LNG 燃?xì)鈩?dòng)力消拖兩用全回轉(zhuǎn)拖輪研究與應(yīng)用

摘要：為加快推進(jìn)船舶用能結(jié)構(gòu)升級(jí)和港口污染防治，促進(jìn)水運(yùn)綠色發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，本項(xiàng)目對(duì)“甬港消拖60”輪進(jìn)行分析，集消防、變螺距、氣體系統(tǒng)等功能性設(shè)備于一體，能靈活適應(yīng)各種水文地形的助離泊和搶險(xiǎn)救援作業(yè)。該輪配備的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)在節(jié)能減排方面充分體現(xiàn)了低碳、綠色、環(huán)保的發(fā)展理念，可實(shí)現(xiàn)柴油與天然氣（LNG）兩種燃料的相互轉(zhuǎn)換，燃油替代率高達(dá)90%，對(duì)于打造“資源節(jié)約、環(huán)境友好”的綠色港口，推進(jìn)新能源拖輪建造具有重要意義。關(guān)鍵詞：船舶工程；動(dòng)力設(shè)備；LNG；燃料互換；資源節(jié)約1.技術(shù)概況目前，全球大規(guī)模使用清潔燃料已是大勢(shì)所趨。早在2016年，交通運(yùn)輸部就將LNG燃料應(yīng)用列入交通運(yùn)輸污染防治重點(diǎn)工作，發(fā)布了《關(guān)于全面加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)堅(jiān)決打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的實(shí)施意見》等文件精神，加快推進(jìn)船舶用能結(jié)構(gòu)升級(jí)和港口污染防治，促進(jìn)水運(yùn)綠色發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整。浙江省海港集團(tuán)、寧波舟山港集團(tuán)當(dāng)即明確提出建造LNG拖輪的工作要求。2017年1月26日，輪司與鎮(zhèn)江船廠簽約建造“甬港消拖60”輪，這對(duì)于積極打造“資源節(jié)約、環(huán)境友好”的綠色港口，推進(jìn)新能源拖輪建造具有重要里程碑意義?！梆巯?0”輪由加拿大Robert設(shè)計(jì)公司設(shè)計(jì)，主要設(shè)備選用新瀉6500馬力LNG-柴油雙燃料主機(jī)和RollRoyce的可變螺距全回轉(zhuǎn)舵槳，集消防、變螺距、氣體系統(tǒng)等功能性設(shè)備于一體，能靈活適應(yīng)各種水文地形的助離泊和搶險(xiǎn)救援作業(yè)。該輪配備的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)比單氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)用在港口拖輪中更勝一籌，在節(jié)能減排方面充分體現(xiàn)了低碳、綠色、環(huán)保的發(fā)展理念，可實(shí)現(xiàn)柴油與天然氣（LNG）兩種燃料的相互轉(zhuǎn)換，燃油替代率高達(dá)90%。采用燃?xì)饽Ｊ竭\(yùn)行時(shí)，可減少98%的硫氧化物（SOX）排放、98%的顆粒物排放、85%的氮氧化物（NOX）排放以及20%的二氧化碳（CO2）排放，是我國(guó)港口全回轉(zhuǎn)港作拖輪升級(jí)換代的代表性產(chǎn)品。2.技術(shù)原理該項(xiàng)目的LNG動(dòng)力拖輪采用本質(zhì)安全機(jī)艙；氣體燃料管路為雙壁316L不銹鋼管路；拖輪的LNG燃料艙通常采用雙層真空絕熱C型獨(dú)立燃料艙，燃料艙和氣體處理裝置所在的TCS空間布置在主甲板下專用的艙室中，并且按規(guī)范要求同船體各部位保持合理的位置；主機(jī)選用雙燃料中速發(fā)動(dòng)機(jī)，主機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)也以本質(zhì)安全為原則進(jìn)行了要求；在消防、防爆、機(jī)械通風(fēng)、電氣裝置以及控制、監(jiān)測(cè)、安全系統(tǒng)方面，CCS的“天然氣燃料動(dòng)力船舶規(guī)范”和IGF規(guī)則都有嚴(yán)格的規(guī)定。因此，作為雙燃料拖輪的“甬港消拖60”各項(xiàng)設(shè)計(jì)和建造如何符合CCS的“天然氣燃料動(dòng)力船舶規(guī)范”和IGF規(guī)則，是研究的首要內(nèi)容。