长江内河船舶清洁能源动力系统改造技术与应用研究

摘要：随着航运业的发展，航运为社会生活带来便利的同时，船舶燃料燃烧排放物也对环境造成了影响，本文针对长江航行船舶柴油动力燃烧对环境造成的影响，提供了一种解决方法，即采用清洁能源（LNG）作为传统能源的替代，从而改善船舶运行过程中对环境的破坏。本文重点从清洁能源动力系统改造技术以及改造实施方案方面进行了探究，并对清洁能源动力系统与传统能源动力系统优缺点进行了比较，综合分析了船舶清洁能源动力系统改造的技术可行性与可实施性，为未来船舶动力系统技术发展提供了一种思路。

关键词：柴油;LNG;LNG供气系统

中图分类号：B959文献标识码：A文章编号：1672-9129（2018）06-0121-02

Study on the Retrofit Technology and Application of the Clean Energy Power System for Ships in the Yangtze River

CHEN Jingke*

（China Gezhouba Group Machinery Shipping Co.， Ltd.， Hubei Yichang， 443007， China）

Abstract：With the development of shipping industry， shipping of life bring convenience for the society at the same time， ship fuel combustion emissions also has an impact on the environment， based on the Yangtze river ships diesel combustion the effects on the environment， provides a solution， namely the use of clean energy （LNG） as an alternative to traditional energy so as to improve the ship operation in the process of damage to the environment. This paper mainly from the reconstruction of clean energy power system technology and the implementation of inquiry， and the clean energy power system and compares the advantages and disadvantages of the traditional energy system， comprehensive analysis of ships and the clean energy power system reformation feasibility and practical technology， Marine power system technology for the future development provides a train of thought.

Keywords：Diesel oil; LNG; LNG supply system

引用：陈经科. 长江内河船舶清洁能源动力系统改造技术与应用研究[J]. 数码设计， 2018， 7（6）： 121-122.

Cite：CHEN Jingke. Study on the Retrofit Technology and Application of the Clean Energy Power System for Ships in the Yangtze River[J]. Peak Data Science， 2018， 7（6）： 121-122.

引言

随着社会经济的高速发展，物流业发展迅速，航运是长江沿线重要的物流手段，航运物流给社会带来便利的同时，船舶燃料燃烧产生的排放物对物流线造成了大的污染，在此背景下，国家层面提出了“气化长江”打造绿色黄金水道的概念。

“气化长江”的手段则是改变船舶动力源，由传统纯燃油燃烧改变为燃油-天然气（LNG）混合然后产生动力，并最终达到纯天然气燃烧产生动力，通过改变船舶动力系统燃烧介质，达到降低燃烧排放、减少污染的目的。本文将以长江某标准船型动力系统改造方案为依托，详细阐述内河船双燃料动力系统改造技术及其推广应用前景。

1  船舶动力系统改造技术

1.1  船舶主动力LNG供气系统技术介绍

（1）LNG供气系统组成

船舶主动力LNG供气系统共包含储罐供气系统、进气控制系统、气体输送系统以及电气监控系统组成（见图1）。

（2）LNG供气系统原理介绍

储罐中 LNG 经过储罐供气系统气化器气化后，燃气温度和压力基本保持平稳，分别进入燃气支管中，经过进气控制系统中燃气阀单元（GVU）中的滤器过滤再由调压阀调整为所需压力后到达气轨中，由气轨中的电磁喷射阀通过进气支管直接将燃气喷射到每个气缸燃烧室中参与燃烧。

在整个管路中，通过储罐供气系统气化器后的燃气总截止阀和GVU 中的气控截止阀来控制燃气的通断，并配合透气阀排除管中的残留气体。运行双燃料工况时，选择机舱控制箱上的燃气/燃油旋钮或者驾驶室控制箱上的燃气/燃油旋钮，控制箱中的 ECU 单元对采集到的柴油机运行状态、环境状态、控制系统的状态进行综合判断，当运行状态满足双燃料工况时，打开相应支路上 GVU 中的气控截止阀，根据发动机正时和供油提前角，通过每个电磁喷射阀按顺序依次直接喷入燃烧室，在燃烧室内被引燃的柴油点燃后燃烧做功，电子调速器控制高压油泵，减少燃油供应量，由燃气部分代替燃油，达到节约能源的效果。进入燃氣模式时，发动机 ECU（电控单元）根据当前转速及喷油量判断负责大小和工况，根据上止点检测开关控制各个气缸的喷射时间从而实现多点喷射模式。

电气控制系统是整个供气系统的重要一环。系统主要包括安全监控部分、发动机控制部分和辅助控制部分，主要作用是对整个供气系统的安全进行监控，并控制发动机及其辅助系统和设备工作。

