我国内河柴油_LNG双燃料动力船舶的现状分析与建议

第11卷 第7期 中 国 水 运 Vol.11 No.7 2011年 7月 China Water Transport July 2011

收稿日期：2011-04-21

作者简介：王世荣（1966-），男，中国船级社武汉分社，高级讲师，学士，主研究方向为船舶新能源应用。

我国内河柴油-LNG 双燃料动力船舶的现状分析与建议

王世荣

（中国船级社 武汉分社，湖北 武汉 430022）

摘 要：随着对调整能源结构、节能减排政策的实施，内河船舶采用LNG 作为燃料正在成为研究热点。本文介绍了LNG 的特性及内河营运船舶改装原理，对内河船舶应用LNG 的现状进行分析，提出了国家需制定相关政策、标准和规范，推动LNG 在内河船舶应用规模化等建议。 关键词：LNG；内河船舶；改装；现状；建议

中图分类号：U695.2 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2011）07-0004-03

一、前言

据国际海事组织专家组的研究报告，2007年航运业CO2排放11亿吨；国际油轮独立船东协会发布的研究结果也显示，航运业每年消耗20亿桶燃油，排放超过12亿吨CO2，约占全球总排放量的6%。有预测认为，到2020年全球航运业将需要4亿吨燃油，温室气体的排放量将在目前基础上增加75%。因此，建设绿色水运，节能减排是航运业面临的重大课题。2010年7月5日，由交通运输部主办的港航共建绿色水运技术交流会在上海召开，CCS 总裁李科浚在题为“关于建设我国绿色水运的几点认识”的主旨演讲中，鲜明地提出了建设我国目标型绿色水运的体系框架和措施建议，引起了业界和相关部门的高度关注[1]。

作为一种清洁能源，压缩天然气（CNG）已经广泛应用于城市燃气、汽车和工业用气等领域，而液化天然气（LNG）是CNG 的换代产品，越来越受到政府和企业的重视，并逐渐开始应用到船舶领域。2010年10月29日在上海举办的液化天然气研讨会上，DNV 副总裁兼大中国区主席姚伯乐（Joerg Beiler）先生对LNG 作了具体的表述：LNG 作为船用燃料的环境效益非常显著，它几乎可以100%减排硫氧化物、没有颗粒、减少85-90%氮氧化物和15-20%CO 2的排放。而且，LNG 的应用也可带来可观的经济效益，它比石油便宜，世界上天然气的储量丰富，同时，LNG 作为船舶动力已经成为现实，目前全球已经有20艘由LNG 作为燃料的船舶在营运，这些船都入DNV 船级，DNV 于2001年率先开发出LNG 动力船规范，相信在不久的将来短途航运（包括内河航运和近海航运）将迟早会转换成以LNG 为燃料[2]。而我国在开发利用天然气方面起步较晚，在内河船舶上采用柴油-LNG 双燃料动力更是刚刚开始。

二、LNG 的特性及内河营运船舶改装原理 1．LNG 的特性

LNG 是CNG 的换代产品，是经过两次净化处理后再经超低温（约-163℃）加工形成液态，纯度接近100%，它无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积约为同量CNG 体积1/625，重量仅为同体积水的45%，热值为52MMBUT/T，同CNG 相比具有系统低压运行更安全、更环保等优点。

在船舶上使用LNG 与传统的燃烧燃油相比，LNG 更具有安全、环保、经济性等方面的明显优势。①安全性。着火点和爆炸极限高于柴油（柴油着火点260℃,爆炸极限0.5-4.1%，天然气着火点650℃,爆炸极限4.6-14.57%，）。柴油泄漏扩散是蒸发扩散，天然气泄漏扩散是直接扩散，且在运行中加入特殊嗅剂，泄漏时可被及时发现，不会聚集于舱室底部，降低了安全隐患。②环保性。LNG 主要成分是甲烷，无色、无味、无毒，燃烧时CO 2排放量远小于其它燃料。因进行过两次净化处理，纯度接近100%，不含硫氧化物、氮氧化物，燃烧产物干净；另一方面LNG 不会对水体产生污染。因其属低温液体，泄漏时自然气化快，LNG 密度为0.45比空气小，发生泄漏后会自动向上溢开扩散到大气中。

