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苏宿货1260号LNG船舶介绍
浏览数:381 

一、项目概述

1.项目背景

近年来,随着我国内河船舶运输发展,燃油消耗不断增加,排放问题日益突出。如何缓解石油资源的约束瓶颈,破解排放污染问题,是内河运输继续发展的一项重要工作。柴油-LNG双燃料船舶正是在此形势下发展起来的一项先进技术,是调整交通运输能源结构,发展绿色航运的有益尝试。

2.项目主要内容

本项目就是探究以柴油–LNG双燃料替代柴油单一燃料,在保持原有柴油机主体结构和燃烧方式不变的前提下,增加一套LNG供气系统和柴油–LNG双燃料电控喷射系统,通过电子转换开关,实现单纯柴油燃料状态下和油气双燃料状态下两种运行模式的转换。本项目的改造内容主要涉及以下几个方面:

加装船用柴油—LNG混燃系统。

加装LNG储罐、气化装置及管路等供气系统。

增加安全与消防设施等。

3.项目实施情况

201086日,苏宿货1260干货船完成双燃料系统改装,并投入试运行。该船直接改造费用为21.9万元。按市场船用柴油和LNG现行价格核算,投资回收期2-2.5年。截至20101231日,该船累计安全正常行驶里程已达6000km

根据船用柴油机台架试验和苏宿1260号实船试验所取得的资料,LNG的综合替代率达到60%,年替代燃油38.4t,减排氮氧化合物1.89t

二、项目评价

1.项目先进性和技术成熟度评价

柴油-LNG双燃料动力是近几年发展起来的既环保又能降低运营成本的节能减排先进技术。该船是京杭运河第一艘柴油-LNG双燃料船舶,安全运行近一年。

2.项目节能与环保潜力评价

据理论测算,双燃料船舶,在混合动力模式下,LNG的占比将达到60~70%,氮氧化合物及二氧化碳的减排量将分别实现85%~90%10%~15%,同时,烟尘、废油水的排放都大为降低,噪声也有所降低。该技术可有效替代燃油,减少排放,推广应用前景广阔。

3.项目经济效益评价

以本项目为基础估算,内河3000吨级船舶,单船技术改造费用约为22万元。按市场船用柴油和LNG现行价格核算,投资回收期2~2.5年。

当前市场环境下,双燃料船舶与单纯使用柴油船舶相比可以节省燃料成本20~30%,该技术的推广将给船东带来可观的经济效益。

4.项目的推广应用条件

具有稳定气源供应,LNG和柴油具有合理的价差。

合理规划并建设气源供应网络。

船舶的双燃料系统操作人员需经过专门的技术及安全培训。

双燃料船舶新建和改装需严格执行CCS《气体燃料动力船检验指南》。

5.项目推广价值评价

该技术的广泛应用,将有利于调整优化内河航运能源结构,符合国家节能减排、低碳发展的政策要求,有利于发展绿色水运,在我国内河航运领域具有较高的推广价值。

三、存在问题

该技术推广应用中主要存在以下几个问题:

改造船的安全保障。储罐的安装及燃气的使用应充分考虑到船舶航行条件及主机故障引起的剧烈摇摆和震动,为人身及船舶提供安全保障。

LNG的加注,应有完善的加气网点,同时还应充分考虑柴油和LNG价格变化的影响。

四、推广建议

政府应加大支持力度,尽快出台优惠扶持政策及有关法规。

总结经验,完善相关的技术标准及规范。

加大宣传力度,扩大试点范围,逐步稳妥的加以推广。

经验材料

——LNG在运输船舶上的应用

实施单位:江苏省宿迁市地方海事局

一、项目概述

我国内河水运资源丰富,加快内河水运发展,对于构建现代综合运输体系、调整优化沿河地区产业布局、促进节能减排和区域经济协调发展具有十分重要的意义。因此,加快内河航运发展是我国今后一个时期的一项重要交通发展战略,也是国家产业结构调整的必然要求。但长期以来,我国内河运输领域,尤其是在长江三角洲等水网区域,水运发展与水生态环境保护之间始终是一对矛盾。因此,实现内河水运绿色发展,降低内河运输生产环节的能源消耗和污染排放将是需要认真研究的一项重要课题。

