高德輩等

【摘 要】近年來隨著經(jīng)濟的發(fā)展對于清潔能源的需求不斷增強，國內(nèi)對于天然氣的需求量越來越大。目前，我國的天然氣運輸方式主要有：常規(guī)陸路運輸、管道運輸、船舶運輸?shù)?。本課題研究主要研究內(nèi)容為通過三種加氣方式的對比，加氣操作流程及原理的介紹確定設(shè)計方案，最終解決小型LNG運輸加氣船加氣系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計建造及技術(shù)國產(chǎn)化難題。

【關(guān)鍵詞】LNG加氣船 天然氣 加氣系統(tǒng)

1 引言

近幾年，全球變暖、氣候異常等話題已逐漸成為人們關(guān)注的焦點，綠色環(huán)保、節(jié)能減排也已成為全世界大多數(shù)國家的共識。在這樣的大環(huán)境下，隨著全球航運業(yè)的發(fā)展，船舶所造成的污染也越來越引起國際社會的關(guān)注。

世界知名船用主機供應(yīng)商瓦錫蘭集團和曼公司已經(jīng)向市場推出批量化、系列化的雙燃料中速發(fā)動機產(chǎn)品，雙燃料低速機也已經(jīng)進入商業(yè)化生產(chǎn)階段。LNG作為船用燃料，NOx的排放減少85～90%，SOx和顆粒物質(zhì)的排放與燃料油相比可減少幾乎100%。CO2凈排放量降低15～20%。LNG動力船型初始投資比傳統(tǒng)燃料船型高出10%～20%。但隨著排放控制區(qū)對SOx排放的強制限制、EEDI的生效以及技術(shù)改進和完善，雙燃料發(fā)動機船型和全氣機船型將逐步成為市場主流，并且影響的船舶類型的范圍也將不斷擴展。隨著我國“氣化長江”計劃的持續(xù)開展，在長江等幾大內(nèi)河流域及一些沿海港口船只開始采用LNG為船舶燃料。但是一部分船東也在處于觀望狀態(tài)，因為畢竟LNG的加氣沒有柴油方便，國內(nèi)也只有幾個在建的LNG加氣港口。那么LNG加氣船的出現(xiàn)極大程度上的解決了這個問題，LNG加氣船建造起來比LNG加氣港簡單，而且使用起來可以靈活的運用。綜上所述建造小型LNG加氣運輸船是發(fā)展液化天然氣（LNG）為船舶燃料首當(dāng)其沖的保障。而LNG作為LNG加氣船燃料更是節(jié)省了船舶本身的運營成本。

突破和解決小型LNG加氣運輸船加氣系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計建造及技術(shù)國產(chǎn)化難題。同時提升核心系統(tǒng)和裝置國產(chǎn)化率。

2 供氣系統(tǒng)研究內(nèi)容與技術(shù)方案

2.1 供氣系統(tǒng)目標(biāo)與技術(shù)指標(biāo)

小型LNG運輸加氣船供氣系統(tǒng)研究所用到的規(guī)則和規(guī)范有：中國船級社的《液化天然氣燃料水上加氣躉船入級與建造規(guī)范2014》，中國船級社的《天然氣燃料動力船舶規(guī)范2013》，《國內(nèi)航行海船建造規(guī)范》，《材料與焊接規(guī)范》（2012），國內(nèi)航行海船法定檢驗技術(shù)規(guī)則（2011年），中國船級社的《國際散裝運輸液化氣體船舶構(gòu)造與設(shè)備規(guī)范》，MSC.285（86）決議 有關(guān)安全安裝船舶天然氣燃料發(fā)動機的臨時導(dǎo)則，中國船級社的《天然氣燃料動力船舶規(guī)范2013》，其中參考導(dǎo)則為《LNG動力船加氣的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范研究》（挪威德國船級社）。

2.2 主要研究內(nèi)容

通過以上規(guī)則規(guī)范來設(shè)計用于給LNG動力船加氣的加氣系統(tǒng)，并對本系統(tǒng)中的不同的加氣形式進行比較：

（1）采用加氣臂的形式給受注船加氣；

（2）采用加氣軟管的形式給受注船加氣；

（3）采用軟管吊的形式給受注船加氣；

（4）采用低溫離心泵給受注船加氣；

（5）采用低溫潛液泵給受注船加氣。

2.3可行性分析

2.3.1 不同形式的LNG加氣方式的比較及可行性分析

（1）采用加氣臂的形式：如圖1。

圖1 加氣臂的形式

（2） 采用加氣軟管的形式：如圖2。

圖2 軟管的形式

（3） 采用軟管吊的形式：如圖3。

圖3 軟管吊的形式

綜上所述：本船的LNG加氣擬采用LNG軟管對受注船進行加氣。

2.3.2不同形式的LNG泵

加氣系統(tǒng)不同形式的LNG泵有：采用低溫離心泵給受注船加氣和采用低溫潛液泵給受注船加氣?？紤]到經(jīng)濟性及整體安裝空間的緊湊性，本船采用LNG低溫離心泵用于LNG的輸送。經(jīng)過以上對于加氣船和受注船連接方式的比較以及不同的LNG輸送方案的比較，本船擬采用LNG軟管進行加氣，采用低溫離心泵進行LNG的輸送。

3 設(shè)計方案

3.1 加氣流程

受注船燃料罐加氣的加氣過程中，利用放在罐艙內(nèi)的LNG泵將LNG儲罐內(nèi)的LNG 轉(zhuǎn)移到受注船上的LNG燃料罐內(nèi)，受注船上燃料罐內(nèi)的貨物蒸汽可以從氣相加氣管回到加氣船LNG儲罐內(nèi)。

