中国LNG燃料动力船技术标准及规划 甘少炜

[加入收藏][字号: ] [时间:2014-09-03  来源:2014年国际LNG技术大会  关注度:0]
摘要:   我们国内在LNG船用标准方面的里程碑也好或者大事记也好,08年发布了气体燃料动力船检验指南,当时涵盖了CNG、LNG等等气体燃料,在2010年时候我们国内首艘武汉零度302和苏宿货1260进行了改造,2011年在08年基础上进行了...

  我们国内在LNG船用标准方面的里程碑也好或者大事记也好,08年发布了气体燃料动力船检验指南,当时涵盖了CNG、LNG等等气体燃料,在2010年时候我们国内首艘武汉零度302和苏宿货1260进行了改造,2011年在08年基础上进行了改版,在2012年国内首艘动力板3000吨在湖北的鄂州进行建造。在2013年的9月底中国船级社发布了天然气燃料动力规范,基于之前使用的经验以及国际方面最新的在天然气动力船方面的技术标准,和两本指南在业界使用3、4年经验和大家的反馈意见进行编制,同年交通部海事局颁布了天然气燃料船舶法定检验暂行规定。

 

  去年有一艘船500匹动力的CCS由我们进行检验,去年年底中国船级社和法西兰(音)知名的厂家研发了110箱LNG动力的集装箱船,今年中海油湖南还要建造两艘单一动力船,也是650千瓦,明年完工,这是LNG船用国内基本发展状况,这是6500匹马力是拖轮,所以动力非常大,所以是6500马力,这个图是燃料供应系统,LNG储罐支撑压系统等等,这是燃料灌布置在机舱隔壁,叫气罐仓内。这是透气系统,LNG燃料双料发动机,在国内听到所谓的双燃料发动机,和国外的双燃料发动机的概念从本质上来说不一样,因为国内的双燃料发动机就是气体和柴油进行混合工质燃烧在气缸内,国外的发动机当时的目的应对国际上排放控制区的概念,在排放控制区内必须使用油含量低的燃料氮氧化物满足标准。国内在排放区内烧LNG,因为LNG有清洁特性,满足排放的要求,过了排放区以后烧柴油,要么烧气,要么烧油。国内30%油和70%气混在一起烧,国内没有优化,所以存在很多问题。

 

  首先看看国外的发动机是什么样的?国外的发动机名字叫气体柴油模式下,在柴油模式下发动机就是柴油机压轮点火,白色的气进去。第二阶段就是压缩,温度比如说达到400、500度,这个时候将柴油以高压的形式渗入到气缸内就燃烧,再排气,这就是我们常规的柴油机的运行的过程,在这个过程中这种有一个差,气体燃料没有的,在这个模式下只有柴油在工作,这四个过程搞发动机应该很清晰。我们再看看双燃料模式下在气体模式下发动机怎么工作的?刚才在柴油模式下只有柴油,在气体模式下是不是像国内的混烧?首先还是氢气的过程,白色从空气进入到气缸,绿色部分是天然气从这个地方和空气一起被吸入到进入气缸,进入到气缸之后第二个过程就是压缩过程,压缩到上面过程,因为天然气自然温度到600度左右,仅仅靠压缩不能点燃天然气,必须要有辅助的天然工具,可以是火花塞点火,也可以喷入非常少量的柴油,比如1%或者更少的点燃柴油,所以柴油这一块打开,打开之后看到在这个地方喷入一定的柴油,起到点火作用,其他的过程跟做工、排气工程一样。

 

  2011年9月份交通部颁布了船用节能减排实施方案,把LNG和柴油混合工质动力列为五种试点技术之一,2012年发改委对天然气发布了政策,2013年交通部颁布了关于推进水运行业应用液化天然气的指导意见,LNG在内河总消耗比例达到2%,2020年达到10%,提出目标,为了配合这样的目标,交通部给补贴,包括交通部“十二五”的补贴,还有它的若干意见,大家在网上可以查到,尤其在今年2014年4月9号交通部和内河部关于印发内河船型标准化补贴资金管理办法的补贴标准,按照鼓励大家新建LNG动力船,在明年3月31号之前,完成了LNG动力船按照300千瓦以上补多少钱,在300千瓦以下补贴多少,越往后补贴越少,因为鼓励大家快点推LNG。为什么把LNG天然气燃料动力船的补贴办法放在内河船型标准化资金管理办法?跟这个有什么关系?国内内河船型标准化是交通部重点工作,在“十二五”期间国家对内河船型标准化,主要当时提出的目的针对三峡或者三峡船提出的船型标准化,“十二五”有补贴办法,这笔钱因为“十二五”马上结束了还没有完全用完,所以交通部急着把这笔钱用出去,正好有天然气节能减排的项目促进它的发展,所以放在内河船型标准化的资金办法里面实施,据我了解上海地区比如家豪(音)在明年3月1号之前,在上海地区建200艘渣土运输船,800吨、3型为LNG作为燃料也是补贴的政策。

