内河船舶油改气实施方案

刘腾龙，石振忠，李 光

(浙江自贸区新奥海事服务有限公司，浙江 舟山 316000)

针对绿色航运能源发展趋势，全球已经将视角投向多种能源研究，尤其是液化天然气(LNG)。虽然近几年LNG作为船舶燃料带来的经济效益存在着不确定性，但其在减少二氧化碳、氮氧化物、颗粒物等排放方面发挥的作用是无可置疑的[1]。全球运行中的以LNG为动力的船舶已从2017年的118艘增至目前的143艘，另外还有135艘准备运行或订购中的LNG动力船。随着排放控制区(Emission Control Area，ECA)的扩大，对SOx、NOx等排放的进一步限制，LNG动力船舶的数量将进一步增加。

LNG船舶以其节能减排的显著优势成为未来船舶燃料的首选，相应的新造船舶及改装船舶技术已在探索及实施中，发展和推广LNG燃料动力船，实现节能减排目标具有重要的战略意义和现实意义[2]。本文结合现场LNG船舶成功改装的经验，着重从油改气项目实施上进行论述。

1 方案设计

通过现场实际调研，对拟进行改装的船舶的实际情况，设计图纸等进行详细了解，主要由设计单位或原船舶设计单位综合考虑船舶结构、发动机功率、使用工况、LNG储罐安装位置、LNG储罐加注及日常操作、船舶过桥高度、LNG安全区域划分等，经审核后确认改装方案，主要需要改装以下几个系统。

1)供气系统。供气系统是指LNG储罐中的液态LNG通过汽化器汽化、加热后转变为温度、压力满足燃气发动机使用需求的气态天然气，供机器燃烧做功使用。首先,根据船舶LNG设备运行时间确认补液周期以及LNG加注站点分部等因素，综合考虑LNG储罐容积，LNG汽化加热效果以及供气系统不同位置的单双壁管道选择。其次，根据船舶实际情况，结合规范要求，选择储罐附件，主要包括气液相管道的根部阀及紧急切断阀、安全阀、放散阀、仪表阀、压力表、压差表，以及是否需要设置缓冲罐等。储罐冷箱内的主要设备包括水浴式汽化器、增压器、加热器、承滴盘、调压阀等。在供气管道安装燃气主阀，支路管道设置切断阀；气体发动机用金属软管连接至减压调节阀。

2)冷却水系统。冷却水系统既要防止发动机过热，也要防止冬季发动机过冷，发动机把这些热量先传给冷却水，然后再进行循环冷却，使其在所有工况下都保持在适当的温度范围内。LNG的汽化及加热可以直接利用发动机冷却水进行循环加热，使天然气满足设备运行所需的稳定压力和温度。冷却水系统增设筒式过滤器，带反冲洗功能，并根据实际情况考虑在冷却水总管道增设预循环泵，支管处设置截止阀。

3)动力输出。动力输出有3种常见的连接类型，根据现场实际情况匹配连接类型。具体包括：①皮带直连，安装简单，价格便宜，需匹配皮带轮的速比率，有侧向力，有损设备；②皮带式过桥连接，存在滚动轴承承接侧向力，机损小，需匹配皮带轮的速比率，价格稍贵；③减速齿轮箱及万向节连接，运行稳定可靠，系统复杂，安装工艺要求高，价格较贵。

4)安防系统。安防系统包括监测系统和警报系统。监测系统可实时监测气体泄漏浓度，它主要由可燃气体探测器、可燃气体警报器等组成。警报系统由声光报警器、警报器等组成，当可燃气体的浓度、温度、烟雾浓度中的任一个参数达到报警值时，可燃气体警报器发出2级报警相应信号。一般一级报警信号为自动排风或抽风，消除气体汇集风险，二级报警信号为自动切断供气系统电磁阀，实现联锁式安全切断气源。