2．内河营运船舶改装原理

将内河营运船舶改造成能以LNG 为燃料，是在保留原有燃油系统的基础上加装LNG 供给系统，将单一的柴油发动机转化为双燃料发动机，发动机可同时在柴油和天然气两种燃料状态下工作；该系统是一种外挂式系统，在发动机上的安装除了需在进气管装入混合器外，不需对发动机主要部件作任何改动；系统的安装对发动机在纯柴油状态下的运行没有任何影响，当需要停用本系统时发动机可以不做任何改动的情况下运行在纯柴油状态下。

整个改造概括来讲可分为三大部分，一是供气系统，一般位于主甲板上或非围蔽处所，二是中央控制系统，三是安全控制系统，如图1所示。

图1 内河营运船舶改装示意图

双燃料发动机控制系统采用的是电控喷射系统，进入双燃料发动机中的微量柴油变成用于点火，点燃压缩状态下天然气的引然燃料和部件的润滑剂，天然气作为主要燃料。纯柴油模式时，天然气气源切断，发动机工作模式与原柴油机

第7期 王世荣：我国内河柴油-LNG 双燃料动力船舶的现状分析与建议 5

相同。选择使用柴油还是天然气可在驾驶室或在机舱切换，操作简单方便，不影响正常航行。该系统主要由中央控制单元（ECU）、油门执行器、燃气喷射部件、天然气过滤器、燃气减压部件、线束和传感器等组成，如图2所示。

图2 柴油发动机系统主要控制单元

安全控制系统作用主要是对机舱、储气罐处所危险区域发生天然气泄漏时起到监控和报警。同时将信号传递给ECU，切断气体供应。

从储气罐到柴油机之间用作输送天然气介质的管路，承受气体的压力小于1MPa，采用0Cr18Ni9不锈钢管或无缝钢管，管子的壁厚和管路的布置遵循《气体燃料动力船检验指南》(2008)和《散装运输危险化学品船舶构造与设备规范》（2009）等相关规范即可。

三、内河船舶应用LNG 现状分析

据了解，目前内河已有三艘船舶成功改造和应用LNG。 2010年8月3日内河首艘柴油/LNG 双燃料动力船武汉“轮渡302号” 成功试航，实现中国内河LNG 动力船舶“零”的突破。该船由湖北西蓝天然气有限公司和武汉轮渡公司合作，在中国船级社、燃气设计等相关单位的支持下完成。航行试验表明：在双燃料模式下，发动机不同工况下的参数稳定，柴油机的部分性能较燃烧纯柴油时有所改善；柴油机在规定的转速范围内能进行有效的燃料转换，转换过程方便快捷；柴油机在额定工况下噪音和排放污染均有较显著的改善；天然气替代柴油率可达66％-80％，经济效益明显。从经济上而言，1立方米天然气近似于1.1-1.2升柴油，假定柴油按6元/升, 天然气4.5元/立方米计算,两台6135柴油主机,日运行时间为10小时，一年300天，按70％替代率计算，可节约费用19.23万元，而整个改装费用约18万，一年可收回投资[3]

。

2010年8月由江苏省宿迁市地方海事局牵头，北京油陆集团公司出资对3000吨级“苏宿货1260”进行了LNG 改造，同样航行试验表明：在双燃料模式下，硫氧化物百分之百实现了减排，氮氧化物减排85％-90％，二氧化碳减排15％-20％，同时噪音、烟尘的排放也大大降低，经济效益也非常明显[4]。

2010年下半年，长航重庆凤凰公司与从事改造过武汉“轮渡302号”轮的贵州红华科技开发有限公司合作，对3000吨级“长迅3号”散货船进行了LNG 改造，同样也取得了成功。

四、问题及建议

1．问题

（1）相关的技术、法规有待于进一步研究和完善。我国内河船舶上使用柴油/LNG 尚处于起步阶段，有一些技术性的问题需要研究、探索。大家都知道LNG 储存罐已在陆地上运用，但如何应用到船上，满足船用要求，牵涉到设计、安全、审图和检验发证等问题。柴油机和供气系统的控制、安全监控及中央控制单元（ECU）可靠性等方面也需要进一步验证。2008年人民交通出版社出版了《气体燃料动力船检验指南》，但对现有内河营运船舶改造操作指导性不是太强。

