1、内河柴油LNG 双燃料动力船舶应用分析摘 要：如何缓解石油资源的约束“瓶颈” ，破解排放污染问题，是内河运输持续发展的一项重要工作。柴油-LNG 双燃料动力船舶正是在此形势下发展起来的一项先进技术，是调整交通运输能源结构，发展绿色航运的有益尝试。 关键词：柴油LNG 双燃料动力船 混燃模式 LNG 储罐 我国目前 LNG 双燃料动力船舶应用情况 我国从九十年代开研究开发工作，目前内河船舶江苏、安徽、湖北、江西、山东等地陆续开展柴油 LNG 混合动力船舶的开发工作。特别是自2010 年以来，苏宿货 1260、红日 166 号、长迅 3 号、赣抚州货 0608、武汉 302 号轮渡等艘船，经过双燃
2、料改造后，分别在京杭运河和长江航线进行试验运行，与柴油燃料相比燃料成本下降 20%以上，船舶尾气污染物综合指标下降 50%以上，动力性、可靠性、操控性能与原机相当，得到了用户的一致认可和欢迎，为规模发展 LNG 船舶打下了良好的基础。下面以安徽芜湖“红日 166 号”船舶改造为例说明。 改造方案就是以柴油LNG 双燃料替代柴油单一燃料，在保持原有柴油机主体结构和燃烧方式不变的前提下，增加一套 LNG 供气系统和柴油LNG 双燃料电控喷射系统，通过电子转换开关，实现单纯柴油燃料状态下和油气双燃料状态下两种运行模式的转换。 该船的混燃技术改造方案由三大系统组成，即 LNG 储供气系统，柴油天然气混
3、燃电控喷射系统，消防报警系统。 1、红日 166 船的技术参数： 红日 166 船运行情况 2011 年 4 月 7 日长江首艘内河柴油-LNG 混合动力改造船“红日166”在芜湖市成功首航，截止到 8 月份共运行阳新至上海重载 11 航次，上海至阳新空载 8 航次，上海至黄石重载 4 航次，阳新到南京重载 1 航次、南京到阳新空载 1 航次。运行平稳，动力与原机相当，加一次气的续航里程达到 4000 公里。 1、主要技术指标 对原柴油机不做改动，改装简单、方便，利于推广。 随时在纯柴油和柴油-天然气混燃两种模式下切换。 混燃模式下动力与原机相当，没有动力损耗，操作性与原机相同。 混燃模式下，
4、天然气替代 60%75%柴油，且燃料消耗按照当量热值计算不超过原机。 在混燃模式下，发动机油温、油压、水温等技术指标与原机一致。 自主知识产权的 ECU 和控制程序，控制精确，能满足不同客户的不同需求，操作维护简单、快捷。 2、主要安全指标 根据气体燃料动力船检验指南的要求以及散货船的特点，参考中国安全生产科学研究院于 2010 年 9 月对江苏船用柴油-LNG 混合动力技术项目进行定量风险分析安全评价（节选） 的结论，在保证安全的前提下，混燃船舶主要采取的是 ESD 防护。 LNG 储罐的安装满足稳性、ESD 防护和安全泄放要求。储罐处需配置电动、手动和气动紧急切断阀和安全泄放阀，保证紧急情
5、况下，储罐出液根部阀能及时切断燃气供应，并将超过设计压力的天然气排放到船体外的大气中。 燃气管线采用 06Cr19Ni10 不锈钢管，管线接头主要采用全熔透焊，保证燃气管线的强度和气密性。管线上配置三联装气体互锁阀，保证在天然气发生泄漏时能及时切断燃气供应，并将管线中的天然气排放到船体外的大气中。 LNG 储罐以及机舱要有燃气泄露探头和消防联动装置。当发生燃气泄漏达到 1%时，低爆报警，开启排风机，排出可燃气体；当发生燃气泄漏达到 2%时，高爆报警，发动机自动转为纯柴油运行，所有通往机舱的燃气管路必须遥控关闭，开启排风机和互锁气体阀排出可燃气体。 3、经济环保指标 按照当前柴油和 LNG 的价
6、格，使用混燃模式行驶同使用全柴油模式行驶相比，燃料成本降低 20%以上。混燃模式延长了发动机的使用寿命，机油消耗降低 10%以上，降低发动机维护费用 30%以上。 改装后的排放与使用柴油相比，硫氧化合物和碳烟排放降低 70%以上，氮氧化合物减排 35%40%，无颗粒物排放，二氧化碳也减排 20%25%，发动机噪声降低 10%以上。 改装成本和经济性、环保性测算 1、改装成本测算 2、经济性测算 对于这一混燃改造的船舶，据船舶公司统计，使用全柴油时，每艘船舶平均年消耗柴油 120 吨。混燃改造后按照柴油替代率平均 70%。柴油价格为 8500 元/吨，LNG 价格为 6000 元/吨。混燃改造后
