0 引言LNG雙燃料發(fā)動機在船舶上的應(yīng)用始于2000年，挪威“Glutra”LNG動力船投入運營。2005年，法國大西洋船廠為法國天然氣公司建造了世界第一艘最大的雙燃料LNG船“GAZ DE FRANCEEN ERGY”。隨后，在世界范圍內(nèi)，LNG動力船舶被廣泛應(yīng)用。據(jù)有關(guān)機構(gòu)統(tǒng)計，截至2018年底，國外已營運和正在建造的LNG動力船約有143艘，且有逐年上升的趨勢。2000～2018年，所造LNG船趨勢，見圖1。
LNG作為船舶發(fā)動機主要燃料使用時，硫氧化物排放為零，溫室氣體排放可減少15%～20%，顆粒物減排高達(dá)80%,1對船舶節(jié)能減排和滿足日益嚴(yán)苛的國際排放要求具有重要意義。在實船應(yīng)用層面，不僅新造船可以在設(shè)計時直接采用LNG作為主燃料，現(xiàn)役船舶也可以通過改裝，使用LNG-柴油雙燃料主機來實現(xiàn)。1 LNG雙燃料技術(shù)在船舶發(fā)動機上應(yīng)用的途徑1.1 現(xiàn)有動力改造LNG燃料動力改造是在船舶現(xiàn)有柴油機的基礎(chǔ)上，增加一套LNG供氣系統(tǒng)和柴油LNG雙燃料噴射系統(tǒng)，可實現(xiàn)單純柴油燃料狀態(tài)下和油氣雙燃料狀態(tài)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(dá)到節(jié)省燃油和降低排放的雙重目的?，F(xiàn)有以柴油為燃料的船舶，若要進行LNG燃料動力改造，通常情況下需要加裝LNG儲罐和氣體處理系統(tǒng)。此外，還需安裝一些輔助系統(tǒng)，如通風(fēng)、電子控制、安全和自控系統(tǒng)等。改裝的難點主要在于如何布置儲罐以及其他氣體燃料系統(tǒng)的子系統(tǒng)，以及解決LNG在液化、儲存、運輸時所帶來的問題。1.2 新建船舶采用雙燃料發(fā)動機新建雙燃料動力船舶，設(shè)計公司在設(shè)計之初就考慮采用雙燃料發(fā)動機優(yōu)化布置，空間利用和維護保養(yǎng)也就更加具有優(yōu)勢。比如，瓦錫蘭雙燃料發(fā)動機W6L20DF應(yīng)用于新造的某近海供應(yīng)船上，該船的LNG燃料供氣系統(tǒng)由一套容積為170m3的LNG儲罐、一套充裝站、一套自增壓單元、一套低壓氣化器加熱器及一些必要的過程容器和控制監(jiān)測系統(tǒng)組成。LNG儲存在一套獨立的“C”型真空絕熱儲罐內(nèi)。儲罐采用橢圓形封頭的水平臥式儲罐。儲罐鞍座與船體基座之間采用環(huán)氧材料進行支撐。在船的左舷設(shè)有1套加注站，用于LNG加注，見圖2。
圖2 LNG罐示意圖 在日常使用時，LNG燃料在重力的作用下從LNG儲罐流入自增壓汽化器，經(jīng)過氣化后的蒸汽返回LNG儲罐氣態(tài)空間對儲罐進行增壓。利用儲罐的壓力使LNG液體流經(jīng)LNG汽化器和加熱器，經(jīng)過氣化加熱之后供給雙燃料發(fā)電機使用，見圖3
LNG儲罐端部設(shè)有一個帶有檢修孔的氣密處所，稱之為“氣罐連接處所”。氣罐連接處所內(nèi)包含所有與儲罐相連接件、接管和設(shè)備，如自增壓汽化器、LNG蒸發(fā)器和低溫水熱交換器、閥門、儲罐液位、溫度、壓力監(jiān)測儀表等；所有與儲罐相連接的氣態(tài)或液態(tài)管線環(huán)繞在通風(fēng)導(dǎo)管內(nèi)，通風(fēng)導(dǎo)管進行連續(xù)的負(fù)壓通風(fēng)。氣罐連接處所內(nèi)設(shè)有氣閘，氣閘通往船上其它位置的通道視為安全區(qū)。在集控室設(shè)有一套帶有顯示器的主控制柜，集中對燃?xì)庀到y(tǒng)及設(shè)備進行遠(yuǎn)程顯示及控制。同時主控制柜可輸出信號至船上的監(jiān)測報警系統(tǒng)。駕駛臺設(shè)有一套監(jiān)控面板用于遠(yuǎn)程顯示和報警。燃?xì)夤懿捎秒p壁管，以此構(gòu)建氣體安全系統(tǒng)。見圖4。LNG系統(tǒng)配有一套水乙二醇單元作為LNG的加熱介質(zhì)。水乙二醇單元不存在可燃?xì)怏w泄漏到安全區(qū)的可能性，水乙二醇循環(huán)泵設(shè)有一套組合啟動器，并且水乙二醇單元和水乙二醇循環(huán)泵均布置在機艙內(nèi)。
