1、前言雖然世界經濟仍然在快速發展，科學技術也在飛速進步，人類面對的問題似乎也越來越多，全球氣候的不斷惡化，化石燃料的消耗殆盡，在這兩個重大問題之下，人們不得不找尋有效的，環保的方法，以逐漸解決當前的問題，而對于世界船舶工業來說更是如此。由于成品油價格不斷上漲，國際污染公約日趨嚴格，使得整個船舶工業不得不尋求新的解決之道。船用LNG技術似乎給我們帶來了希望，它不僅清潔，而且儲量充沛，甚至比石油的儲量還要豐富，如果應用LNG作為動力，似乎同時緩解了上述的兩個問題，然而，對于現有的技術與政策而言，要實現全面的LNG化，我們還有相當長的路要走。下面我們將會對LNG船用技術作一些初步了解，對其技術特點和原

2、理應用進行詳細的了解，并對整個行業的LNG化作出初步的探討。1. LNG船用技術的背景和現狀1.1 何為LNG？LNG就是液化天然氣（Liquefied Natural Gas）的簡稱?！?“先將氣田生產的天然氣凈化處理，再經超低溫（-162）加壓液化就形成液化天然氣?！?LNG是英語液化天然氣(liquefied natural gas)的縮寫。主要成分是甲烷。LNG無色、無味、無毒且無腐蝕性，其體積約為同量氣態天然氣體積的1/600，LNG的重量僅為同體積水的45%左右，熱值為52MMBtu/t（1MMBtu=2.52×108cal）。據統計，世界航運業每年要消耗20億桶燃油，排

3、放超過12億噸二氧化碳，約占全球總排放量6%。為應對世界氣候變化出臺的環保法規，規定了船舶污染防治、減少排放的標準和時限。于是，在尋求節能減排新路徑中，比石油便宜且儲量豐富的液化天然氣（LNG），以其環境效益顯著的優勢，成為了未來船用燃料的首選。 多年來，包括挪威船級社等專業及科研單位致力于推動“油改氣”的研究，成果頗豐，目前建造使用LNG燃料的船舶在技術上已不存在困難，但“油改氣”的道路還不平坦，因為建造或改建的成本費用較高，加裝圓筒型LNG儲罐會減少貨物裝載空間，船舶加氣等補給配套尚不成熟。 盡管存在這些因素，但按照國際海事組織（IMO）的要求，各國船東必將選擇使用液化

4、天然氣。在可以預見的時間內，隨著LNG基礎設施的不斷完善成網，造船技術的日臻提高，世界航運將邁入綠色航運的新時代。 1.2 船用LNG全球市場上的現狀在全球船用LNG發展現狀方面，現在，LNG作為船用燃料在全球范圍內普及程度較低，只有零星幾個國家在為數不多的輪渡、游輪等進行定點運輸的船舶上用了LNG作為船用燃料，全球大部分船用LNG應用集中在挪威。LNG運載船多采用柴油和BOG雙動力系統，其推進系統毫無例外都是蒸汽渦輪動力裝置。目前全世界有300多艘LNGCs，BOG幾乎都作為蒸汽渦輪裝置的燃料來用。    然而，LNG燃料經濟性優勢正在推動船用LNG的

5、發展。國家原油供應緊張，油價維持在高價位，而國際LNG價格則在2009年以后大幅回落，油價與天然氣價格之間的落差越來越大，從燃料成本等經濟效益考慮，燒LNG比燒柴油合算。   同時，國際船舶排放標準將促使船用LNG快速發展。近年來，國際海事組織（IMO）加強了對海上船舶排放的強制性規定，如果各國都執行IMO的排放強制性規定的話，5-10年后世界上用于近海貿易的船只大多數都會使用LNG作為船用燃料。未來LNG船用燃料國際市場發展重點區域是波羅的海地區、北海和地中海地區。   目前，國際上LNG燃料船動力系統主要由瓦錫蘭、MAN、羅爾斯·

6、羅伊斯和三菱重工四家公司供應，其中瓦錫蘭和MAN以雙燃料發動機為主，而羅爾斯·羅伊斯和三菱重工以氣體發動機為主。  LNG船體制造方面，日本韓國為主要產地。三菱重工是多艘LNG燃料船舶主機的供應商，日本商船三井于2009年公布了采用LNG燃料的“ISHIN-II”號環保渡船的設計構想，大宇造船與海洋公司目前正在開發采用LNG燃料的大型集裝箱船，該公司與MAN公司正在共同開發應用于14000TEU集裝箱船的ME-GI發動機和DSME高壓低溫燃料供應系統。1.3 船用LNG在中國的發展 目前，國內船用LNG利用基本處于空白領域，我國內河航運燃料以柴油動力為主，尚未將L

7、NG燃料應用于船用領域，但近兩年LNG行業內一些技術領先公司已經嘗試將LNG船用燃料作為LNG行業未來發展的一個重要方向，已有多種型號的船舶主流柴油機已經進行臺架測試，并通過了國家相關部門組織的鑒定驗收，證明了技術和經濟上的可行性。此外在政府“節能減排”政策指引下，內河船改裝LNG燃料將成為重點發展領域。  從發展趨勢來看，一方面，未來我國內河LNG船數量會快速增長。我國內河航運資源豐富，擁有大、小天然河流5800多條，河流總長43萬公里，對內河船舶的需求量巨大。而在節能減排大背景下，在LNG接收站不斷增加的基礎上，發展內河LNG船舶對防治船舶污染，對保護江河水域環境，具有

8、十分重要的現實意義。預計未來3年總共會有5萬多艘輪機船進行改裝，直接帶動能源設備價值高達260億元人民幣的市場增量。  另一方面，國家加大資金投入推進內河航運發展，對LNG船發展構成有力支持。交通運輸部副部長徐祖遠透露，“十二五”期間，中央將安排450億元財政資金，加大航道、支持保障系統和中西部地區港口等的資金投入，同時安排50億元財政引導資金，推進內河船型標準化和運力結構調整。這意味著“十二五”內河航運投資將比“十一五”期間增加2.7倍，增幅創造歷史新高。 2.LNG船用技術的特點和綠色性2.1 船用LNG發展應用2.1.1 LNG燃料船的特點LNG是壓縮天然氣