LNG動(dòng)力拖輪嚴(yán)格遵守CCS《天然氣燃料動(dòng)力船舶規(guī)范》（2017）和海事局《國(guó)內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)規(guī)則2016年修改通報(bào)》相關(guān)內(nèi)容，針對(duì)全回轉(zhuǎn)拖輪的工作特點(diǎn)進(jìn)行綜合考慮，精心布局。協(xié)調(diào)好規(guī)范和法規(guī)要求的“大”和全回轉(zhuǎn)拖輪要求的“小”，既滿足規(guī)范要求的安全和法規(guī)要求的寬敞舒適，又體現(xiàn)了全回轉(zhuǎn)拖輪的助泊安全和操縱靈活性。3.技術(shù)特點(diǎn)（1）提高了船舶的耐波性。船舶在滿載水線以上水線面積變大，這樣船舶發(fā)生橫搖時(shí)，復(fù)原力矩迅速增大，使船舶迅速恢復(fù)平穩(wěn)，進(jìn)一步提高了船舶的穩(wěn)定性。因此，在提高船舶的抗風(fēng)浪等級(jí)的同時(shí)，也減少了橫搖、縱搖的幅度。廣大船員在大風(fēng)浪中作業(yè)也能感到較平穩(wěn)，從而保證了船舶在大風(fēng)浪中助泊作業(yè)的安全。（2）有效防止船首上浪。在大風(fēng)浪中航行或作業(yè)時(shí)，一般風(fēng)浪的浪高比首甲板低，改進(jìn)后首甲板不易上浪，因此大大減少船首上浪，保證了在首甲板平臺(tái)上作業(yè)人員的安全。（3）適合大型集裝箱船的助泊。大型集裝箱的船型一般是中間平直，首尾舷弧大。使用普通拖輪協(xié)助其靠、離泊時(shí)，因拖輪的上層建筑高、駕駛臺(tái)距船首近，無法接近到它的首尾帶纜樁下帶拖纜，容易發(fā)生碰撞。而“甬港消拖60”上層建筑主甲板室、橋樓甲板室、駕駛臺(tái)分層明顯，各層在助泊時(shí)具有逐漸遠(yuǎn)離大船船體的特點(diǎn)，較其他拖輪更容易接近大船的首尾，較好地解決了這一問題。滿足了大船船長(zhǎng)或引水員使用拖輪的要求，保證了大型集裝箱班輪準(zhǔn)時(shí)安全地離、靠碼頭。（4）提高在大風(fēng)浪中安全靠、離船舶的可靠性。項(xiàng)目對(duì)抗季風(fēng)船型拖輪的大桅進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新，由原來的高大改為現(xiàn)在的低?。簧蠈咏ㄖ膬上舷蛑虚g收縮，上層建筑甲板與圍板連接處進(jìn)行倒角；駕駛臺(tái)及其頂部四周均為落地玻璃窗，最大限度地開闊視野。在縱搖、橫搖的狀態(tài)下，靠、離大船時(shí)，既有效地增大了上層建筑與大船的距離，又能使駕駛?cè)藛T清楚地看到接近大船時(shí)上層建筑與大船可能存在碰撞的危險(xiǎn)性。有利于及時(shí)采取避碰措施，加強(qiáng)安全靠、離船舶的可靠性。（5）由于駕駛臺(tái)較普通拖輪升高了550mm，使駕駛員有了更好的視線，在助泊作業(yè)時(shí)基本無盲區(qū)，絞纜機(jī)操作平臺(tái)提前，使操作水手能清晰觀察絞纜機(jī)的動(dòng)作情況，避免誤操作、帶病操作。（6）天然氣與柴油的燃燒性能明顯不同，本船的雙燃料主機(jī)在使用燃?xì)庾鳂I(yè)時(shí)排煙少而且淡，較好體現(xiàn)了清潔、綠色、環(huán)保的特征。（7）由于船廠、設(shè)備商、監(jiān)修人員的精心建造、監(jiān)造、調(diào)試，雙燃料主機(jī)在燒氣和燒油模式下都能穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，主機(jī)能瞬時(shí)實(shí)現(xiàn)從燒氣轉(zhuǎn)到燒油。通過與移動(dòng)公司和軟件開發(fā)公司的合作，配備了能與岸上聯(lián)絡(luò)的電腦，能使船舶更好獲得岸基支持及信息傳遞等。（8）內(nèi)部船員工作生活環(huán)境更加合理，由于該船按照《國(guó)內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)規(guī)則2016年修改通報(bào)》第7篇的船員艙室設(shè)備有關(guān)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，高級(jí)船員實(shí)行單人間，普通船員實(shí)行二人間，而且艙室都位于主甲板以上，無論采光還是通風(fēng)條件，以及振動(dòng)噪聲都較以往船舶大幅改善，提升船員的休息舒適度和安全感。