本项目研究旨在采用LNG(液化天然气,英文Liquified Natural Gas的缩写)作为内河船舶的动力燃料,部分替代柴油燃料,改善内河船舶燃料结构,以有效地优化动力系统,降低对环境和生态的影响。将内河船舶柴油机改造为柴油–LNG混合动力双燃料,替代现有的柴油发动机动力,将混合动力技术转化为现实生产力。该系统是在保持原有柴油机结构和燃烧方式不变的前提下,只需增加一套LNG供气系统和柴油–LNG双燃料电控喷射系统,通过电子转换开关,即可实现单纯柴油燃料状态下和油气双燃料状态下两种运行模式,技术先进,经济可靠,节能环保,市场潜力巨大,具有广阔的开发价值。

20098月,由宿迁市地方海事局和北京油陆集团发起,成立了“LNG在运输船舶上应用的项目研究组。联合了江苏科技大学、张家港江南锅炉压力容器有限公司和中国人民解放军船艇学院等单位,形成了一个专业齐全,产、学、研、商、、军等行业部门共同组成的科研联合体。2010916日,通过了由江苏省交通运输厅组织的“LNG在运输船舶上应用的项目审查鉴定。鉴定结果为:该课题研究具有开创性,推广价值大。研究成果处于国内领先水平,填补了国内空白。另外,该项目获得了两项实用新型专利授权,一项发明专利受理。

二、节能原理

柴油-LNG混燃电控喷射系统(图1)是为了使天然气能够作为柴油发动机的主燃料而开发的一种发动机燃料供给控制系统。该系统采用微电子控制技术,通过控制用于引燃的微量柴油量和用于主燃的天然气供给量,使柴油发动机转换成为柴油-LNG混燃发动机。该发动机经过改造后,可在纯柴油和柴油—LNG双燃料(混燃)两种状态间随时切换,方便了船机用户对燃料的选择。该系统主要用于功率大于100千瓦的船用柴油机、车用柴油机和柴油发电机组等。


1LNG储供气系统            2、天然气过滤器        3ECU(电控单元)

4、电控截止阀                 5、减压/稳压器          6、天然气喷射阀

7、转速传感器                 8、排气温度传感器、进气压力传感器    

9、油门位置传感器             10、数字控油器

1 柴油-LNG混燃电喷系统的原理图

该技术工作原理为:柴油机加装柴油-LNG混燃电控喷射系统后,通过接收传感器信号,ECU将严格限制柴油的供应量并协调同步控制喷射到进气道的天然气喷射量。

该系统通过控制柴油机原有的燃油泵的输出限制柴油供油量,天然气通过天然气喷射阀精确计量后喷射到发动机进气道内。天然气喷射量由ECU电控单元根据传感器接收到的信号通过控制喷射阀的有效开度来决定,以获得所需的转速和功率。为了提高天然气喷射量的控制精度,该系统采用了多个阀依次参与工作的方式,从而细化了阀的工作区间和对天然气量的控制精度。

由于该系统的柴油量控制是通过控油器控制柴油油泵来实现的,当返回到全柴油模式时,天然气气源切断,控油器恢复到初始状态,所以在纯柴油工作模式时,安装该系统的发动机工作模式与原机完全相同,不会影响发动机的供油,供油量与未安装该系统前完全一致。

《中国石油和石化工程研究会》根据项目组的委托,完成了《LNG在运输船舶上的应用》项目的咨询报告编制工作。该报告认为:

本项目在经济上是可行的,此外,船舶使用双燃料能增强运营的灵活性,尤其在柴油供应紧张的情况下,船舶不受燃料紧缺的影响。

由于缺乏LNG和柴油混燃状态下,污染物排放的基础研究数据和发动机实际工况的测试数据,咨询报告选择经验系数作相应比较后认为,液化天然气组分中几乎不含硫成分,天然气燃烧产生的氮氧化合物几乎为零,从污染控制角度,液化天然气明显优于柴油。

