0.45-0.833m3/t(不包含0.45)的貨物,如黃砂、干濕礫石等散裝貨物及其他袋裝、包裝貨物。 </p><p><b> 2、 氣罐布置 </b></p><p> 氣罐可布置于開敞甲板,也可布置于圍壁/半圍壁處所內(nèi),對(duì)于內(nèi)
13、河貨船來說,布置于開敞甲板有以下幾方面的原因:內(nèi)河貨船定員少,甲板室艙室簡(jiǎn)單,可以提供足夠的空間布置氣罐;內(nèi)河貨船大多采用尾排氣,不會(huì)對(duì)氣罐的充裝、放泄產(chǎn)生影響;不必設(shè)置專用的氣罐儲(chǔ)存艙室和配套設(shè)備,節(jié)省了建造成本;節(jié)省干舷甲板下的空間,可有效增大貨艙艙容;相對(duì)于布置于圍壁/半圍壁處所,建造工藝簡(jiǎn)單。對(duì)于方案船,氣罐布置于尾部頂棚甲板(二層甲板),節(jié)省主甲板面積,同時(shí)也不妨礙駕駛室向后的視線。 </p><p>
14、<b> 3、機(jī)艙布置 </b></p><p> 內(nèi)河船舶機(jī)艙的布置應(yīng)根據(jù)其船舶特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì),方案船采用以下形式:推進(jìn)方式:內(nèi)河船航道相對(duì)較窄,船舶密度大,靠港也比較頻繁,因此操縱性要求較高,大多數(shù)內(nèi)河船采用雙機(jī)形式;燃油艙設(shè)置:目前長(zhǎng)江沿岸的加氣站數(shù)量和分布還不完善,部分加氣站仍采用槽車加氣,純氣體機(jī)的使用還存在一定限制,因多數(shù)LNG動(dòng)力船舶采用油氣混燃模式,機(jī)艙仍設(shè)置常規(guī)燃油艙;結(jié)
15、構(gòu)布置:大型內(nèi)河船舶機(jī)艙多數(shù)采用雙舷側(cè)結(jié)構(gòu)形式以提供防碰安全型和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。 </p><p> 本方案船機(jī)艙亦采用上述比較普遍的形式。 </p><p> 4、機(jī)艙內(nèi)供氣管系及雙壁管通風(fēng)管系 </p><p> 供氣管路的通風(fēng)進(jìn)氣口和出氣口均位于居住甲板后部的開敞處所,盡可能的減小對(duì)甲板室起居服務(wù)處所的影響,同時(shí)也便于通風(fēng)設(shè)備的安裝。 </p>
16、<p> 為了便于對(duì)雙壁管內(nèi)的可燃?xì)怏w進(jìn)行探測(cè),出氣口位于進(jìn)氣管路一側(cè),對(duì)于進(jìn)氣管路,雙壁管外管延伸至主甲板上一層甲板(居住甲板后部開敞處所),并連接至風(fēng)機(jī)。雙壁管外管還可做適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化:進(jìn)氣管路在主機(jī)之前的部分可為一根管路,在進(jìn)入主機(jī)前一份為二,出氣管路在機(jī)艙外可合二為一,并可與內(nèi)管分離。 </p><p><b> 總結(jié) </b></p><p>
17、1、LNG動(dòng)力船舶機(jī)艙形式選擇 </p><p> 因規(guī)范要求和船舶用途不同,根據(jù)上述分析,三種類型的LNG動(dòng)力機(jī)艙所適用的船型也不同,其中:本質(zhì)安全型機(jī)艙:適用于各類常規(guī)推進(jìn)方式貨船,如:散貨船、集裝箱船等。上述方案也說明了其可行性。ESD防護(hù)式機(jī)艙:適用于對(duì)電力需求較大的船舶,LNG燃料發(fā)動(dòng)機(jī)可作為船舶電站的原動(dòng)機(jī),如:電力推進(jìn)船舶、部分電力驅(qū)動(dòng)的工程船等。增強(qiáng)安全型機(jī)艙:適用于現(xiàn)有的,需進(jìn)行LNG動(dòng)力改造
18、的船舶。 </p><p> 2、LNG動(dòng)力船舶推廣建議 </p><p> LNG作為一種清潔能源在環(huán)境保護(hù)上的作用有目共睹,雖然目前LNG動(dòng)力船舶的規(guī)范、法規(guī)、政策都已比較完善,但新建的LNG動(dòng)力船舶數(shù)量卻很少,根據(jù)皖江地區(qū)的情況,建議:繼續(xù)加大對(duì)LNG動(dòng)力主機(jī)的研發(fā),提高低負(fù)荷工況(50%額定功率)下的運(yùn)行穩(wěn)定性和燃料消耗并擴(kuò)展功率段覆蓋范圍;繼續(xù)對(duì)于新建LNG船舶進(jìn)行資金補(bǔ)貼,
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