7、，每艘船舶年节省：12070%（8500-6000）=210000 元，成本回收 2100003=630000元。 3、节能减排测算 用天然气 70%替代柴油，每吨柴油减排 0.88 吨碳排放。每艘船每年替代柴油：12070%=84 吨。 每艘船每年减少碳排放：840.88=73.92 吨。 4、社会效益 燃用双燃料时，柴油机的热负荷降低，排气烟度大大降低，汽缸最高爆破压力和噪声也略低于燃用柴油工况，气缸内的积碳很少，可减少气缸与活塞之间的磨损，有利于延长发动机的使用寿命。使用 LNG 部分替代柴油在为船东带来可观的经济效益的同时，有效缓解了柴油供需矛盾，改善了内河船舶燃料结构，减少排放，经济
8、性和环保效益明显，对发展绿色水运，构建现代交通运输体系有良好的推动作用。 目前内河 LNG 双燃料动力船舶应用中存在问题与建议 内河柴油LNG 混合动力船舶在推广应用上尚存在一些问题： 一是技术规范体系不完善， “油改气”的技术现在还不是非常成熟，难以快速普及。二是相关监管制度不健全，人员培训认证等存在问题。三是基础设施，加气站或加气船建设不到位等问题，船舶加气非常困难，LNG 船舶的续航力普遍不高。四是船用产品认证问题。五是国家扶持政策不到位。 为了进一步加大内河船舶“油改气”的技术应用，建议：一是开展加油加气站规划。为满足柴油 LNG 双燃料动力船舶加油加气的需求，需沿江、河布置加油加气站
9、，近期首先开展加油加气站布点规划。二是研究制定相关技术标准。目前，中国船级社已经完成气体燃料动力船舶检验指南 ，还有柴油-LNG 双燃料动力系统操作手册和船员安全作业及维护须知 ，船用产品等需要规范。三是加快相关管理制度的研究，规范行为。四是研究出台相关扶持政策。在试点推广初期，研究出台相关扶持政策，主要包括三个方面：一要资金扶持。研究通过建立专项补助资金、政府贴息、过闸费减免等方式，在推广初期对柴油-LNG双燃料动力改装船舶给予适当资金扶持。二要土地政策支持。在沿河加油加气站点、LNG 和燃油储备库等基地的土地征用中给予适当政策支持。三要建立项目工作协调机制。针对加油加气站的布点规划和立项审
10、批、船舶设施设备和船员发证等方面工作，采取集中处理和一站式处理等方式，简化程序。 总的说来，将高效、优质、洁净的液化天然气新型船舶应用到现代航运业，一方面可以符合国际海事组织的法则法规；另一方面，有利于保持良好的生态环境。因此，使用天然气，可带来可观的经济效益和显著的社会效益，是非常可行，同时也是十分必要的。 内河 LNG 双燃料动力船舶应用展望 目前，天然气的储量，世界探明的天然气储量丰富。如果加进非传统能源，如页岩气，按当前使用量来计算天然气可供人类使用 250 年。液化天然气的现货价格仅相当于柴油的 1/4 到 1/3。作为未来石油燃料的替代能源，目前欧美发达国家 LNG 的利用率已达
11、25%，中国虽仅为3.9%，但采用 LNG 的年增速达到了世界先进水平。截止目前，中国已成为世界上主要的 LNG 进口国，预计到 2015 年，LNG 的年供应量将达2800-3350 亿立方米。 从发展趋势来看，一方面，未来我国内河 LNG 船数量会快速增长。我国内河航运资源丰富，拥有大、小天然河流 5800 多条，河流总长 43万公里，对内河船舶的需求量巨大，我国内河运输船舶近 20 万艘。而在节能减排大背景下，在 LNG 接收站不断增加的基础上，发展内河 LNG 船舶对防治船舶污染，对保护江河水域环境，具有十分重要的现实意义。预计未来 3-5 年总共会有 5 万多艘轮机船进行改装，直接带
12、动能源设备价值高达 260 亿元人民币的市场增量。 另一方面，国家加大资金投入推进内河航运发展，对 LNG 船发展构成有力支持。交通运输部副部长徐祖远透露， “十二五”期间，中央将安排 450 亿元财政资金，加大航道、支持保障系统和中西部地区港口等的资金投入，同时安排 50 亿元财政引导资金，推进内河船型标准化和运力结构调整。这意味着“十二五”内河航运投资将比“十一五”期间增加 2.7倍，增幅创造历史新高。 船舶采用柴油 LNG 双燃料动力后，柴油的平均替代率达到 60%至70%，可实现硫氧化合物减排减排 85%90%，二氧化碳减排 15%20%，同时，噪声污染、烟尘、废油水排放也大大降低。据测算，如安徽的内河船舶近 3 万艘经过改造，使用柴油 LNG 双燃料动力后，每年可减排硫氧化合物 3.1 万吨，氮氧化合物 3.2 万吨，二氧化碳 37.5 万吨。 （作者单位：安徽省船舶检验局）