在内河航运快速发展的同时,优化船用柴油机燃料结构,使用LNG对环境是友好的,也是可行的。

三、技术内容

1.主要技术内容及实施方案

LNG混合动力技术项目组建了项目工作组,并且制定了项目总工作流程图,以便合理控制项目进度及监督项目,流程图如图2所示。


2 项目总工作流程图

2.技术创新点与关键点

实船改造设计总平面布置,采用LNG储罐露天布置在船尾部主甲板上,在LNG储罐和主甲板上的舱室之间设有隔离空间,从而使LNG储罐与船员居住舱室、机舱处所隔开。该船设计基本满足《气体燃料动力船检验指南》(GUIDANCE NOTES 指导性文件GD06-2008)。该成果已获得国家实用新型专利授权(专利号:201020291238.1)。

项目组海南嘉润动力公司在车用柴油发动机柴油-天然气混燃系统的基础上,针对船用主机,成功研发了船用柴油机在低中速状态下油气混燃系统改造技术,并顺利完成了台架试验和实船试验。

LNG储罐在内容器与外壳之间的夹层采用高真空多层缠绕绝热形式,保温层材料系国内研发替代进口的多层铝箔和玻璃纤维纸,封结真空度达到3×10-2Pa。内容器与外壳之间采用环氧玻璃钢支撑,具有足够的强度和优良绝热效果。内容器设置防波板,减少船舶航行过程中晃动对罐体内液面波动的影响。该成果已获得国家实用新型专利授权(专利号:201020291599.6)和国家发明专利受理。

在实船电气系统改造设计中采用了三类负载法、需要系数法等研究方法,并考虑了船舶在加注燃料时,燃料供应装置和燃料供应站之间的管路进行等电位连接;在LNG储罐处及机舱分别安装了一定数量的气体燃料探测器并把增加的火灾报警系统连接到原船的报警系统中;在机舱两侧顶部位置安装了两台轴流防爆风机,一旦有可燃气体泄露,在天然气燃爆点的20%发出声光报警,并自动启动轴流风机进行强排风换气;把操控信号装置设置在船首部驾驶台,使混合动力船电气设备满足安全航行要求并更加合理可靠,改造成本得到有效控制。

四、推广应用条件

为加快推广该项目的进程,项目组在宿迁市及江苏省政府有关部门的大力支持下,积极筹建成立江苏蓝色船舶动力有限公司,该公司注册资本金为人民币10100万元。公司成立后将选择改装厂并开展技术人员培训、船员培训等业务,对京杭运河上船长大于40米的干货船进行双燃料改造业务,同时公司将与国内外液化天然气的供货商进行合作,签订相关合同确保稳定供气。

为保证该流域改造后的船舶正常供气,公司计划十二五在京杭运河建设加气站36座,其中一级站16座,预计单站投资1500万元;二级站20座,预计单站投资1000万元;总投资约44000万元(其中包含征用土地费用及其他办公设施)。2011年计划在宿迁市水上搜救中心北侧皂河船闸、刘老涧船闸、泗阳船闸、沭阳港区、泗洪港区,合理选址建LNG加气(加气加油)站8座,其中当年建成投产4座,以保障初期改装船舶的正常供气。

LNG在运输船舶上的应用》项目始终受到交通部、江苏省、宿迁市各级领导和有关部门的高度重视。交通部和省、市领导专家多次到试验实船及宿迁市调研和检查指导工作,并提出具体工作要求。2011113日江苏省委罗志军书记亲自阅批了由江苏省委政策研究室主编的《动态研究与决策建议(第3期)》。