9、的升級換代產品，具有一次充裝量大，行駛里程遠、系統低壓運行更安全、更清潔等特點。使用LNG加柴油混合動力的船舶，可比單獨使用柴油動力節約燃料費用25%左右，碳排放指數更低。相比其他替代能源，以LNG為燃料的船舶具有以下優勢：首先，成本優勢。按照目前的油價和LNG價格水平，使用LNG清潔能源比使用柴油節約40%60%的燃料費用。 按熱值計算，LNG價格只有柴油的60%左右，且因為天然氣燃燒徹底，不易積碳，減少維護費用逾50%。廣東大鵬公司的LNG運載船使用BOG作為蒸汽渦輪裝置的燃料來用，從燃料成本上比較，每年可節約近6千萬元。大型LNG船經濟性更加明顯。  其次，環保優勢。以天然氣作

10、為船用燃料,比起重油可減少80%的二氧化氮排放量、二氧化碳排放量降低25%，二氧化硫以及顆粒物排放量減少100%。中國以及北歐各國LNG船用燃料的發展將很大程度上取決于各國政府船舶減排碳法規的日益嚴格，特別是如果對二氧化碳的排放所征收的費用越高，越能促進LNG船用燃料的發展。  第三，安全優勢。LNG屬低溫液體，即使發生泄漏事故時也會很快自然氣化，其密度比空氣輕，泄漏后會自動向上溢開，不會對水體產生污染；加入特殊嗅劑后，天然氣泄漏可及時被發現；天然氣的燃點比汽柴油更高，瞬間著火比油慢，易擴散，不易達到爆炸極限。從使用安全性上來講，天然氣也比燃油好很多。  與此同時，使用LN

11、G作為船舶燃料也存在一定劣勢：第一，LNG燃料系統體積大。LNG儲罐燃料系統所占空間大，重量重，影響載貨量。LNG儲罐體積大，所占空間比傳統的柴油燃料儲存所占空間大4倍左右，重量也是后者的1.5倍。  第二，LNG燃料船的造價較高。目前LNG燃料船的造價高于傳統柴油燃料船5%-20%左右，會帶來一定的成本壓力。  第三，LNG燃料缺乏技術安全通用規則。目前只有挪威船級社（DNV）對天然氣燃料船做出了相關分類標準，但大部分國家還沒有針對LNG船用燃料的技術標準規則等出臺相關政府管制規定LNG實船應用也遇到一些困難。專家表示，阻礙LNG實船應用的因素主要有3

12、個：一是續航能力弱。目前，以LNG為燃料的船舶最高續航能力僅為22天，達不到遠洋運輸要求。究其原因，船舶燃油艙體積雖大，但可以在船上見縫插針隨機安放；而LNG儲存罐體積雖小，卻系統復雜，布局難。這給船舶的設計和建造帶來了很大的難度。二是港口LNG補給設施不配套。盡管LNG補給并不困難，但是港口方面卻沒有建立起完備且實用的配套體系。正如當前汽車加氣站匾乏制約了燃氣汽車普及，未來燃氣船舶的普及也取決于港口的配套體系建設。三是初始成本較高。據了解，一個LNG儲存罐的費用就要幾百萬美元，如果船東只算建造成本這筆賬，往往會望而卻步。  不過，由于所在區域對船舶排放要求日益嚴格，丹麥、

13、娜威等北歐國家目前已經不得不開始使用以LNG為燃料的渡船、滾裝船、海岸警備船、LNG船和平臺供應船。這說明，隨著全球范圍內對氣體排放要求越來越高，石油資源越來越少，節能呼聲越來越大，船東和港口方面的障礙正逐步被清除。據了解，目前國內已有船企接到過國外船東建造以LNG為燃料的冷藏船的詢價。國內一家知名船企的機電專家甚至認為，很可能未來兩三年國內將會出現以LNG為燃料的船舶的訂單。不過，由于所在區域對船舶排放要求日益嚴格，隨著全球范圍內對氣體排放要求越來越高，石油資源越來越少，節能呼聲越來越大，船東和港口方面的障礙也正逐步被清除。2.2 LNG動力船舶綠色性研究LNG動力船舶一般船舶最主要的區別在

14、于他們動力裝置的不同，這里研究LNG動力船舶的綠色性時，主要著眼于其動力裝置。按照節能減排思想，船舶動力裝置的綠色評價指標可包括能源和環境兩個方面。2.2.1 能源屬性船舶動力裝置與能源屬性的有關的指標有以下幾個方面：能源類型、能源消耗量、能源利用效率、能源回收率等。能源消耗量和能源利用率一般是針對不可再生能源而言的，在對單個船舶動力裝置進行評判的過程中，能源消耗量和能源利用率可整體表現為燃料的消耗率；而在動力裝置的使用過程中可不考慮能源的回收率，故這里只對能源類型和燃料消耗率進行探討。LNG動力船舶所采用的能源類型主要是LNG，即液化天然氣的英文縮寫。天然氣是在氣田中自然開采出來的可燃氣體，

15、主要成分由甲烷組成。LNG是通過在常壓下氣態的天然氣冷卻至-162，使之凝結成液體。天然氣液化后可以大大節約儲運空間和成本，而且具有熱值大、性能高等特點。相對于目前船舶主要采用的能源柴油來說，LNG是一種清潔的能源，采用LNG燃料可以減少10%20%的CO2排放量，90%的NOX排放量，100%的硫化物和顆粒物排放。而且，LNG燃料主機不需要安裝潤滑油清潔設備，內部環境較好。目前，適合于船舶推進的開式循環燃氣輪機的燃料利用效率也已經大大得到提高，一方面是由于添加了熱交換器，用排氣來預熱壓縮機和燃燒室之間的空氣，另一方面是由于對低壓和高壓壓縮機之間的空氣進行冷卻。2.2.2 環境屬性一般產品的環

16、境指標主要包括在產品生命周期內的水環境指標、大氣環境指標、固體廢物排放指標、噪聲和振動指標等。對于船舶動力裝置而言，在其生命周期的不同階段，其主要環境指標所包含的方面也不同，側重點也不同。對于LNG動力船舶而言，不使用或使用很少量的柴油，所以其含油污水的排放很少，在這里主要考慮其在廢氣排放、噪音兩方面的影響。2.2.2.1 廢氣排放在廢氣排放方面，LNG推進裝置的尾氣排放中不合鉛和苯，硫含量極徽，CO、HC、NOx等有害排放物含量相對于柴油機和汽油機也均有不同程度的降低。LNG動力裝置及發電機組裝置在船艇上的推廣應用能大大減輕尾氣對環境造成的污染。2.2.2.2 噪音船員長期工作和生活在船上，