 

  第二个简要看一下LNG燃料动力船的关键技术,在座可能陆地上LNG专家比较多,船用或者水上相对少一些,我们简要看看LNG燃料动力船作简要介绍,LNG燃料动力船在LNG产业链下游,因为是终端用户,LNG动力船有四大块组成,第一个是冲缸部分,船的加油口地方,并不是单独的处所或者很大的一块地方,只不过是布置冲头的地方,第二大块是储存,船上要储存,类似于车子的油箱或者船上的燃料仓,采用C型,第三块是燃料的供应系统,包括相应的管路和阀键,包括汽化器,因为低压发动机先加热汽化之后再输送到发动机,所以要完成LNG向下的转变以及相应的流量和温度控制,第四块是LNG天然气和发动机这一块。

 

  结合四大块和常规船舶,和常规的柴油船舶有什么区别?第一个低温保护,常规的柴油不需要低温保护,第二应急切断,万一有什么问题应急切断,第三个严格的控制程序,在燃料储存方面和柴油有什么区别?首先体现在耐低温材料方面,船上翻译成维护,在船上对于LNG来说需要低温防护,柴油不需要低温防护的。

 

  第二块高绝热要求,第三块蒸发气需处理,从燃料输送也有常规过程,燃料的供应需要燃料泵部件或者氯气,但是对于LNG燃料需要在输送过程中完成相应的转变,所以必须要设置汽化器,不管是高压发动机还是低压发动机都需要汽化器,对燃料进行处理,比如压缩、增压,增加到300多高压对于增压泵提出了很高的要求。

 

  第四块在燃料利用方面,我们柴油机型号一样,无非就是高压的或者低压的,船用存在单一燃料发动机和双燃料发动机,单一燃料发动机靠火花塞点燃或者靠点火油,双燃料发动机是两种模式,既要照顾油的模式,又要照顾气的模式,点火方式火花塞,高压发动机直接喷上气,低压发动机靠低压吸入到气缸,但是吸压的位置不同,天然气发动机优势在于硫氧化物和颗粒物排放比较好,在动力系统可靠性和安全性方面,气体发动机控制系统包括管制控制系统远远高于柴油控制系统,同时气体可压缩,气体发动机工程热力学和柴油机控制系统存在不同,在低压方面有点欠缺,比如出租车,司机说烧气的时候油门比较软,速度比较慢,动态个性比较慢一些,动态个性存在不足。

 

  第二个四大系统,就是充装系统、储存系统、风险系统和利用系统,四大系统之间靠电光系统做整体的连接,这是我们最早的认识就是四大系统或者以前叫做四大部件,三点一线四大部件,随着认识加深,包括和业界的探讨分为两大系统,供气系统、用气系统,更简单化,发动机前是供气系统,发动机后是用气系统。首先供气系统是低压供气系统和高压供气系统,它们差别在哪里?低压供气系统通过泵抽出来之后直接汽化再加热,高压发动机先增压,液体加压比气体加压容易多了,先把液态进行增压,增压之后通过高压的加热器或者汽化器直接汽化,汽化之后直接高压发动机,在供气系统涉及到罐子的储存,主要根据现行的规范包括运输规范和动力规范,分为独立性和薄膜性,独立性自己支撑自己,不需要船体结构支撑,薄膜型运输靠双层薄膜进行保护,通过隔热材料进行保护,目前船上用的最多的是C型,相对于船舶动力来说不算大,所以都是采用C型,陆地上所说就是低温容器。

 

