陳文柱++李志勇

摘 要：三種類型的LNG動力機艙，因規(guī)范要求和船舶用途不同，所適用的船型也不同，就新建內河貨船來講，本質安全型機艙更加適合。而ESD防護式機艙更適合對電力需求較大的船舶，增強安全型機艙則更適合于進行LNG動力改造的船舶。

關鍵詞：LNG燃料 動力系統(tǒng) 船舶安全

前言

LNG（Liquefied Natural Gas 液化天然氣）作為一種清潔、高效的能源，越來越受到青睞，供應量以每年12%的速度增長。在船舶行業(yè)，許多船東也正在使用或計劃使用LNG燃料作為船舶動力。

LNG動力在船舶行業(yè)，可運用的范圍非常廣泛，根據(jù)《天然氣燃料動力船舶規(guī)范》（以下簡稱《規(guī)范》），除了客船和危險品運輸船外，均可使用。但LNG經(jīng)過氣化后，是一種可燃氣體，當達到一定濃度范圍，就存在爆炸的危險，因此LNG燃料動力船舶的機艙安全性尤為重要。為使LNG危害發(fā)生的風險和影響降至最低，《規(guī)范》提供了三種機艙布置的形式，分別是“本質安全型”、“ESD防護式”、“增強安全型”。

鑒于內河貨船的特點，在設計時，LNG氣罐一般會被布置在開敞甲板處，LNG在經(jīng)過氣化后，經(jīng)由氣體管路輸送至機艙，然后進入氣體燃料發(fā)動機內部。本文針對這種供氣方式的內河貨船，就上述三種機艙布置形式的對比與選擇展開討論。

規(guī)范允許的機艙形式

本質安全型機艙：其布置使機艙在任何情況下（正常和異常情況）均處于氣體安全狀態(tài)。

ESD防護式機艙：其布置使機艙在正常情況下處于氣體安全狀態(tài)，當出現(xiàn)氣體燃料泄露等異常情況時，非防爆設備和機械自動關閉，防爆設備和機械運行。

增強安全型機艙：通過加強機艙通風、增加可燃氣體探測覆蓋、提高機艙內供氣管路焊接要求等措施增強安全水平。

規(guī)范對三種機艙布置形式的要求

雙壁管：系指有內管和外管組成的，主要用于向氣體燃料發(fā)動機供氣的管路。內管之間充滿壓力高于氣體燃料壓力的惰性氣體或按規(guī)范有關要求進行通風。

三種機艙布置形式的特點和選擇

1、本質安全型機艙

本質安全型機艙可采用氣體燃料發(fā)動機或雙燃料發(fā)動機，機艙內的氣體管路（包括閥件控制單元）采用雙壁管或通風導管進行氣密環(huán)圍，當雙壁管（或通風導管）內發(fā)生氣體泄露時，內外管之間自動沖灌氮氣，以此保證機艙始終處于氣體安全狀態(tài)。

相對于其他形式的機艙，其優(yōu)缺點是：通風排量小，無需設置大排量防爆風機；可以接受較大供氣管路壓力，發(fā)動機選擇有優(yōu)勢；機艙為本質安全，內部電氣設備可不必為防爆型；雙壁管（或通風導管）的安裝工藝復雜。對于新建貨船，在設計時有一定的靈活性，采用本質安全型機艙則是一個合適的選擇。

2、 ESD防護式機艙

ESD防護式機艙可采用氣體燃料發(fā)動機或雙燃料發(fā)動機，機艙內的氣體管路可不設氣密環(huán)圍，發(fā)動機/發(fā)電機布置在2間或多間機艙內，當任何一間機艙內的燃料供應被切斷時，其余機艙維持至少40%的推進功率和電力供應。機艙內盡可能少的容納僅為維持發(fā)動機正常工作的設備，焚燒爐、惰性氣體發(fā)生器和燃油鍋爐等不應布置在機艙內。

相對于其他形式的機艙，其優(yōu)缺點是：“雙/多機艙、容納設備少”的布置適合電力推進的內河貨船；“雙/多機艙”的設置增加了船舶布置的設計難度和建造成本。鑒于對機艙布置的要求，ESD防護式更加適合于采用電能為動力的船舶，但在由機械能轉化為電能再轉化為機械能的過程中，增大了能源的消耗，因此，相對貨船來講，ESD防護式機艙更加適用于對電能需求較大的船舶，如絞吸式挖泥船等類似的工程船。

