郦鸣
中海油田服务股份有限公司物探事业部 天津 300459
摘要：全球性的能源危机,新能源的开发和利用,是未来人类社会发展进程中需要面对和解决的重要问题之一。在船舶上如何应用新能源代替老式的能源,同样是未来船舶发展的首要课题和必然趋势。本文主要阐述LNG新能源在船舶上应用的优势和特点,以及新能源在船舶取得的成就和展望。
关键词：LNG；船舶；应用
引言
近年来随着我国经济的飞速发展，对能源的消耗也越来越大，与此同时，日益增长的碳排放给环境和生态造成的压力越来越大。在经济发展和环境保护之间寻求平衡，是当前面临的一个十分重要的问题。国家各行各业都在推动环境保护节能减排，使用清洁能源代替传统能源，已成为最重要的突破口。在交通运输行业中，水运的能源消耗量极大，船用柴油造成的污染问题也十分严峻。天然气作为绿色能源，因其清洁环保受到越来越多航运大国及航运企业的青睐，将成为未来船用动力燃料的首选。
1 LNG的概念及组成
LNG的全称为LiquefiedNaturalGas，翻译成中文是液化天然气的意思，我们都知道天然气有气态形式和液态形式，这里的LNG主要指的是天然气的液态形式。天然气是一种天然气体，主要产生于气田或者油田，它的成分因产地而异，但是差异是不大的，主要是由甲烷（CH4）和一些少量的乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）、戊烷（C5H12）以及一些杂质组成，这些杂质由于产地不同含量也不同，一般会含有硫化氢（H2S）、水（H2O）、二氧化碳（CO2）、氮气（N2）等，但是这些杂质的含量是及少量的，甲烷的含量非常高要占LNG总体的90%以上。天然气在常态下是处于气化形态的，但是这种形态不方便储存与运输，因此天然气工厂为了便于贮藏与运输，常常会将气化的天然气进行低温液化，一般在常压状态下需要将温度降至约零下163℃时能够实现天然气的液化。但是，天然气中的杂质在低温环境中极易凝固，为了避免这些杂质凝固后会堵塞管路及设备，在进行液化之前需要将这些杂质先进行净化然后去除。LNG液化之后其体积会大幅度缩小，约为原来体积的1/600，由于LNG是通过常压冷却的方式获得的液态天然气，属于全冷凝液体，因此对其进行储藏与运输的过程中，不需要对其进行加压处理。
2 LNG新能源在船舶上应用
2.1发展LNG动力船
国际减排标准日益严格，国际海事组织《防止船舶造成污染国际公约》附则Ⅵ修正案要求从2012年1月1日起，船上使用的燃油硫含量从4.5%降至3.5%，并在2020年1月1日起降到0.5%；欧盟法令2005/33/EC要求自2010年1月1日起在欧盟港口停泊超过2h的船舶不得使用硫含量超过0.1%的燃油。美国和加拿大则在两国主要海岸线外370km范围内设置污染气体排放控制区，在控制区活动的船舶从2015年开始必须执行更严格的硫化物排放标准，到2016年，新船舶必须安装控制污染气体排放设备。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆欧盟、美国等国家对船舶燃料的使用及气体排放物都有严格的限制，促进了LNG作为船舶燃料的发展。以柴油为燃料的船舶长途航行过程中耗油量很高，气体排放是否达标直接影响着整个航线和港口停泊，这里面的气体排放主要是指COx、NOx和SOx的排放。经对比分析可知，天然气作为船舶燃料在碳排放和氮排放的降低方面优势明显。
2.2 LNG船舶的蒸汽轮机装置