（2）船上LNG 供给受到一定的制约。目前LNG 通过长途运输到指定码头为船上提供充装服务，不能像加油那样方便，及时性和成本受到挑战。武汉“轮渡302号”轮，LNG 储气罐采用的是整体吊装，储气罐的更换需在码头靠吊车完

成，“苏宿货1260” 轮和“长迅3号”轮采用的是在码头靠LNG 槽车给船上充装，费用较前者略低些，但仍然麻烦。

（3）相关产品研发、供给相对滞后。目前国内能够制造气体燃料发动机的厂家屈指可数，并且产品单一，另外，能够掌握核心技术，为营运船舶发动机实施改造的单位更是寥寥无几。

2．建议

（1）加大舆论宣传力度，转变人们观念。在航运领域积极应用与推广使用清洁燃料LNG，是优化能源结构、实现节能减排、减轻对石油资源的依赖、提升空气质量和保护水域污染的有效途径，可以为经济发展与能源安全提供重要保障，具有积极重要的意义。在推广初期，希望政府相关部门能够积极发挥引导、协调、支持的作用，加大舆论宣传力度的同时，转变人们观念，加深人们对清洁燃料LNG 的认识、了解，增强人们的环保意识、安全意识，为清洁燃料LNG 船舶的推广打下坚实的群众基础。

（2）加大政策引导和资金支持。2009年开始，我国起动了新能源汽车示范推广试点工作。2010年，国家出台了《节能与新能源汽车产业发展规划》（2011-2020），对私人购买新能源汽车实行补贴政策。LNG 作为未来航运业非常有前途的燃油替代品，为加快其推广应用，建议参照新能源汽车的政策设立柴油/LNG 双燃料动力船舶改造专项补贴、通过减税或补贴的方式，降低LNG 的销售价格，拉大柴油和船用LNG 价格差，刺激船舶使用LNG。据了解，某航运公司在建造5000吨级船作方案设计时曾经考虑过采用柴油/LNG 双燃料动力系统，由于初期投入较大目前并无相关鼓励政策和配套设施而最终放弃。

（3）加快技术攻关和规范制定。对在新建造船舶和营运船舶改造过程中遇到的一些技术问题加大力量，深入研究，总结已改营运船舶实际运行的经验和不足，结合内河船舶特点，修改完善“指南”，适时上升到“规范”高度，并考虑到未来发展方向。

（4）大力发展水上LNG 加气站。推广应用LNG 作为船舶燃料，最大障碍之一是配套基础设施建设滞后，没有一座水上加气站。据了解，可贵的是有两家公司计划建设水上LNG 加气站。其中湖北西蓝天然气有限公司看中了武汉位于长江中游，地理位置优势明显，航行船舶 （下转第7页）

第7期 曹亚利：模拟器用于船员考试评估的利弊分析及对策 7

赶浪和“跑舵”等浅水效应、船舶会让过程中因间距过小而产生的船吸现象，船舶沿岸航行时因岸距较小而出现的岸推、岸吸现象等）。

③在船舶操纵模拟器上进行抛锚、用缆作业是通过点击电脑鼠标完成的，是虚拟的，抛起锚、出缆及收绞缆操作过程不直观，文化程度较低的考生对此往往不适应。

④目前在一些船舶操纵模拟器上进行船舶靠泊作业时，一旦船舶与码头接触，模拟器的电脑往往会死机，重新启动要浪费时间。另外，实船靠泊作业中，海船中小型船舶在靠泊过程中如遇较强首吹开风时会采用大角度以艏先接触码头的方式来完成靠泊作业；又如：海船中小型船舶在靠泊过程中如遇较强首吹拢风或困档水（扫弯水）时往往会采用扬头垫艄以船尾先接触码头的方式来完成靠泊作业，运用船舶操纵模拟器无法完成这些操作。

笔者相信，伴随船舶操纵模拟器硬件的不断发展和应用技术的日趋成熟，上述问题会在不远的将来逐步得到解决。

三、设想和建议

鉴于上述利弊分析，笔者对采用船舶操纵模拟器开展海船船员实操考试的提出以下设想和建议：

（1）建立模拟器考试评估程序和评估标准。采用模拟器考试评估，模拟器驾驶室考生人数不应超过2人，考官应设3名以上资深船长，无关人员在考试过程中不得进入模拟器驾驶室参观，保持安静、严肃的考试环境，避免让考生产生“玩游戏”的感觉；针对当前船舶操纵模拟器还不能完全反应实船操作中会出现的浅水效应、船吸及岸推、岸吸现象，以及运用模拟器进行靠泊时船舶与码头接触，船舶模拟器的