3、增強安全型機艙

增強安全性機艙僅適用于采用雙燃料發(fā)動機的內河貨船，機艙內的供氣管路可不必設氣密環(huán)圍，但接頭處必須采用對接、全焊透的形式。除風機、探測器、報警器、照明裝置應為防爆型外，其他設備可與普通貨船機艙的安全要求一致。當探測到氣體泄露時，發(fā)動機自動切換至燃油模式。相對于其他形式的機艙，其優(yōu)缺點是：機艙構造與普通貨船相類似，制造工藝相對簡單、方便，易于被船東接受；大部分機艙設備不必采用防爆型，降低了設備安裝難度；通風配量大，需配置大排量防爆風機；僅適用于采用雙燃料發(fā)動機的內河貨船，有一定的局限性。

隨著LNG在船舶行業(yè)的推廣，其清潔、經(jīng)濟的特點將更加突出，將會有更多的船東加入到使用LNG的行列，而增強安全型機艙的設備布置與普通貨船更接近，采用這種設計進行雙燃料改造，會更方便、快捷。

新建內河貨船的本質安全型機艙布置方案

1、方案船舶主要信息

方案船為航行于A、B航區(qū)的內河鋼質自航散貨船，艏艉為單底、單甲板結構，設有升高甲板，貨艙區(qū)域為雙底、雙舷側結構。設計裝載運輸積載因數(shù)介于0.45-0.833m3/t（不包含0.45）的貨物，如黃砂、干濕礫石等散裝貨物及其他袋裝、包裝貨物。

2、 氣罐布置

氣罐可布置于開敞甲板，也可布置于圍壁/半圍壁處所內，對于內河貨船來說，布置于開敞甲板有以下幾方面的原因：內河貨船定員少，甲板室艙室簡單，可以提供足夠的空間布置氣罐；內河貨船大多采用尾排氣，不會對氣罐的充裝、放泄產(chǎn)生影響；不必設置專用的氣罐儲存艙室和配套設備，節(jié)省了建造成本；節(jié)省干舷甲板下的空間，可有效增大貨艙艙容；相對于布置于圍壁/半圍壁處所，建造工藝簡單。對于方案船，氣罐布置于尾部頂棚甲板（二層甲板），節(jié)省主甲板面積，同時也不妨礙駕駛室向后的視線。

3、機艙布置

內河船舶機艙的布置應根據(jù)其船舶特點進行設計，方案船采用以下形式：推進方式：內河船航道相對較窄，船舶密度大，靠港也比較頻繁，因此操縱性要求較高，大多數(shù)內河船采用雙機形式；燃油艙設置：目前長江沿岸的加氣站數(shù)量和分布還不完善，部分加氣站仍采用槽車加氣，純氣體機的使用還存在一定限制，因多數(shù)LNG動力船舶采用油氣混燃模式，機艙仍設置常規(guī)燃油艙；結構布置：大型內河船舶機艙多數(shù)采用雙舷側結構形式以提供防碰安全型和結構強度。

本方案船機艙亦采用上述比較普遍的形式。

4、機艙內供氣管系及雙壁管通風管系

供氣管路的通風進氣口和出氣口均位于居住甲板后部的開敞處所，盡可能的減小對甲板室起居服務處所的影響，同時也便于通風設備的安裝。

為了便于對雙壁管內的可燃氣體進行探測，出氣口位于進氣管路一側，對于進氣管路，雙壁管外管延伸至主甲板上一層甲板（居住甲板后部開敞處所），并連接至風機。雙壁管外管還可做適當?shù)暮喕哼M氣管路在主機之前的部分可為一根管路，在進入主機前一份為二，出氣管路在機艙外可合二為一，并可與內管分離。

總結

1、LNG動力船舶機艙形式選擇

因規(guī)范要求和船舶用途不同，根據(jù)上述分析，三種類型的LNG動力機艙所適用的船型也不同，其中：本質安全型機艙：適用于各類常規(guī)推進方式貨船，如：散貨船、集裝箱船等。上述方案也說明了其可行性。ESD防護式機艙：適用于對電力需求較大的船舶，LNG燃料發(fā)動機可作為船舶電站的原動機，如：電力推進船舶、部分電力驅動的工程船等。增強安全型機艙：適用于現(xiàn)有的，需進行LNG動力改造的船舶。

2、LNG動力船舶推廣建議

LNG作為一種清潔能源在環(huán)境保護上的作用有目共睹，雖然目前LNG動力船舶的規(guī)范、法規(guī)、政策都已比較完善，但新建的LNG動力船舶數(shù)量卻很少，根據(jù)皖江地區(qū)的情況，建議：繼續(xù)加大對LNG動力主機的研發(fā)，提高低負荷工況（50%額定功率）下的運行穩(wěn)定性和燃料消耗并擴展功率段覆蓋范圍；繼續(xù)對于新建LNG船舶進行資金補貼，補貼方式由新建船一次性補貼變更為LNG的價格補貼。

（第一作者單位：蕪湖四維船舶技術有限公司

第二作者單位：安徽省皖江船舶檢驗局）endprint