  随着船舶大型化,包括将来远洋船舶,C型浪费的空间比较大,比如我们的空间放一个C型罐边角不能照顾到,空间有限,将来A型、B型舱比较多,这是老外的分析,C型是压力容器,承受一定压力,A型、B型不能耐压,不是和船体结构相同的结构,转角载荷不能算,A和B区别在哪里?A是老外提出,是传统计算公式进行设计,B型随着技术发展通过有限源通过验证的,实际上是一样,随着将来大型化,C型舱随着容量有限,目前做到1000方,同时仓位浪费比较大,将来做A型、B型,和船体形状很好适应的结构受到青睐。所以我提出个人对未来LNG燃料维护系统,就是罐子,就是燃料舱或者燃料罐,第一个集成化、模块化设计,不光造罐子,把后面的加热汽化器、相应的阀键布置,第二个空气优化,避免LNG的陶艺或者无谓的浪费或者排放,第三个A、B、C型的需求,第四个随着大型化需求,对于LNG空气品质,压力、温度、流量控制之外,还需要考虑到大型船LNG使用比较长,随着成分的变化导致它的品质发生变化,比如说甲烷制变化,对发动机有影响。这是储存系统。

 

  下面看看用气系统,在用气系统我们目前用的最多的是双燃料发动机,但是将来我们认为还是可能以单一发动机燃料为主,双燃料发动机有一个好处在于,万一汽油有什么问题了可以烧油,在燃料方面一个坏了还有一个,所以船舶安全性比较好,这是去年颁布天然气动力规范以及国际上IGF规则,气体燃料规则和动力船燃料规则,里面提到了气体燃料包括管路、通风很多,一旦切断供气保证燃油的推进和动力性,对于单一性在燃料方面没有游刃有余,万一气断了船没有动力,没有动力了很危险,一般设置多台发动机,设两台或者几台发动机,万一气切断了还有,或者设置了一台燃料发动机,需要完全独立的供气系统,包括管子、供气管路、汽化器,所有的发动机都要独立。如果还不行起用PDA动力发电系统,通过马达都可以。

 

  第二个大的工业密度发展,高PE压力,大家可以看看国外发动机和国内发动机有典型的区别,同样的功力都是200,国外知名品牌发动机比国内要小,你需要170,人家200都可以做到,因为密度大,同样的尺寸下别人的功力大,搞发动机很经典的图,黄色区域爆燃区域或者撬缸区域,爆震发生燃烧,这个是失火区,横坐标是空气和燃料比,对于气体来说,获得高的PE,功力越大同样比例越大,必须在很窄的空间运行,对于你的控制要求非常高,所以国外发动机一般选用在这个区间内工作,国内区间压力比较低,虽然对控制系统要求不严,但是机器的空气密度比较小。

 

  第三个对甲烷陶艺的控制,就是发动机没有完全燃烧的甲烷或者发动机同时打开都要控制,还有良好的控制排放指标,包括氮氧化物控制指标和颗粒物控制指标。

 

  第三个介绍一下CCS在LNG方面的工作,从06年开始做了很多工作,正好06年我也正好进入CCS,中国船级社在这一块做了工作,在2012年我们承担了国家海事局和国家能源局从事了LNG燃料动力船舶应用安全研究,我们承担了四个,这是我们目前的标准,第一个标准是气体燃料动力船规范,这个规范从去年9月1号生效,第二个LNG加工灯船规范,目前做的是LNG加注船,移动加注船的规范,预计在明年颁布,现在正在做,我们跟中石油做了海上SS加注船,下面是我们的报告,包括中石油、中海油,现在内河小型LNG运输船报告和评估,在今年年底结束,它的成果作为交通部决策机关决策的支撑,同时我们还参加了国际方面的工作,包括国际海事组织的气体燃料以及低闪点燃料动力船安全规则,9月份开会讨论规则最终定稿,同时参加了X,就是中国船级社协会,我们船级社有一个协会,我们在LNG方面做了标准。

 

  目前四个PT工作组项目组,一个项目组支持MO,成员国组织,在技术方面需要有专业机构支持。第二个双燃料发动机的低压双燃料发动机,因为高压双燃料发动机之前有要求了,我们正在做低双燃料发动机,最近刚刚成立的两个项目组,一个是LNG燃料动力船项目评估组,包括中国船级社在内都有气体燃料船有标准,但是在风险标准方面没有恒定标准方法,这一块X需要做统一的标准方法,同时刚刚成立了LNG加注指南的项目组,由法国船级社、中国船级社、英国船级社、挪威船级社一起做,指南讲的是船加注的指南,这是梳理LNG发展产业链,包括水上、陆上,从中游运输到下游的利用,跟船相关列出来了,我们看看已经开展的工作,黑色框比如大型运输船我们有规范,加注船规划明年出来,小型运输船也有规划,还有氨基加注站,还有加注灯船已经颁布了,还有一种形式比较怪,比如重庆或者三峡不太好布置加注船,把案子放在山上,把管路放在灯船上从山上引下来。



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