（9）在機(jī)艙的集控室配置了工控機(jī)等監(jiān)控設(shè)備，通過對(duì)主機(jī)、副機(jī)等主要設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)了機(jī)艙設(shè)備的科學(xué)化管理，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控、報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)分析等保證了機(jī)艙設(shè)備的可靠運(yùn)行。4.技術(shù)應(yīng)用情況LNG動(dòng)力拖輪“甬港消拖60號(hào)”，由加拿大Robert設(shè)計(jì)公司設(shè)計(jì)，2017年1月26日與江蘇省鎮(zhèn)江船廠簽訂建造，總造價(jià)為8000萬元。本拖輪主要設(shè)備選用日本新瀉的6500馬力雙燃料主機(jī)、RollRoyce的可變螺距全回轉(zhuǎn)舵槳。船體總長(zhǎng)為38m，型寬13.5m，型深5.8m，設(shè)計(jì)吃水4.2m，水尺吃水5.53m，主機(jī)功率為2×389kW，正拖78.5t（倒拖75t），試驗(yàn)航速13.5節(jié)續(xù)航力，續(xù)航力≥1200海里（燃油模式）≥800海里（LNG模式）。本船設(shè)置水、泡沫兩種對(duì)外消防系統(tǒng)用于對(duì)他船滅火。配備的輕水泡沫（6%AFFF海水型水成膜泡沫）約20t。機(jī)艙內(nèi)設(shè)消防泵組二臺(tái)，由主機(jī)自由端通過輸出軸裝置驅(qū)動(dòng)。每臺(tái)消防泵的排量為1500m3/h，揚(yáng)程140mH20，供2門1200m3/h消防炮用水，兩層甲板室前部每舷設(shè)可遙控旋轉(zhuǎn)水/泡沫兩用消防炮各1門，射水排量1200~1500m3/h，噴射泡沫時(shí)排量為300m3/h。在空氣中噴水射程約140m，弧度高距水面≥50m；噴射泡沫射程≥70m。消防炮可水平330°、仰角70°、俯角15°旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)方式為電動(dòng)或電動(dòng)—液壓，且具有機(jī)械自鎖裝置。上述動(dòng)作均可在駕駛室或使用移動(dòng)式控制板遙控。5.節(jié)能降碳效益測(cè)算評(píng)價(jià)5.1節(jié)能低碳效益該輪主機(jī)運(yùn)行270h，用氣約80t，折合標(biāo)煤106.4tce。相同情況下，用柴油約100.44t，折合標(biāo)煤146.351tce，每小時(shí)節(jié)能約0.148tce，排放量172.976tCO2，每小時(shí)減排約

0.551tCO2。5.2經(jīng)濟(jì)效益作為國(guó)內(nèi)首艘使用LNG作為燃料的消拖兩用全回轉(zhuǎn)拖輪，預(yù)計(jì)每年可創(chuàng)造1550萬元的利潤(rùn)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。該船可在寧波北侖國(guó)際集裝箱、寧波遠(yuǎn)東、梅山多用途碼頭等各靠泊區(qū)域使用，為大輪特別是第六代集裝箱輪和FSPO油輪提供助泊、拖帶、搶險(xiǎn)服務(wù)。此外，LNG作為燃料價(jià)格也稍低于柴油。該輪按每年主機(jī)運(yùn)行約3000h計(jì)，6500馬力LNG動(dòng)力拖輪在50%負(fù)荷時(shí)，耗LNG約0.9m3/h（405kg/h），引燃油約11kg/h；6500馬力常規(guī)拖輪在50%負(fù)荷時(shí)耗油約431kg/h。LNG現(xiàn)價(jià)約每噸

4720元，0號(hào)柴油價(jià)約每噸5661元。所以每小時(shí)運(yùn)行LNG和燃油成本差價(jià)466元/h。年成本計(jì)算差價(jià)140萬元。燃?xì)夂腿加蛢r(jià)隨市場(chǎng)變化以及損耗較大所以年燃料營(yíng)運(yùn)差價(jià)在150萬元之間。建成投產(chǎn)后，船舶的營(yíng)運(yùn)成本與傳統(tǒng)拖輪相比基本持平，但由于該拖輪在較大風(fēng)浪時(shí)仍能作業(yè)，所以收入則略高，創(chuàng)造了較高的利稅。5.3社會(huì)效益液化天然氣（LiquefiedNaturalGas）的主要成分是甲烷，還有少量的乙烷和丙烷，其無色、無味、無毒、無腐蝕性，在常壓和-162℃左右可液化，體積約為氣態(tài)體積的1/625。目前，全球大規(guī)模使用清