1.2  船舶主动力LNG供气系统改造实施方案

（1）船体改造

由于新增加一套供气系统，存在气体储罐布置以及结构船体结构加强的问题，在船体改造过程中主要涉及以下方面。

储罐罐体安装基座布置。由于LNG具有挥发性，且存在与空气混合后燃烧或爆炸的风险，因此，气体储罐需布置在露天区域，一般布置在船体尾部露天甲板区域，储罐通过安装在甲板上的基座进行固定。储罐布置区域船体结构加强。由于储罐自重较重，会造成船体结构局部压力增大，所以需要对储罐安装区域内船体结构进行加强处理。储罐布置区域附近舱室防火布置。由于LNG气体具有挥发性和可燃性，因此，在储罐安装区域附近舱室需“A-60级防火分隔”处理，避免舱室内发生火灾对储罐内气体产生影响。储罐安装区域设置防撞墙。设置防撞墙主要目的是避免船舶在装卸货作业过程中，对储罐进行误碰撞，从而产生罐体内气体泄漏的风险。

（2）轮机及系统改造

增设一套供气系统，包含储罐、LNG供气管路系统、LNG加热管路系统、LNG系统阀件控制管路系统，该系统主要用于LNG气体供气。增设气罐区域内水雾消防系统，该系统的设置可以对气罐区域内LNG泄漏进行稀释，减少火灾发生的危险，同时可以在外界温度过高时对储罐进行喷淋降温。发动机进行改造，将原柴油发动机改造为柴油--LNG混合动力型发动机。该项技术改造由专业发动机厂家进行，船舶进行改造时主要负责将原柴油发动机更换为双燃料混合发动机，以及更改后相应管路系统的更改。

（3）电气系统改造

增设一套监控系统，在机舱、双臂管以及气罐区域安装可燃气体固定式探测报警系统，对LNG气体在传输过程中泄漏进行监控。增设一套气体控制系统，用于发动机控制部分和辅助控制部分，主要作用是对整个供气系统的安全进行监控，并控制发动机及其辅助系统和设备工作。

2  船舶清洁能源动力系统技术实施的优势与不足分析

2.1  船舶清洁能源动力系统技术实施优势分析

（1）减少排放，降低污染。采用清洁能源（LNG）动力系统技术，柴油替代率达60%～80%，可实现SO_X减排85%～90%，CO₂减排15%～20%，同时，噪音污染、烟尘、费油水排放也大幅降低，既可减少对环境的污染，又改善船员工作环境;

（2）经济性好。1m?LNG燃量值约为1.1～1.2升柴油，1m?LNG价格约为1升柴油价格3/4，综合性分析，LNG燃料经济性相比较柴油燃料可节省30%～40%。

2.2  船舶主动力系统改造存在的问题分析

船舶主动力系统改造目前在技术方面已经攻克，相应的配套设备均有成熟技术以及设备配套制造厂家，但在长江水域内航行船舶进行都动力系统改造主要面临以下难点：

（1）LNG加气配套设施不完善。由于船舶受空间限制，增设气体储罐容积有限，导致续航能力不足，据相关数据分析，如长江水域船舶改为混合动力推进后，为满足船舶航行需要，需在长江沿途每间隔100公里布设一个加气站，但目前长江沿线加气站布置数量无法满足。

（2）相应规范不完善。海事管理部门尚未提供LNG动力船在航行过程中相应管理规范，例如如何安全规范通过水利大坝等水上固定设施建筑物，既为大坝等水上建筑物管理者造成困惑，也为船舶驾驶者带来了不便。

3  结束语

“气化长江、绿色航行”是保护长江、保持生态的一项大的措施，LNG作为船舶动力能源的实施，将极大的解决船舶航行对长江流域环境的污染，文中探究的内河船清洁能源动力系统改造技术对未来船舶绿色建造技术提供了一种思路，随着相应规范制度的健全以及配套设施设备的完善，该技术将得到广泛的应用，并为环境保护贡献一份力量。

参考文献：

[1]      王世荣. 我国内河柴油-LNG双燃料动力船舶的现状分析与建议. 中国水运，2011（7）.

[2]      谭月静，黄学武.内河柴油/LNG双燃料动力船舶发展现状及建议.水运管理，2013（2）.

[3]      李岳洋，管义锋.柴油-LNG双燃料动力船舶气体燃料系统设计.江苏船舶，2013（10）.

[4]      《长江航运发展报告2016》，交通运输部长江航务管理局，2017.6.

[5]      《珠三角?长三角?环渤海（京津冀）水域船舶排放控制区实施方案》，交通运输部，2015.12.