17、強烈的噪音使船員精神疲勞，工作效率下降，嚴重時影響身心健康，危及航行安全。20世紀80年代，由于航運業的蓬勃發展，國際社會普遍關注船舶艙室的噪音問題，相關研究較多，也促使了我國一系列規范的出臺。之后一段時間，隨著造船技術的成熟，艙室噪音得到一定控制，關注度逐漸降低，國內相關研究也日趨減少。然而，目前的船舶動力裝置普遍采用的是高噪音的柴油機，而且隨著人們對工作、生活環境舒適度的要求日益提高，作為影響船員生活質量和工作質量的主要因素之一，噪音問題不容忽視。大型遠洋船舶的技術標準和相關規范要求較高，且在機艙均設置隔音效果很好的集控室，一般能夠滿足我國運輸船舶艙室噪音標準及運輸船舶艙室噪音測量方法的要

18、求。而內河小型船舶多采用高噪音的中、高速柴油機作為動力裝置，且有很多小船根本沒有集控室，輪機人員長期暴露在高噪音的沖擊之下，長此以往，聽力嚴重受損，身心健康無法保障?，F代船用柴油機普遍采用高增壓，其增壓器轉速可達20000rpm以上，對氣流的作用可產生劇烈的高頻噪音，是柴油機最大的噪音源；而柴油機氣缸內的劇烈燃燒(爆壓可高達20MPa)，亦會發出強烈噪音；四沖程柴油機進、排氣閥周期性的啟閉，也會發出刺耳的敲擊聲。LNG動力船舶所使用的燃氣輪機，在使用時噪音主要有三種形式：進排氣噪聲、機體輻射噪聲和結構噪聲。一般情況下，其機體輻射和結構噪聲要比柴油機小，但由于它需要的空氣量大，所以它的進排氣噪聲

19、要比柴油機大。3LNG動力裝置3.1 LNG混合動力系統所謂LNG混合動力就是在船舶現有柴油機的基礎上，增加一套LNG供氣系統和柴油LNG雙燃料電控噴射系統，通過電子裝換開關，可實現單純柴油燃料狀態下和油氣雙燃料狀態下兩種運行模式，將船舶單一的柴油動力改造為柴油LNG雙燃料動力，通過采用LNG部分替代柴油燃料，達到節省燃油和降低排放的雙重目的。3.1.1 LNG混合動力的特點船舶采用柴油LNG雙燃料動力后，柴油的平均替代率達到60%至70%，可實現硫氧化合物減排減排85%90%，二氧化碳減排15%20%，同時，噪聲污染、煙塵、廢油水排放也大大降低。據測算，江蘇蘇北運河上3萬艘船舶經過改造，使用

20、柴油LNG雙燃料動力后，每年可減排硫氧化合物3.1萬噸，氮氧化合物3.2萬噸，二氧化碳37.5萬噸。以柴油為燃料的船舶機艙油污重、噪音大，改裝雙燃料動力后，油污、煙塵和噪音都大幅下降，船員的工作生活環境得到很大改善。同時，由于裝備了智能化的安全監測與處置系統，一旦有可燃氣體泄露，就會自動報警，自動切斷天然氣管路，啟動防爆通風機，隔開儲罐與艙室和機艙，確保船舶運營安全和船員生命安全。此外，采用LNG燃料，即使船舶發生沉沒事故，也不會出現由于使用柴油燃料導致大面積水域污染的現象。3.1.2 現有柴油動力到混合LNG混合動力的改裝首先是船體改造。針對試驗船船體本身的特點，進行了LNG儲罐位于船體尾部

21、的空閑區，設計了一個高度為76厘米的底座。底座與甲板是焊接連接，儲罐與底座是螺栓連接。儲罐相鄰廚房和起居室的一側都加了一道隔離空倉。儲罐頂部是敞開的。氣化器占用了部分盥洗室的空間。其次，船用柴油LNG混燃系統。根據船的空間特點安裝連接了船用柴油LNG混燃系統，依次為：LNG儲罐、氣化器、氣體流量計、電動截止閥、不銹鋼管路、阻火器、減壓穩壓閥、噴射閥、柴油機。第三，安全與消防。在LNG儲罐位置安裝了2個可燃氣體探測器，在機艙內安裝了4個可燃氣體探測器。在機艙兩側頂部位置安裝了兩臺軸流防爆風機。一旦有可燃氣體泄露，濃度達到天然氣燃爆點的20%就進行聲光報警，并自動啟動軸流風機進行強制排風換氣。如果

22、濃度達到燃爆點的40%，則自動切斷電動截止閥。上述動作過程全部是自動控制。另外在儲罐位置和機艙內各擺放了兩臺干粉滅火器。最后，電路改造。根據船用發電電壓不穩定的特點進行了穩壓和電壓逆變等設計，確保滿足控制系統和軸流風機用電的需要。3.1.3 LNG混合動力的推廣問題大量試驗和研究表明，柴油LNG雙燃料動力技術已經初步具備了推廣應用的條件。為迅速把科研成果轉化為現實生產力，還需進一步做好以下幾個方面的工作。一是開展加油加氣站規劃。為滿足柴油LNG雙燃料動力船舶加油加氣的需求，需沿河布置加油加氣站，近期首先開展加油加氣站布點規劃。本著“先大船后小船、先京杭運河后兩縱四橫干線航道”的原則，初步規劃，

23、力爭2013年在京杭運河江蘇段布置36座加油加氣站，逐步形成京杭運河示范效應，力爭2015年在江蘇兩縱四橫干線航道上布置不少于100座加油加氣站，打造江蘇內河綠色水運。二是研究制定相關技術標準。目前，中國船級社已經完成氣體燃料動力船舶檢驗指南（報批稿），江蘇藍色船舶動力有限公司初擬了柴油-LNG雙燃料動力系統操作手冊和船員安全作業及維護須知。為順利實現LNG在運輸船舶上的應用及推廣，還將進一步研究制定相關技術標準，主要包括兩個方面：一是進一步完善規范、標準體系。全力推進氣體燃料動力船舶檢驗指南的出臺；加快推進改裝船廠評估和船舶設施設備產品的認證認可；進一步完善并頒布船員操作指南，開展船員培訓和