5)通风系统。通风系统分为排风系统和抽风系统，排风分为自动排风和强制排风，一般为自动排风，也可以强制手动排风；抽风系统为负压式，多用于封闭区域。设备运行时，通风系统保持常开，确保冷箱与机舱内及时更换空气；待机舱设备停止工作时，通风系统保持自动启停的监控状态，当检测到气体浓度参数达到风机启动要求时，风机自动启动，否则将进行强制通风，有效防备安全隐患。

2 物资准备与人员安排

1)物资准备。主要的设备准备包括LNG储罐(含附件)、发动机、发电机组、安防监测系统、轴流风机等。设备采购时，应注意供货范围、设备价格、交货日期、交货地点、运输条件及保险责任，设备技术要求或设备技术协议等。附件和备件包括但不限于设备自带品，其它材料根据改装需要提前准备。并考虑专用扳手、动力输出端匹配(厂家匹配)、保养手册、厂家合格证、船检检验证书等。

2)人员安排。需要专职人员对工程的安全，质量，进度，设备安装的工艺，管道布置，验收等工作进行监控。通过招投标形式选择有资质的施工队伍，其拥有完善的健康、安全和环境(HSE)三位一体的管理体系等及配套设施，需有主管机构认可的相关资质，电焊工需持有船级社认可的焊工证，管工和电工等人员需持有相关认可证件，特殊检测设备需获得主管机构认可。现场负责人员需签字确认工程完成进度，避免因施工人员不足耽误施工工期,避免无证施工人员因技术能力不足影响工程质量。

3 现场工艺实施

3.1 船体与舾装件改造

船体需要切割处，应查看船体施工退审图纸(即船级社审核后认可的修改图)，并现场确认船体结构，先画出切割线，清除切割线两边的铁锈、油污和其它脏污，以及清除周边的易燃易爆物。

在切割时，根据船体结构强度与工艺要求，钢板焊缝与加强筋切割处需错开，对接缝之间的平行距离不小于100 mm，构件的角接缝与板的对接缝之间的距离不得小于30 mm，且割换板的切割线尽量开在原板缝处。如果旧板缝在“十”字或“T”字形处，须延长割开，割开长度应大于150 mm；如果是非“十”字或“T”字形的板缝夹角，应形成圆弧半径不小于100 mm圆角开口。切割后，开口边缘变形大的部位须进行校正平整。必要时采取相应的加强措施，以防止船体产生变形，如有必要需征得船东与验船师的认可。

按照《船舶建造及修理质量标准IACS》进行预制和船上装配、气刨、焊接。焊后进行打磨去熔渣，清除钢板上的拉码及磨光突出物。局部补焊的焊缝应与原焊缝间保持平滑过渡，返修后的焊缝应满足规范的要求，对重要的结构性焊缝进行无损探伤。相关的舱室改装应根据规范做气密试验和强度试验。

相比海船的模块化、三维建模等处理方式，内河船舶舾装件比较小，且数量少。进行油改气中的舾装件主要含船体舾装件、设备舾装件、管道舾装件以及电气舾装件等。根据图纸内容、技术要求对舾装件进行制作、运输、固定、安装、加强和检验，尤其是设备舾装件的安装更须注意安装位置与工艺流程。

3.2 设备及管道安装

在LNG储罐安装方面，综合考虑LNG储罐占用空间、操作及维修是否方便等因素，结合船型尺寸及储罐的基座图纸，在合理位置设置储罐基座，并考虑船体结构加强，采取满焊方式进行焊接定位，或者采取现场磁力钻开孔定位螺栓连接并辅以电焊加固的模式。

LNG水域式汽化器是充分利用船舶水资源丰富的条件，把设备冷却水作为LNG汽化及天然气(NG)加注的热源，保证LNG汽化量及NG气体进机温度。

在燃气发动机置换方面，根据传递装置轴线高度对气体机进行预定位，用百分表和塞尺进行相关尺寸的测量，通过调节前、后、左、右的止推螺栓调整轴线位置，完成气体机安装定位。