人们最开始研究的LNG船舶采用的推进装置是蒸汽轮机，通过蒸汽轮机装置来进行船舶的推进与发电。蒸汽轮机装置之所以会成为LNG船舶研究的首选，主要是其运用的过程中具有很高的可靠性，并且对于货物蒸发气的利用要更加方便。这个领域也是柴油机动力装置得到普及运用之后，蒸汽动力装置能够占据的最后领域。但是，柴油机动力装置之所以能够取代蒸汽动力装置，主要是由于蒸汽动力装置存在效率过低的问题，在全负荷下蒸汽动力装置的推进率要低于29%，该装置的发电率则低于25%，正是由于蒸汽装置存在效率过低的问题，自石油危机以来，相关领域的技术始终没有什么进展。因此，长久以来人们都在寻求能够为LNG船舶提供动力的更好装置，能够将原来效率低下的蒸汽动力装置进行替代，以提高船舶的经济性。相关专家通过研究发现，船舶中所使用的柴油机动力装置，在中、低速时产生的热效率要高出蒸汽动力装置很多，并且在其功率范围上也能够使LNG船舶的要求得到满足。
2.3再液化装置的类型和原理
LNG运输船上设置的再液化装置，根据蒸发气是否完全再液化主要有全部再液化装置、自持式再液化装置、部分再液化装置三种类型。全部再液化装置主要由发电机提供动力，可以液化全部蒸发气，适用于配置发电机作为动力装置的LNG运输船。自持式再液化装置需要用部分蒸发气推动燃气轮机带动再液化装置来液化其余的蒸发气，这样就不需要发电机提供动力，但是需要额外安装一台燃气轮机，需要占用较大空间，还增加了投资成本。部分再液化装置是将一部分蒸发气再液化，剩余部分用于再液化过程的热交换，升温后作为燃料用于锅炉、双燃料发动机或者燃气轮机等设备。
2.4 LNG柴油机技术
要想将柴油机动力装置应用于LNG船舶中，需要解决多方面的问题，比如LNG储罐蒸发气体（BOG）的处理与使用的问题、相关设备的保养问题等。通过不断的努力研发出了双燃料柴油机与气体喷射式柴油机技术，在当前LNG船舶中，这两种动力装置技术的使用最为普及。其中双燃料柴油机技术采用的BOG处理方式，是将其再次进行液化，然后再送回液舱，但是柴油机动力装置的燃料则是采用重油；而气体喷射式柴油机技术对BOG的处理方式，则是将BOG作为动力装置的燃料，将BOG引出液舱，在柴油机内部进行燃烧，提供各种所需的能量。随着现代化新型LNG船舶使用的不断推广，这两种动力装置技术也断经过发展与成熟。
3 LNG新能源应用在船舶上的展望
首先，应加大LNG动力船舶政策支持及资金补贴力度，除利用好《交通运输节能减排专项资金管理暂行办法》《内河船型标准化补贴资金管理办法》等，还应积极寻求地方政府的帮助，尤其内河沿线当地政府的通航政策法规，项目申报审批等政策的优惠，将极大影响LNG动力船舶今后的发展。其次，加快基础设施建设，完善水上加注站布局。对不同水域加注站的适用性及安全性进行分析，形成LNG水上加注站的设计、施工及检验的完善体系。站点布局形成网络，对推动LNG动力船的发展极为有利。第三，加大技术方面的人员及资金投入，立重大专项攻克以LNG为燃料的船舶在发动建造改造，加注、运输及储存工艺，安全性方面的技术难题。提高船舶设计、建造、运营的技术水平。
结语
综上所述，LNG作为新兴能源以其安全、清洁、高效等特点将逐步代替石油作为交通运输的主要燃料。在国家政策推动以及提倡绿色的时代，LNG车辆发展方向以LNG重卡为主，LNG船舶发展方向以LNG单燃料机为主。LNG交通工具的发展的同时也要发展配套的LNG供给物流链，二者的发展相互促进、相互影响。同时政府部门、企业、高等院校也应加大对LNG产业科研力度，把握LNG发展的新契机。
参考文献
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[3]王鲁星，田明，韩有臣．LNG点亮中国船用燃料市场新前景[J]．国际石油经济，2012，20（5）：64-69．
论文作者:郦鸣
论文发表刊物:《防护工程》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/14
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