24、發證工作。二是實現船舶改造技術標準化。進一步優化儲罐及管路設計，針對不同類型、不同噸位的船舶，提出不同的設計方案，并制定相關的施工工藝流程，實現設計、施工的規范化和標準化。三是研究出臺相關扶持政策。在試點推廣初期，研究出臺相關扶持政策，主要包括三個方面：一是資金扶持。研究通過建立專項補助資金、政府貼息、過閘費減免等方式，在推廣初期對柴油-LNG雙燃料動力改裝船舶給予適當資金扶持。二是土地政策支持。在沿河加油加氣站點、LNG和燃油儲備庫等基地的土地征用中給予適當政策支持。三是建立項目工作協調機制。針對加油加氣站的布點規劃和立項審批、船舶設施設備和船員發證等方面工作，采取集中處理和一站式處理等方式

25、，簡化程序。3.2 目前應用較多的幾種LNG動力裝置介紹LNG船是載運LNG的專用船舶，它在航行的過程中需要充分的利用蒸發的天然氣，相對于其他類型的船舶而言，LNG船在LNG動力技術研究上是比較成熟的，這里就以LNG船為例來介紹幾種LNG動力裝置。3.2.1 蒸汽輪機蒸汽輪機占據今天全球LNG船推進系統的主流，主要原因為：LNG船舶的航速要求一般較高，蒸汽輪機輸出功率大，可以滿足LNG船對大功率推進系統的要求；同時系統功率裕量較大、可靠性較高，可以滿足交貨時效性的要求；在蒸汽輪機系統中LNG蒸發汽或重油均可用作鍋爐的燃料，也可以采用一定比例混合燃燒方式，LNG蒸發汽可以得到很好的利用；在只燃燒

26、蒸發汽時排出的排放物也較為清潔；維護不是很頻繁且費用也相對較低；主鍋爐和蒸汽透平結合的主推進系統有效地解決了蒸發汽的安全利用問題；LNG的應用技術在相當長的時期內只被少數幾個發達國家所掌握，同時市場長期處于供過于求的狀態，LNG價格較低，蒸汽輪機系統的整體經濟性較好。而其他主推進系統方案相對地都或多或少存在一些技術瓶頸，成了作為LNG船主推進系統的障礙。經過幾十年的發展，蒸汽輪機系統在某種程度上說已成為LNG船的標準主動力系統。蒸汽輪機推進系統主要由鍋爐、蒸汽輪機和齒輪減速傳動裝置組成。其工作原理是鍋爐產生的蒸汽通過蒸汽渦輪機將熱能和壓力勢能轉換成動能驅動渦輪轉子轉動，經減速裝置減速后帶動螺旋

27、槳轉動，從而推動船舶前進。鍋爐配備貨物LNG蒸發氣和燃油兩套燃料供給系統。鍋爐可以單獨燃燒蒸發氣或燃油，也可以兩種燃料同時使用。其工作原理如圖31所示。圖3-1 蒸汽輪機推進系統原理圖蒸汽輪機保養費用相對較低，維修頻次少，應用記錄表明系統具有很高的可靠性。蒸發汽獲取量取決于船舶設計及其工作環境條件，通常自然蒸發率設計為015左右，有些正在營運的船舶蒸發率可低到010左右。在壓載航行時，可得到的蒸發汽量只有滿載航行時的1050，具體比例取決于貨艙留有用于預冷液貨的量、海況和貨艙溫度的控制等綜合因素。對LNG船來說，不管選擇何種推進系統，都必須采取某種方式來處理蒸發汽，把它用作推進系統的燃料或進行

28、再液化。LNG蒸發汽在空氣中爆炸濃度范圍是514，釋放到大氣不但不經濟而且非常危險。LNG是在常壓下運輸的，通常液貨艙安全閥設定壓力為25KPa，真空壓力設定為低于大氣壓1KPa，航行時要避免貨艙超壓或出現負壓。安全在天然氣運輸中是極其重要的，蒸汽輪機主推進系統的可靠性、嚴格的安全操作規程以及成熟的系統設計使得LNG船有極好的安全記錄。迄今為止，除發生過個別型號蒸汽輪機齒輪箱過度磨損事故外，并無其他重大機損事故報告。LNG船造價高昂，延長船舶使用壽命是降低船舶營運成本的重要措施之一。與其他船舶一樣，LNG船使用壽命很大程度上取決于船體、貨艙和主推進裝置的服務壽命。船體、貨艙和主推進系統的維護管

29、理是LNG船舶管理的重要環節。根據日本船級社1992年的技術簡報對防范非自持式液化氣船舶事故的反思，通過對29艘非自持式液化氣船舶的事故調查分析“，其結果表明液化氣運輸船舶的安全系數很高，貨艙發生液化氣泄漏的危險性很低。蒸汽輪機推進系統的主要缺點是：蒸汽輪機系統的燃油消耗率比低速柴油機高，系統整體熱效率低，燃料消耗量大。只有當蒸發汽的價格與燃油的價格相比足夠低時，此種方案的推進系統在營運的經濟性方面才有一定的優勢，越過了某一價格的臨界點，系統的經濟性差的問題便凸顯出來了。3.2.2 燃氣輪機在LNG船上采用燃氣輪機推進裝置，可采用機械式或電力式。燃氣輪機重量較輕，無振動、并且可以使用雙燃料(使

30、用重油作為備用燃料)。它的低效率某種程度上可通過聯合循環系統來彌補。然而，燃氣輪機對電站和氣體壓力的要求較高，這會使安裝更復雜，費用更為昂貴。羅爾斯羅伊斯燃氣輪機公司，于2002年初推出了供LNG船選用的Trent30型燃氣輪機。該機輸出功率達36MW，且重量較輕，不到26噸。與蒸汽輪機相比，這種燃氣輪機在整個使用期間可以節約營運成本2096左右。如選用Trent30型燃氣輪機作LNG船主機，船的總長可縮短19米，而載重量卻可增加12，這對提高船舶經濟效益至關重要。Trent30型燃氣輪機具有模塊化結構等特性，可維修性好，這己成為用戶選用船舶主機的重要條件之一。阿爾斯通公司和通用動力公司也準備