瓦錫蘭雙燃料發(fā)動機的液化天然氣和氣體處理系統(tǒng)工作壓力低于1MPa，不僅可以降低投資成本，系統(tǒng)也更為簡單，低壓設(shè)計理念可以省去高耗能的壓氣機組而采用最經(jīng)濟的低壓供氣系統(tǒng)；其次，發(fā)動機不再需要進一步的NOx凈化系統(tǒng)來滿足未來的排放法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)動機在燃?xì)饽Ｊ较翹OX排放量約2g/k W，也滿足Tier III排放標(biāo)準(zhǔn)，并且在使用柴油時最低也可達(dá)到Tier II標(biāo)準(zhǔn)。2 現(xiàn)實應(yīng)用中存在的問題目前，國內(nèi)應(yīng)用于船舶領(lǐng)域的LNG雙燃料發(fā)動機擁有廣闊發(fā)展前景，但仍然面臨不少挑戰(zhàn)。1)LNG燃料的儲運和加注仍然是一個很大的難題。由于儲罐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加之LNG在同條件下相比柴油體積大的多，需要很大的儲運空間。在加注方面，現(xiàn)有的加注站數(shù)量較少，且配套設(shè)施不夠完善，所以，想要普及LNG雙燃料技術(shù)首先需要建成完善的補給系統(tǒng)；2）有待建立相對健全的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范。雖然LNG雙燃料技術(shù)已經(jīng)相對成熟，但國內(nèi)尚未制定與之相對應(yīng)的運送和加注標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有規(guī)范無法滿足新造船舶的加注需求；3）燃?xì)鉅顟B(tài)下潤滑不良，后期維修成本增加。當(dāng)傳統(tǒng)柴油機工作時，柴油以小液體形態(tài)噴入氣缸，對閥門、閥座等有潤滑、冷卻的作用，而雙燃料發(fā)動機以燃?xì)鉃橹?，其燃料時燃燒產(chǎn)生的熱值要比傳統(tǒng)燃料大，燃燒室溫度更高，使得潤滑油老化過快，發(fā)動機閥座等部件潤滑不足而過度磨損，顯著縮短了維護保養(yǎng)周期而增加了維護成本。3 發(fā)展的建議從技術(shù)層面制定方案，解決LNG雙燃料發(fā)動機存在的問題。1）現(xiàn)有柴油發(fā)動機增加LNG燃料系統(tǒng)，在LNG燃料狀態(tài)下潤滑不良問題。使用LNG燃料時，普通潤滑油無法解決由氣體干澀引起的閥門磨損及開關(guān)不嚴(yán)等問題。因此，需研制新型材料或選用高性能的潤滑油。如可使用結(jié)構(gòu)陶瓷性材料，這種材料具有很好的耐磨性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐高溫性，但結(jié)構(gòu)陶瓷性材料種類繁多，還需做大量的試驗和研究才能研制出適合雙燃料發(fā)動機的最佳材料；2）選用成熟的雙燃料發(fā)動機，雖然初期投入成本較大，但后續(xù)維護保養(yǎng)工作量小，長遠(yuǎn)來看，可帶來更大的經(jīng)濟效益；3）建立規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展。由于LNG雙燃料發(fā)動機的實船應(yīng)用在國內(nèi)還處于起步階段，相關(guān)機構(gòu)應(yīng)加快對相應(yīng)制度的規(guī)范和制定，加大在雙燃料發(fā)動機領(lǐng)域的投入，合理安排天然氣儲氣和加注站，使國內(nèi)雙燃料改造技術(shù)能夠更快地趨于成熟。4 結(jié)束語節(jié)約資源和保護環(huán)境是世界經(jīng)濟發(fā)展過程中必須重點關(guān)注的方面，推廣高能效LNG雙燃料船是實現(xiàn)船舶行業(yè)節(jié)能減排、轉(zhuǎn)型升級的有效措施。同時，加快清潔能源在實船中的應(yīng)用是發(fā)展綠色海上運輸建設(shè)生態(tài)文明的需要。2018年，國家交通運輸部發(fā)布推進船舶使用LNG的指導(dǎo)意見，并制定了LNG動力船舶等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，LNG燃料正在受到越來越多的關(guān)注。IMO推出的2020限硫令后，使得LNG成為船用燃料重要的替代選項。隨著中低速LNG雙燃料發(fā)動機技術(shù)的逐漸成熟，無論在降低能耗還是排放上都能基本滿足國際最新排放標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)的LNG雙燃料發(fā)動機已在實船安裝或進行升級改造，并經(jīng)過驗證。改造后的雙燃料發(fā)動機與改造前的相比功率相當(dāng)，且經(jīng)濟運行以及燃油排放有明顯改善，更好地促進了LNG雙燃料發(fā)動機的實船應(yīng)用。參考文獻(xiàn) 【1】袁樹文.雙燃料LNG船舶主機實船應(yīng)用探究[J].天津航海,2021,No.161(04):34-36. 作者簡介：袁樹文，工程師，中海油田服務(wù)股份有限公司
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