加注過程中，利用放在罐艙內(nèi)的LNG泵將LNG儲罐內(nèi)的LNG 轉(zhuǎn)移到受注船上的LNG燃料罐內(nèi)，受注船上燃料罐內(nèi)的貨物蒸汽可以從氣相加注管回到加注船LNG儲罐內(nèi)。

3.2 系統(tǒng)組成

LNG加氣系統(tǒng)主要系統(tǒng)有：LNG泵，LNG加氣站，安全系統(tǒng)，管系和閥件，儀器儀表，控制系統(tǒng)，計量系統(tǒng)。

3.2.1 LNG加氣站

該系統(tǒng)設(shè)計用于向受注船LNG燃料罐內(nèi)充裝燃料，帶回氣功能。設(shè)有充裝接口以滿足需要。為便于控制受注船燃料罐的蒸氣壓，充裝過程中貨物蒸氣可采用回氣或上噴淋維持壓力。充裝系統(tǒng)的布置應(yīng)能使充裝時不會有氣體排放到大氣中。

充裝結(jié)束時，采用氮氣將充裝管線內(nèi)的液體排出。

在駁運易燃?xì)怏w/液體時，燃料供應(yīng)方和船廠的充裝站之間提供一套等電位連接裝置。

3.2.2安全系統(tǒng)

（1）氮氣系統(tǒng)。氮氣用于對LNG加氣管系進行惰化以及在加氣結(jié)束后對管線進行吹掃。

（2）透氣管線。透氣管用于將LNG加氣管系上安全閥出口的貨物蒸氣排放至大氣中。

（3）透氣桅。在羅經(jīng)甲板的頂部安裝有1套透氣桅及透氣管線。透氣桅頂端的透氣頭可以將來自透氣管線的氣體直接排入大氣。透氣頭裝有防護格柵并配備有防火網(wǎng)，透氣頭的材料采用不銹鋼。透氣口的高度應(yīng)高于露天甲板6米以上。

（4）應(yīng)急速閉按鈕。應(yīng)急速閉按鈕安裝在燃料加氣站附近，并帶有30 米電纜。用于緊急情況下，迅速切斷應(yīng)急速閉閥。

（5）儀表氣源。儀表氣源用于給遠程控制閥提供干燥潔凈的壓縮空氣，該系統(tǒng)設(shè)有低壓報警。

操作壓力：7bar 帶干燥器。

3.2.3 LNG管系和閥件

當(dāng)設(shè)計溫度低于-110℃或更低時，對管系的每一分支應(yīng)提交一份完整的應(yīng)力分析資料供認(rèn)可。

LNG管系采用不銹鋼，由管線、法蘭、管件、螺栓螺母、墊片等組成。按照船級社的要求設(shè)計。LNG充裝管線采用高真空多層絕熱低溫管，內(nèi)外管之間抽真空，采用珍珠巖填充，內(nèi)外管之間設(shè)有支撐塊。LNG充裝站與LNG儲罐之間的管系由廠家提供。

LNG充裝管線穿艙壁處進行絕熱處理。

3.2.4 LNG閥件

閥門需滿足規(guī)范要求，所有LNG閥門采用不銹鋼材質(zhì)：液相為公稱直徑100以下：采用對焊式球閥或截止閥；氣相為公稱直徑100以下：采用對焊式球閥或截止閥；安全閥為彈簧式安全閥。在燃?xì)鈨?，充裝站液相管和氣相管線的合適位置安裝氣動式速閉閥以滿足規(guī)范的要求。

3.2.5 儀器儀表

所有安裝在危險區(qū)域的儀器儀表應(yīng)為防爆型，并滿足該區(qū)域最低防爆等級要求。充裝管系溫度測量，應(yīng)安裝溫度指示裝置在液相充裝管線和蒸氣回流管線。

3.2.6 壓力指示及報警

充裝管系壓力測量， 應(yīng)安裝壓力指示裝置在液相充裝管線和蒸氣回流管線。

3.2.7控制系統(tǒng)

啟動器是LNG泵電機啟動器與控制柜集成在一起。

主控制板，在集控室設(shè)有一套主控制臺，集中對燃?xì)庀到y(tǒng)及設(shè)備進行控制。主控制系統(tǒng)采用可編程控制器進行控制和管理。同時設(shè)有一套人機顯示界面，用于顯示和管理整個燃料供應(yīng)系統(tǒng)，根據(jù)船舶規(guī)范，駕駛臺需提供必要的報警功能。所有的系統(tǒng)及設(shè)備根據(jù)廠家的標(biāo)注以及規(guī)范和公約要求，提供必要的報警及速閉功能。

在主控制站，可對儲罐的壓力、液位進行監(jiān)測，同時，還可執(zhí)行高液位報警及自動切斷功能。

燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的裝置在集控室內(nèi)的主控制站上進行遠程控制與監(jiān)控，包括LNG燃料加氣控制，LNG燃料充裝控制，冷卻/加熱系統(tǒng)，氣體探測系統(tǒng)，LNG儲罐液位/溫度/壓力指示及報警，儲罐處所內(nèi)的溫度指示及報警，應(yīng)急速閉系統(tǒng)的控制。

4 結(jié)語

本套LNG加氣系統(tǒng)經(jīng)本次研究得到以下結(jié)論：

本系統(tǒng)對幾種LNG加氣方式進行了比較，采用最適合本項目的軟管加氣，極大程度上的減少了建造成本，也降低了設(shè)備維修難度。