31、為LNG船提供燃氣輪機。他們認為，LNG船采用燃氣輪機推進可以節省很大的艙內空間和減輕主機重量。阿爾斯通公司已向LNG船市場推出了輸出功率達17兆瓦的GT35型燃氣輪機。該機是能使用柴油和天然氣混合燃料的雙燃料發動機，柴油和天然氣的混合比為2：8。目前船東對這種燃氣輪機很感興趣。通用動力公司生產的LM2500型和LM6000型燃氣輪機也適合于LNG船，這兩型燃氣輪機具有可靠性高、重量輕、單位重量的功率很大等特點。為了滿足對LNG船冗余度方面的要求，可在一艘LNG船上可安裝兩臺燃氣輪機或采用燃氣輪機加余熱鍋爐或采用燃氣輪機與柴油機聯合動力裝置。復合渦輪機組(即燃氣輪機發動機十蒸汽輪機發動機)，是

32、在用燃氣輪機燃燒蒸發汽的同時，利用廢氣能量產生蒸汽，驅動蒸汽輪機。這種發動機的燃料效率較一般的蒸汽輪機好，而且排放的廢氣與汽輪發動機相同，是比較清潔的。缺點是需要高質量的石油燃料，并且不能與蒸發汽混合燃燒。將來還可能考慮與電力推進裝置相結合。從環保因素考慮將來有可能會采用此種方案的推進系統。3.2.3 雙燃料電力推進該種推進方式采用雙燃料發電機組產生電能，供給船舶推進電動機組，經減速裝置減速后驅動螺旋漿轉動。在建船舶中，己有LNG船采用此種推進方式，根據其配置的不同有多種型式可供選擇，其原理如圖32。圖3-2 雙燃料電力推進系統原理圖由于雙燃料發動機可使用低壓氣體，在發動機入口處壓力在4bar

33、至5bar之間，其壓縮機組與目前使用蒸汽輪機推進裝置的船舶基本相同?；陔p燃料發動機的電力推進裝置的總效率高于40，與蒸汽推進裝置的30或者更低相比要好得多。至于選擇單槳還是雙槳，將基于航線情況及不同的冗余要求而定。發動機的數目及輸出功率將由所需的軸功率及冗余度決定。通常來說，一艘135萬立方米的LNG船所需功率大約為30唧，可由4臺50DF發動機組組成，其MCR輸出功率為950千瓦缸，熱效率高達465“1。在轉速為500rpm(50Hz)或514rpm(60Hz)，熱效率可達48，推薦的裝置為8缸機或9缸機。多臺機使系統具有良好的冗余特性，同時也具有良好的機動性，適應不同的運營模式要求，如機

34、動操縱、在港口等待、裝載及卸貨等。在海上和港口中可進行靈活的預防性維護，這對蒸汽裝置或者說大型二沖程發動機都是不可能的。近年來的研究表明，最有利的方案就是使用強制蒸發汽以代替燃油。這種推進方式冗余度高，操作靈活，可以保證LNG船具有較高的可靠性；提高了熱效率，具有低排放的特性。3.2.4 雙燃料推進系統雙燃料發動機(燃油和蒸發氣)的發展己經使有效利用蒸發氣成為可能，雙燃料發動機是從重油柴油機發展而來。因此雙燃料發動機推進裝置也是現代LNG船一個具有強有力競爭力的選擇。該裝置的系統簡圖見圖3-3圖3-3 雙燃料發動機推進裝置系統圖雙燃料發動機是一種經過特殊改造的可直接燃燒LNG蒸發汽和燃油的內燃

35、機，有高壓型和低壓型兩種。高壓型雙燃料內燃機在噴射少量的點火柴油后，即可將船上蒸發的LNG氣體高壓噴射進入燃燒室燃燒；低壓型雙燃料柴油機可將船上蒸發的LNG氣體以較低的壓力(約4barcm2)噴射進入燃燒室，在輕油點火下燃燒。前者使用高壓LNG管路有泄漏的危險，后者則需要額外配置點火裝置。據有關資料，在挪威近海項目中，在小型LNG船上推進系統有直接采用了雙燃料發動機作為主推進裝置，但此系統需要和蒸發汽氧化裝置配套使用。當前，天然氣一柴油雙燃料二沖程和四沖程發動機己經面市，使雙燃料發動機作為液化天然氣(LNG)船推進主機的構想變為現實。瓦錫蘭50DF型柴油機就是一種以天然氣和柴油作為燃料的雙燃料

36、發動機。在正常工作時，僅使用9的天然氣和1的燃油混合燃料，只有在天然氣系統出現故障時，才切換到燃油狀態。在預燃室中噴入燃油啟動發動機。與常規動力裝置相比，使用這種雙燃料發動機不但最大限度地利用了蒸發汽燃料，而且大大降低了燃油的消耗和運營成本，可節約燃料2030，提高發動機的效率。在一艘13.5萬立方米LNG船上，MAN BW柴油機公司對燒重油的蒸汽輪機與燒重油和天然氣的雙燃料發動機進行了比較，后者每年可為船東節約250萬美元左右的費用“1。同時，雙燃料發動機具有很低的排放，其氮氧化物的排放量只相當于普通柴油機的110，二氧化碳的排放也相當低。由于雙燃料發動機可以在氣體燃料和液體燃料兩種模式下交

37、替工作，而且兩種模式是自動切換，在停止氣體燃料供應時，發動機不會停止運行，而是自動切換到液體燃料模式。隨著船舶動力裝置的不斷發展，雙燃料發動機以其可使用兩種燃料、重量輕、制造成本較低等優點將成為今后LNG船主推進裝置的一個重要選擇。瓦錫蘭雙燃料發動機配有精確的電子控制設備，將布置在柴油機各位置上的傳感器聯系在一起，對各種參數如負載、轉速、燃燒特性、廢氣排放溫度等進行監控，控制系統對輸入的信號與系統設定的數值進行分析比較，立即對天然氣供氣壓力、供氣量、供氣正時和空燃比進行調整，以滿足負荷要求或其它工作條件，如避免敲缸和熄火。因此當氣體質量，周圍環境溫度變化時，所有的缸在任何條件下都有最佳的性能。