该期刊登了由江苏省委政策研究室,江苏地方海事局编报的推广清洁能源,发展绿色水运的有益尝试——京杭运河宿迁段开发船舶蓝色动力的试点与建议专文。

2011413日,江苏省船舶检验局《气体燃料动力船检验指南》宣贯会在宿迁组织召开,该指南的出台使船舶改造有规范可依。

宿迁市人民政府和有关部门正积极开展此项目的推广工作。

五、效益分析

1.节能效益

试验结果表明:发动机燃用双燃料时,其燃料消耗总量较燃烧柴油时低。

从试验数据中选取800r/min1000r/min1200r/min时所消耗的纯柴油和双燃料的总量进行计算,其中LNG气液比的值根据GB/T19204选为1.3m3/kg,目前江苏省0#柴油的零售价格为6.39/L,柴油密度按0.84kg/L计,折合7600/t,减去中石化销售企业批零价差240/t,则取值为7360/t。中石油青海油田涩北气田生产的LNG,用汽车运到泰州的销售价为4700-4900/t,取值为5000/t通过计算可得出经济效益,如表1所示。

根据试验数据,从600r/min~1200 r/min,每100r/min选一个实测点,用数学平均方法计算得出,单用柴油平均消耗为37.43kg/h,混燃时柴油消耗10.34kg/hLNG消耗33.99m3/h26.15 kg/h),平均替代率为72.24%

1 经济效益分析表

发动机工况

纯柴油

混燃

燃料费用节约率(%

转速(r/min

功率(kW

柴油机消耗量(kg/h

柴油机消耗量(kg/h

天然气消耗量(m3/hkg/h

替代率(%

1200

397

73.38

13.5

75.858.31

84.88

27.6

1000

230

43.95

11.56

40.3631.05

77.73

25.7

800

118

23.79

9.13

18.4714.21

66.90

21.0

由计算可以发现,1kgLNG可以替代1kg柴油,每替代1kg柴油,可节约燃油支出2.35元,按平均替代率72.24%计算,燃料费用综合节约率为23%

2.经济效益

在单船改造费用固定的情况下,分别对单船年使用柴油50t60t70t的三类船舶,使用液化天然气替代60%70%两种情况下的费用节省情况和投资回收期进行分析,具体测算如表23

注:在上述燃料替代比例的情况下,LNG耗用量按能耗比例换算;0号柴油价格为7200/t,外销LNG价格为6000/t,市场到岸价5300/t;单船改造费用按21.9万元计算。

2 改装前后费用对比及投资回收期测算(替代比60%

燃料类别

柴油

替代比例60%

投资

回收期

数量
(吨)

费用(万元)

柴油
数量
(吨)

LNG
数量
(吨)

费用
 (
万元)


节省
(万元)

年燃料耗量

50

36

20

23.61

28.56

7.44

2.94

年燃料耗量

60

43.2

24

28.33

34.28

8.92

2.45

年燃料耗量

70

50.4

28

33.05

39.99

10.41

2.10

3 改装前后费用对比及投资回收期测算(替代比70%

燃料类别

柴油

替代比例70%

投资

回收期

数量
(吨)

费用
 (
万元)

柴油
数量
(吨)

LNG
数量
(吨)

费用
 (
万元)


节省
(万元)

年燃料耗量

50

36

15

27.54

27.32

8.68

2.52

年燃料耗量

60

43.2

18

33.05

32.79

10.41

2.10

年燃料耗量

70

50.4

21

38.56

38.25

12.15

1.80

从以上分析可以看出,一艘3000吨干货船年消耗柴油70吨,油改气之后,LNG替代比例为70%的情况下,船主只需1.8年的时间就可将改造费用节约出来。即便是年耗油量只有50吨,LNG替代比例只有60%,两年多的时间船主也可收回成本。如果LNG采购成本下降,上述回收期将会进一步缩短。

3.社会效益

燃用双燃料时,柴油机的热负荷降低,排气烟度大大降低,汽缸最高爆破压力和噪声也略低于燃用柴油工况,气缸内的积碳很少,可减少气缸与活塞之间的磨损,有利于延长发动机的使用寿命。使用LNG部分替代柴油在为船东带来可观的经济效益的同时,有效缓解了柴油供需矛盾,改善了内河船舶燃料结构,减少排放,经济性和环保效益明显,对发展绿色水运,构建现代交通运输体系有良好的推动作用。