电脑往往会死机等缺陷，应建立详细的模拟器考试评估的评分标准（如：根据船舶大小，设定采用船舶模拟器进行靠泊时船首与码头的横距数值及操作时间，达到设定标准为合格），将模拟器固有缺陷带来的不利影响降到最低。

（2）组织开展模拟器考试评估考前熟悉模拟器培训，通过培训让应考人员熟悉模拟器驾驶室各种仪表和模拟器的性能，特别是让考生掌握在船舶模拟器上如何抛锚、用缆及如何正确使用辅助拖轮，如何运用模拟器驾驶室的仪表来消除模拟器平面视角产生的判断误差等。

（3）目前船舶操纵模拟器的主本船还没有设计“拖轮”模型，对我国分布广泛的拖轮驾驶员考试评估尚不能完全采用船舶操纵模拟器来进行。笔者认为可尝试以下二种方法来替代：一是对正规航运企业的拖轮驾驶员，可采用先由公司自行组织由指导船长和考生所在船舶的船长共同对考生进行评估，评估结论提交海事机构主考官，海事机构再以模拟器考核该考生单船的系泊作业及应急操作，综合航运公司的评估意见及模拟器考核情况来确定该考生的实操考试结论；二是对个体或非正规航运企业拖轮驾驶员，可选择在港内随实船对考生考试，再以模拟器考核该考生的应急操作，汇总二次考试结果得出该考生的实操考试结论。

参考文献

[1] 任茂东．纵论我国航海教育新思维．

[2] 中华人民共和国海船船员适任评估大纲和规范． [3] 中华人民共和国海船船员适任考试、评估和发证规则（交

通部令2004年第6号）．

（上接第5页） 数量也较多的现实，初步计划3年内投资13亿元在湖北兴建20个LNG 储备站、30座加气站和6座水上加气码头[5]，拟设置在武汉的第一座水上加气站已签订建造合同，图纸正在审批阶段[3]。另外，中石油昆仑能源有限公司成立了“船用新型能源（LNG）推广应用领导小组”，目标是重点开发长江流域、珠江流域和运河船用LNG 市场，决定在武汉、芜湖、京杭运河及珠江四地同时开展LNG 动力船舶示范工作，建水上LNG 加气站[6]。显然，实现长江流域和其他内河水上加气网络，单靠一两家公司是难以胜任的，需要社会各界的关心和支持。

（5）柴油机厂和研发生产控制系统的相关企业应寻求政府支持，积极争取政府资金补贴，以发展的眼光，加大产品研发力度，实现产品多元化，更好地满足市场需要。

（6）尽快建立管理信息平台。建议尽快适时将相关航运企业信息、LNG 船舶航行信息、LNG 船舶建造与改造厂信息、计划建设的储备站与水上加气码头等相关信息收集汇总，为政府制定发展战略提供决策依据，同时将LNG 船舶与加气站的技术管理、运行安全、风险防范、应急预案纳入管理信息平台，以提高管理水平，促进LNG 产业链安全可持续发展。

五、结束语

内河船舶使用和推广LNG，前景广阔，对调整能源结构、改善环境质量，节能减排，对我国经济可持续发展具有十分重要的意义，随着国际原油价格的飙升，其经济效益会凸显。尽管在内河发展尚处于起步阶段，相关技术有待攻克，相应的配套设施和政策支持滞后，但相信在不久的将来，随着人们认识的提高、政策和社会各界的支持，内河船舶采用柴油/LNG 双燃料动力将迎来它发展的春天。

参考文献

[1] 崔连得．CCS 构筑目标型绿色水运新理念[J]．中国船检，

2010，7．

[2] 常舒．液化天然气研讨会在上海举办[N]．中国水运报，

2010．

[3] 湖北西蓝天然气有限公司内部资料．

[4] 桂慧樵．“蓝色动力”为京杭运河带来绿色生机—LNG 在

船舶运输研发应用纪实[N]．长江航运报，2010． [5] 欣屏．中国内河船舶使用清洁能源步伐将提速[N]．经济

日报，2010．

[6] 中石油昆仑能源有限公司办公会议纪要．2011．