38、LNG貨物蒸汽對瓦錫蘭6L50DF發動機是一個很好的燃料，唯一需要考慮的是氣體組成的變化，即氮氣在蒸發汽中的含量。通常，氮對發動機不是有害的，發動機吸入的空氣中氮含量就高達78，不過，因為它是惰性氣體，對燃燒沒有貢獻，蒸發汽的能量(熱值)比純甲烷低。LNG蒸發汽中氮的含量可能會高達蒸發汽體積的30%，尤其是在航程開始時。這對瓦錫蘭6L50DF發動機來說不是一個問題，控制系統會很好地調節功率輸出，平抑波動。瓦錫蘭雙燃料發動機的熱效率可達465，它在陸地上累計己有相當數量的運行時間，對用于海上來說己趨于成熟。換句話說，一切都己準備好，是其向LNG船主推進裝置進軍的時候了。3.2.5 小結在上述LN

39、G船不同類型推進系統的可能的方案中很難判定哪個方案就是未來LNG船推進系統的最佳選擇因為仍有許多不確定的因素除了技術發展因素外諸如天然氣和船舶主機用重油價格的預測和波動船的尺寸大小航行速度和參與預定貿易的LNG船的數量等。4LNG船用技術的適用性4.1 新船型積極采用LNG燃料（LNG船舶配置再液化裝置可行性分析）去年，韓國造船界掀起了一股接單“旋風”，在LNG船、海洋工程船舶及裝備、大型乃至超大型集裝箱船領域頻頻出手，不斷獲得高額訂單。據韓國韓聯社報道，今年上半年韓國造船企業的接單情況僅次于市場景氣度大好的2007年，接單總量在全球市場的占比達53.2%。與此同時，根據中國船舶工業行業協會的

40、統計，16月，我國造船企業承接的新船訂單同比下降了9.2%，且產品仍是以主流船型為主。毋庸置疑，正是由于接單船型的差異，讓中韓兩國造船界上半年在新接訂單的金額、噸位尤其是總噸等方面產生了不小差距。嚴峻的現實提醒中國船舶工業：要追趕對手，不斷做強，就決不能僅僅滿足于當下的生產，更須著眼長遠，緊盯市場需求結構的變化，提早做好新船型開發及高技術船舶預研工作。近年來，國際市場對石油 船員招聘、天然氣等能源的需求不斷增長，與此同時，全球尤其是歐洲各國在環保方面的要求日趨嚴格，各種規范頻頻出臺，導致國際船舶市場對海工船及油氣鉆井平臺等海工裝備的需求量與日俱增，同時使各種“綠色”船型備受青睞。而韓國造船界近

41、幾年一直堅持高技術、高附加值船型戰略，根據上述市場需求提前安排船型開發，且幾乎對所有船型進行了優化和創新，以滿足各種海事新規。這樣的戰略正是韓國今年得以在新造船市場上“攻城掠地”的主要原因。與韓國相比，日本造船界在高技術船舶研發上走的更遠，主要船企近兩年將目光聚焦于概念船型的預研，其中三菱重工研發出采用其新型蒸汽渦輪發動機的LNG 船、采用空氣潤滑等環保技術的集裝箱船 “MALS-14000CS”；商船三井研發出采用新能源的“ISHIN-I”汽車運輸船、“ISHIN-II”渡船、“ISHIN-III”鐵礦石運輸船；大島造船與DNV聯合開發的“ECO-Ship 2020”項目， 海員之家已推出環

42、保型敞艙口散貨船設計方案；石川島播磨聯合海事開發了低環境負荷型的13000TEU集裝箱船“eFuture 13000C”，以及同系列的豪華游船“eFuture 310T”、散貨船“eFuture 56B”。業內專家分析，經過這一輪新技術研發，日本造船界很有可能再次發力，在新造船市場奪回一定份額。通過對比日韓可以發現，在此次船舶市場需求結構調整的過程中，中國造船界顯然沒有很好地應對，不少船企忙于當前的生產任務，在新船型尤其是高附加值、環保船型研發方面力度不足，進而影響了新訂單的承接。要改變這一現狀，中國造船界必須盡快行動起來，一方面做好現有船型的升級工作，在提升效率、節能減排方面大力開展研發，進

43、一步鞏固中國在三大主流船型市場的地位；另一方面應形成合力，使骨干船企、科研院所等單位在高端船型研發領域不斷實現突破，搶占市場制高點。不僅如此，隨著船舶市場需求結構的變化，船配市場也將隨之發生改變，未來船東對節能高效的新型動力系統及壓載水處理系統、高端鋼材、涂料等配套產品的需求將會不斷增加。為此，我國船舶配套行業也須有所作為，在盡快提高我國配套設備裝船率的基礎上，開展高技術、高附加值產品研發，為做強中國船舶工業夯實基礎。鑒于船用燃油價格存在上漲空間 船員招聘網 ，加上國際法規對海運環保的要求越來越嚴格，LNG作為船用燃料的優勢在逐步顯現：與船用柴油與重油相比，其價格較低；能夠使二氧化碳等廢氣及顆

44、粒物的排放量大幅減少；不僅如此，LNG的長期供給穩定。而在技術層面，不僅新建船舶可以使用LNG，在航船舶也能夠通過改裝，使用LNG或者采用LNG/柴油雙燃料。因此，未來510年間，以LNG為燃料的船舶的數量將持續增加；預計10年后，以LNG為燃料的船舶所占的市場比例有望達到10%15%。4.1.1 現有船舶改裝技術可行現有船舶要以LNG或者LNG/柴油為燃料，海員招聘 則必須加裝LNG儲存艙等裝置。TGE Marine公司一家總部位于德國、從事船舶氣體處理系統及儲罐供應業務的企業負責人表示，通常情況下，在船舶改裝過程中，加裝的主要裝置為LNG儲罐和氣體處理系統。此外，船上還需安裝一些輔助系統，

