摘要：通过对柴油机动力船舶污染及LNG燃料环保性对比，结合国内外LNG燃料动力船舶的发展，及国内的政策环境，分析了船用LNG燃料四个主要设备部分的技术应用，得出了LNG燃料动力船舶将对环境治理起着不可或缺的重要作用的结论。
关键词：柴油机；LNG燃料动力船；环保；政策
1 概述
船舶普遍采用柴油提供动力，船舶废气氮氧化物、硫氧化物、碳氧化物的排放成为主要污染源，随着国家一系列关于LNG燃料动力船舶设计、安装、检验等规范及法规的陆续出台，节能减排的进一步实施，设立船舶大气污染物排放控制区的推进，LNG燃料动力船在近几年得以发展，LNG作为清洁能源得到广泛的关注。
2 船用柴油与LNG燃料对比分析
2.1 柴油机动力船舶污染情况分析
随着水上运输船舶数量的日益增加，船舶对大气造成的污染日趋严重，据资料统计，一台船用中速柴油机，以每年运转4000小时计算，月产生1500吨的氮氧化物。在全球范围内，船舶柴油机的排气引起的大气污染约占5—10%，局部地区已达30—40%，柴油机排出的废气除了氮氧化物，还有一氧化碳，碳氢化合物、二氧化硫、三氧化硫、臭氧和微粒物质等。这些排放物，有的能致癌，有些是刺激性有毒气体，可形成有毒的光化学烟雾，或与水作用形成酸雨。可见船舶柴油机的排放是影响空气质量和环境的重要因素之一。
2.2 LNG燃料环保性分析
LNG是清洁能源，基本不含硫化物和微小颗粒等对环境有害的物质，作为动力设备燃料可有效降低氮氧化物和二氧化碳排放量，同时，LNG密度比空气轻，发生泄漏事故时会很快自然气化，不会对水体产生污染。基于LNG的物质属性，与燃油相比，先进的LNG燃料发动机试验数据显示：LNG燃烧后二氧化物排放较柴油燃料发动机降低20%，氮氧化物降低80-90%，几乎不产生硫化物和颗粒物及油污水，可以预见作为清洁燃料的LNG势必成为优化能源结构的重要组成部分。
3 LNG燃料船舶的技术应用
3.1 国外燃料动力船型发展概况
目前全世界有300多艘LNG运输船，建造最多的是挪威渡船，包括车/客渡船、滚装船、客滚船等，2000年，世界首艘LNG燃料的渡船“M/F Glutra”号船改建完工。
2010年8月，瓦锡兰集团与瑞典Tarbit航运公司签订了一份改装设计合同，将一艘于2007年交付的载重25000吨“Bit Viking”号成品油船，由柴油机推进改装成LNG主机推进的成品油船，改装后的的油船是全球首艘以LNG为燃料的成品油船，于2011年11月24日正式投入运营，在减少污染排放方面，温室气体排放量减少了20%-25%，硫排放量为零，氮氧化物减少了90%，颗粒物减少了99%，成为全球最环保的成品油船之一。
2010年4月，挪威船级社（DNV）发布了采用LNG作为燃料的新概念集装箱船，新船采用气体燃料双冲程发动机，具有更高的燃料效率、燃料适应性和可靠性，可用柴油和LNG两种燃料。
日本大岛造船与DNV共同开发了“新敞口式散货船”的未来船型概念项目，该概念设计船，主机仅采用LNG作为燃料。预计于2020年交付，并满足当时的各项标准及排放要求。
3.2 国内燃料动力船型发展概况
我国自2010年以来开始积极推进LNG燃料动力船发展。2010年8月内河首艘柴油/LNG双燃料动力船武汉“轮渡302”号成功试航。同年，3000吨级的“苏宿货1260”进行了燃料动力改造。
2011年3月，3000吨级散货船“长讯三号” 柴油/LNG双燃料船在重庆成功试航，燃料系统平均替代率达到70%以上。
2012年5月，山东“鲁济宁货2535”号混合动力船在京杭大运河首航成功，柴油替代率同样达到70%。
2013年7月，双燃料港作拖船下水，现在珠海高栏港作业。
2014年7月，双燃料集装箱船“海川3号”成为通过了船级社论证的示范船。
2015年3月，国内首艘单燃料动力船“绿动6002”交船。采用纯LNG燃料发动机为推进主机，实现燃油替代率100%。
3.3 LNG燃料动力船舶政策环境