天然气供气管道材料为SUS304，水管材料为普通无缝钢管，通风管道材质为船舶专用风管和船体舾装管道。根据船型结构特点, 气体机及储罐等设备的管道接口位置，结合施工现场、原理图与施工图布置管路走向图等，尽量安全、合理、美观的布置，并做好管路的焊接及安装固定。

3.3 电气设备

根据用电设备及控制箱的具体位置，依照电气舾装件及相关规范敷设电缆。检查电缆有无破损及缠绕现象后，进行专用扎带打包，并用橡皮泥或专用电缆堵料做好电缆穿舱件的封堵，校正线路与设备连线，并做好绝缘防护等，如气体机采取驾驶室遥控与机旁操作的启停机模式接线控制系统。

由于内河船舶空间小，危险系数偏大，需要选择远程监测自动化程度更高，可靠性更强的可燃气体监测报警设备。同样，气体探测探头及气体探测报警器的安装位置也非常的重要，通常是机舱、储罐冷箱、密闭处的管道系统、驾驶室、气体排放处等位置。而且出于安全方面的考虑，原有的照明系统电缆需拆除，换装防爆电缆，并加装防爆套管，且所用电器设备均应更换为防爆电器设备。

4 系统调试及设备功能试验

4.1 系统密性清洁

系统密性清洁主要有供气系统、供水系统、安防系统、通风系统。

1)对LNG供气管路做好压力试验，介质为氮气，试验压力不低于1.5倍设计压力，试验时间不小于2 h(具体参数详见《天然气燃料动力船舶规范》)。无明显压降为合格，做好试压记录。

2)对冷却水管路、消防水管路做好压力试验，介质为水，试验压力不低于设计压力的1.25倍，试验时间不小于2 h。无压降为合格，做好试压记录。

3)管路做好密性查漏的工作之后，利用氮气(LNG供气管路现场只能用氮气)进行吹扫清洁，对水系统进行压力冲洗与反冲洗，清洗滤器等。

4.2 设备功能试验

1) 对吊装、安装过程中设备上的灰尘、垃圾及油泥等进行清洁，同时检查设备部件有无损坏。

2)主设备调试必须有设备服务商在场，服务商检查核实动车前的状态是否达到动车要求，检查项目包括：设备清洁，滑油液位，示油窗、压力表、指示灯均显示工作正常，设备的防护装置齐全、安装牢固，监测系统、过载保护系统灵敏可靠有效。

3)一切就绪后，在水气压力供应完毕的情况下，由服务商进行启机试验。

4) 设备无负荷，空运转时，设备运转过程中各部件无别样震动、异响、噪声、发热异常，各拨叉手柄变档灵活，定位可靠。水压、水温、进气压力、滑油压力、滑油温度、排温温度等各种压力表、温度表工作状态稳定。

5)运用船上现有设备，根据设计要求进行低负荷运转试验。

5 其他注意事项

在经济性分析方面，以移动式LNG加注船上的加液机流量计为准，对每次加多少立方LNG做好记录。并在每天固定时间做好LNG使用量记录，采取平均一个航次或者产量算法，与使用柴油机同状况下的作业相比，可得出成本节省率。

在服务跟踪与配套方面，为避免影响船舶正常作业，需约定储罐内LNG最低补液液位，并提前约定补液地点；LNG加注前完成船舶安全检查及填写完成确认安全条目；根据技术规格书与设备质保周期，做好设备售后服务，特别是初期使用需及时解决设备运营期间出现的问题。

6 结束语

综上所述，本文对船舶油改气项目实施过程进行了综合阐述，形成了一套适合目前大多数小型船舶油改气的注意事项，以确保小型船舶改装的顺利完成。且随着船舶LNG技术的不断提高，以及船舶向技术化、数字化方向的发展，船舶LNG的综合使用会越来越完善，既做到了节能减排，又节约了经济成本。后续国家对 LNG 动力船舶将逐步放开。LNG 价格比柴油具有明显成本优势，船舶企业对柴油动力船舶进行改造的积极性将快速提高，船舶油改气项目将进入一个新的时期。