45、如氣體加熱系統、惰氣系統、通風系統、遙控閥門及安全系統、自控系統等。典型的船舶使用LNG方案為：LNG通過氣體處理系統氣化，天然氣通過主控閥供給燃氣發動機，進而使船舶獲得動力。與會專家介紹，最易于改裝的船型包括LPG船、近海成品油船/化學品船，改裝難度較大的船型為客船、渡船、集裝箱船，難度更大的船型則為大型集裝箱船、散貨船和超大型油船（VLCC）等遠洋船舶。目前，在船舶“油改氣”項目過程中，最大的挑戰主要有兩點：一是如何布置好儲罐以及其他氣體燃料系統的子系統；二是燃料系統如何滿足船舶二沖程或四沖程主機的工作要求。舉例來說，曼柴油機與透平公司的ME-GI雙燃料發動機在燃用天然氣的模式下，需要氣體

46、以 250315巴（barg）的高壓注入，則在船舶改裝的過程中，就需要考慮在儲罐中加裝罐內增壓泵及罐外的高壓泵，則LNG通過加壓后，再經過高壓氣化器和高壓加熱器處理，最終供給發動機。據了解，在一些已經實施的船舶改裝項目中，主機廠商也積極參與相關工作，確保項目順利完成。目前TGE Marine正與挪威船級社（DNV）、曼恩柴油機與透平公司等合作，開展德國“Reederei Stefan Patjens”號5000TEU集裝箱船的改裝項目，項目在2012年完成后，該船將成為全球首艘使用液化天然氣燃料的集裝箱船。4.1.2 新船型積極采用LNG燃料DNV可謂應用LNG燃料的“先鋒”，在2001年就率

47、先制定了LNG燃料有關的船舶規范。在此次峰會上，DNV介紹了與日本大島造船有限公司聯合開發的 “ECO-Ship 2020”項目。該項目的第一階段已經結束，完成了敞艙口散貨船的概念設計。該型船集成了多項創新解決方案，其中最引人注目的便是該船是一艘完全使用 LNG、不使用其他任何燃料，也不使用電力推進系統的商船。該船配備有4個C型高壓儲存倉，共能儲存LNG3000立方米。羅爾斯羅伊斯公司為該船提供了2臺四沖程中速燃氣發動機，單機功率為4000千瓦。加上應用了廢熱回收、空氣潤滑等其他節能技術，該船滿足IMO Tier III廢氣排放標準要求，其硫化物排放量為零，氮氧化物排放量可下降90%，二氧化碳

48、的排放量可下降50%以上。此外，DNV還在此次會議上展示了另一款未來船型：營運于澳大利亞至中國航線的環保概念礦砂船（The eco-friendly ore carrier）“Ecore”號。該船使用了靈活的燃料方案，采用了曼柴油機與透平公司的二沖程ME-GI燃氣發動機，能夠使用柴油機與天然氣兩種燃料。值得關注的是，該船采用了優化的設計方案，只設1個置中的貨艙，其C型LNG儲罐則位于船尾的駕駛艙下，這一方案有助于充分利用船體空間，確保LNG 儲罐不會占用貨艙空間及減少貨運量。除了上述船型，近期DNV還在研發環保型VLCC。據稱，該船將配備雙燃料發動機；為配合使用LNG燃料，還將安裝兩個C型儲罐

49、，每個儲罐的容積將達 13500立方米。德國勞氏船級社（GL）近期公布的“阿芙拉型油船優加”設計概念也為安裝天然氣儲罐預留了空間，可采用天然氣燃料。此外，羅爾斯·羅伊斯公司推出的環保型船舶設計理念（Enviroship Concept），也把LNG作為集裝箱概念船等船型的燃料。4.1.3 氣體發動機技術較為成熟在船舶動力系統領域，國際幾大發動機生產商經過多年的技術研發，其產品已經能夠滿足船舶應用LNG燃料的需要。在此次會議上，瓦錫蘭集團、曼柴油機與透平公司分別介紹了其雙燃料發動機技術。瓦錫蘭集團目前推出了包括20DF、34DF和50DF型機在內的DF系列機，并已成功在多艘船舶上應用。

50、據介紹，與燃油模式相比，處于燃氣模式的DF發動機可使船舶的一氧化碳排放量減少75%，二氧化碳排放量減少20%，氮氧化物的排放量減少80%，并實現硫化物的零排放，從而滿足國際海事組織（IMO）Tier III標準。目前，DF雙燃料發動機已成功應用在LNG船、近海供應船、FPSO、化學品船等船型上，其累計商業應用的時間已經超過了150萬小時。而瓦錫蘭自2005年至今獲得的船用發動機訂單中，DF雙燃料發動機的訂單占比達到了45%。MAN發動機與透平公司則在其傳統ME-C發動機的基礎上，研發出了型號相對應的ME-GI系列低速二沖程雙燃料電噴發動機。今年5月18日，該公司在其位于哥本哈根的柴油機研發中心

51、舉行了ME-GI雙燃料發動機的首發儀式。ME-GI發動機能夠燃用任何比例的天然氣和柴油，甚至能燃用液化石油氣或重油，可用作LNG船、LPG船、集裝箱船等多種商用船舶的主推進系統。其中，在4T50ME-X型發動機基礎上研發成功的4T50ME-GI 燃氣發動機進行了一系列海試，已通過了各項性能驗證測試。此外，DNV的環保概念礦砂船“Ecore”號就使用了2臺該公司的 6S60ME-C8.2-GI型雙燃料發動機。除了上述兩家企業，羅爾斯·羅伊斯公司則于2007年開始推出卑爾根船用燃氣發動機，并實船應用到挪威5艘近?？投纱?。該型機可以減少92%的氮氧化物以及23%的二氧化碳的排放，并能完全

52、消除硫氧化物及顆粒物，其燃料消耗效率可在現有雙燃料發動機的基礎上提高8%。4.1.4 采用小型LNG船進行燃料補給船舶尤其是大型遠洋船舶如何進行LNG燃料補給是海事界十分關注的問題，目前，海上供氣裝置的缺乏是制約海運行業推廣使用LNG的一大瓶頸。就目前成功的一些船舶改裝項目和一些以LNG為燃料的概念船的設計方案來看，在缺少海上供氣裝置的條件下，船舶供氣是一種較為可行的方案。根據目前挪威的一些成功案例，以LNG為燃料的船舶在靠泊，可通過岸上的管道補充燃料；而當船舶在海上營運時，則可通過小型的LNG船來實現燃料補給。不僅如此，一些新概念船型也采取類似的供氣方案。此次DNV介紹的環保概念礦砂船“Ec