近年来，国务院、交通部所属的海事局和水运局、财政部、中国船级社等相继出台多项政策性文件及技术标准。如国务院的《关于加快长江等内河水运发展的意见》、《能源发展“十二五”规划》，指出利用10年左右时间建成畅通、高效、平安、绿色的现代化内河水运体系，提高天然气能源消耗的比重。交通部的《关于推进水运行业应用液化天然气的指导意见》、《关于推进船舶应用液化天然气燃料工作有关事项的通知》等指出“先示范引领、后推广应用 ，先内河、再沿海、后远洋，先普通货船、再客船、后危险品船”的路径，对内河普通货船应用LNG燃料的检验发证，试点要求，船舶设计和改造单位资质要求作了规定。中国船级社相继颁布了《双燃料发动机系统及设计安装指南》、《气体燃料动力船检验指南》、《天然气燃料动力船舶规范》等技术规范，《液化天然气燃料水上加注趸船入级与建造规范》通过专家评审，这些规范对LNG的适用范围、布置、气体管路设计、储罐材料、气体燃料储存、通风、消防、电器设备、控制检测和安全系统、发动机、操作和培训要求等都进行了明确的规定。海事局制定的《LNG燃料动力试点船舶技术要求》、《LNG燃料动力试点船舶关键设备技术要求》为相关单位在制定、审查LNG燃料动力船舶试点方案以及设计、建（改）造、检验试点船舶提供了依据。
3.4 LNG燃料船舶的技术应用分析
LNG燃料动力船舶的关键设备主要有四个部分：气体燃料发动机、LNG燃料储存设备、LNG燃料供应系统、监控和安全系统。
3.4.1 气体燃料发动机
气体燃料发动机有单一和双燃料发动机两种。单一气体燃料发动机只能依靠天然气燃料运转的内燃机；双燃料发动机可以同时使用燃油和天然气的内燃机，工作时可在纯燃油和双燃料模式下相互转换，分为单点喷射式、多点喷射式与缸内直喷式。
各国气体燃料发动机水平相差较大，英国、美国、芬兰、日本等国均在研究和生产气体燃料发动机方面大量投入，技术水平相对完善，可靠性高，功率范围广，污染物减排效果优良。
我国受限于较为落后的发动力研发技术，其污染物排放未能发挥LNG清洁能源的环保属性，难以达到最佳燃料效果，但近年来也加大了投入，有广州柴油机厂股份有限公司研制的单燃料多点喷射、中石油旗下的济柴动力总厂研发的双燃料单点喷射、潍柴研发的单燃料单点喷射、淄柴研发的双燃料单点与多点喷射系列气体燃料发动机均具备了CCS证书，河柴、玉柴也正在申报、研制中，双燃料系统平均替代率达到了70%，随着发动机关键技术的突破与日臻完善，燃料效果逐步提升。
3.4.2 LNG燃料储存设备
气体燃料采用气罐储存，有薄膜型、半薄膜型、独立型。各种气罐优缺点对比如下：
目前常用的LNG储气罐是C型气罐，按压力容器标准设计，其保温方式一般有：①纯真空；②玻璃钢缠绕加真空；③珍珠岩加真空。其中玻璃钢加真空的方式较为常见。目前国内对于独立C型储气罐的生产有较为丰富的经验，产品安全性、夹层真空度、低温绝热性等指标符合专业技术标准和规范要求。
3.4.3 LNG燃料供应系统
该系统主要功能是将储罐中LNG进行气化，并通过一定的压力调节单元和应急切断阀组向天然气发动机供给燃料。
该系统主要有供气管路和热交换器：对于本质安全型机舱内所有供气管路均要求双壁管，而对于ESD防护型机舱，机电设备均已采用合格防爆型，因此管路不要求双壁管。热交换器是将LNG从液态转化为气态可用燃料的重要部件，常用空温式与水浴式两种。
3.4.4 监控和安全系统
通过对历年来200多起LNG船舶事故的总结分析，约70%的事故与管、阀、接头泄漏有关，故该系统在保障LNG安全应用发挥非常重要的作用，包括对LNG储罐、燃料处理供给管系，动力设备燃料管线等的压力、温度、液位检测，以及可燃气体探测等，通过监控收集各有关位置的信号参数，及时处理异常情况，避免发生LNG泄漏等引发的安全隐患。
在安全方面，按规范设计合理的功能分区，保证各功能区及主要设备间的防火间距，提供足够的LNG泄漏收集空间，设置可靠的紧急切断及自动保护装置，确保消防供水系统、灭火器材的完好有效。
我国成立了由国家能源局、中国海事局、中石油、中国船级社等组成的“LNG动力船舶应用安全研究项目”领导小组，开展了LNG动力船舶安全性评价及保障措施研究等六个相关课题，现均已结题，保障了我国安全有序地推进LNG燃料动力船舶的发展。
4 结论
随着国家对船舶污染排放的关注，船用燃料排放ECA（排放管制区域）的设定，在LNG燃料动力船舶技术及规范的不断完善，关键设备研发的投入日益加大，国家利好政策不断出台的形势下，LNG作为清洁能源，可有效降低船舶污染物排放量，对优化能源结构，改善环境，发展绿色航运有着积极的作用，LNG燃料动力船舶将是环境治理中不可或缺的重要组成部分。
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作者简介：张文胜：男，*年*月，*年毕业于*学，*学位，工作单位：中石化广东石油分公司，职称，从事*管理工作。
论文作者:张文胜
论文发表刊物:《基层建设》2017年第7期
论文发表时间:2017/7/13
标签：燃料论文; 船舶论文; 动力论文; 发动机论文; 气体论文; 氧化物论文; 柴油机论文; 《基层建设》2017年第7期论文;