53、ore”號就采用了類似的解決方案，有燃料供給船來為該船提供液化天然氣和燃油補給?！癊core”號的LNG儲量為4000立方米，燃料供給船通過直徑68英寸的軟管進行供給，補給時間為915小時。以LNG為燃料不僅能夠使船舶符合IMO Tier III等廢氣排放標準，也是幫助船舶滿足EEDI的一個有效途徑，且海事業現有技術已能夠滿足船舶使用LNG的要求。為此，有業內人士預測，到2015 年，以LNG為燃料的船舶有望增加到8001000艘。目前一些國際組織已準備起草LNG燃料補給船相關接口、操作方面的規范、標準。而根據DNV等機構的預測，今后海上LNG補給裝置也有望進一步增加?？梢灶A計，在這些利好因素

54、的推動下，未來LNG燃料在海運業的應用范圍將會得到不斷拓展。4.2 LNG動力系統目前的成功應用LNG燃料早在1964年就開始應用于LNG運輸船，但直到2000年才開始應用于其他類型船舶。據統計，20002010年全球采用LNG作為燃料的船舶共22艘（不包括LNG運輸船）。與其他船用燃料相比，LNG燃料最主要的優點是對環境的影響較小，排放量最小。但LNG作為船用燃料，則要改變主機和燃料艙的設計布置，圓柱形壓力罐所需空間約為等量柴油所需空間的34倍，特殊的儲氣罐和艙室結構增加了LNG儲存的重量，約為船用柴油的1.5倍，使建造成本增加約8%20%，同時維護成本也會隨之增加。目前，建造最多的LNG燃

55、料船舶是渡船，其中包括車/客渡船、滾裝船、客滾船等，因為這些船舶多屬于短途沿海航行，對LNG儲氣罐大小的要求較低。下面介紹幾種LNG動力系統的船舶。4.2.1 世界首艘LNG燃料渡船挪威作為LNG生產大國，為了提高挪威氣體燃料技術和獲得良好的環境效應，1996年挪威議會決定分別建造采用CNG和LNG作為燃料的兩種類型車/客渡船。2000年，世界首艘采用LNG為燃料的渡船“M/F Glutra”號由阿克爾船廠建造完工。通過采用LNG燃料，該船可以減少80%的NOX排放量，總成本比采用柴油燃料的渡船高30%，但船廠和運營商認為由于屬于新技術的首次應用，費用的提高在可接受范圍內。圖4-1 LNG燃料

56、渡船“M/F Glutra”號該渡船的LNG燃料推進原理是LNG從卡車儲氣罐注入到船上的不銹鋼儲氣罐，該不銹鋼儲氣罐布置在甲板下的雙壁不銹鋼容器中。LNG通過發動機冷卻劑蒸發后進入4臺超稀薄燃燒天然氣發動機中。每臺發電機與對應的發動機相匹配，通過變頻器將電能供應到1000kW的異步電動機，該電動機驅動位于船尾的雙槳，以提供較好的操縱性。LNG儲存在2個真空、珍珠巖絕熱不銹鋼低溫儲氣罐中，該儲氣罐由AGA Cryo AB公司提供。每個LNG儲氣罐容積約為32m3，最大填充率為85%。儲氣罐的外層是不銹鋼容器，該容器為雙壁結構，中間填充礦物纖維。不銹鋼容器可以防止LNG逸出，還

57、避免低溫液體對船體鋼板的冷卻侵蝕。對于氣體系統的要求之一是當船舶以最高速度與碼頭發生碰撞時不會出現任何損壞。2個儲氣罐設置在位于主甲板下的兩個獨立艙室，每個艙室還配有蒸發器，蒸汽通過雙管輸送至壓力為4bar的主機艙。為了安全起見，發動機的布置遠離LNG儲氣罐，位于汽車主甲板上的一個狹小舷邊甲板。發動機采用4臺三菱GS12R-PTK型超稀薄燃燒天然氣發動機，轉速為1500r/m時單機功率為675kW，發動機在滿載時的熱效率為37%。4臺發動機分布在4個不同的、通風性好的機艙，可以通過一套系統中的多個氣體檢測器進行監控，能夠確保在氣體濃度超過某一水平時依靠截流閥切斷氣體流動。泄漏的氣體通過管道進入

58、桅桿頂部。當任一機艙中的氣體混合物達到最低爆炸水平（LEL）的20%時，氣體檢測器會發出報警并且在發動機達到60% LEL時自動切斷氣體供應。機艙的爆炸分析表明：在最壞的情況下，主機的兩扇窗格門（sashed-door）將爆裂并立即釋放壓力而不影響其他主機室。在正常操作下，2臺主機可以為推進和其他能量消耗提供足夠的功率，第3臺發電機作為備用或用于增速或用于惡劣天氣條件下。第4臺發電機為其他主機維護時使用。通過這種配置，該船能夠進行23年的全年持續航行。船上LNG燃料的補給由Statoil公司的卡車供應，通過舷側開口進行補給?？ㄜ噧鹊腖NG在1臺空氣加熱蒸發器的壓力作用下輸送到渡船LN

59、G儲氣罐。補給過程一般在夜間及無人登船的情況下進行，每次補給47m3或16t的LNG，耗時2個小時，補給周期約為每5或6天一次。據了解，Fjord1集團目前共運營10艘LNG燃料船舶，該公司表示，通過多年的運營采用LNG作為燃料的渡船具有良好的環保性，可以減少19%的CO2、91%的NOX、100%的SO2和顆粒物，而且噪聲污染較低。不過建造費用可能會增加15%20%，維護成本比柴油主機高。4.2.2 瓦錫蘭65000噸級LNG燃料旅游船圖4-2瓦錫蘭65000噸級豪華旅游船圖4-3 65000噸級豪華旅游船雙燃料推進布置圖2011年，瓦錫蘭公司公布了65000噸級LNG燃料豪華旅游船的設計方案。該船長260米，船寬34米，最大寬度為43.2米，船員650人，客艙780間，載客能力為1900人，航速19節。船上安裝3個46