漁船油改氣方案報告2011.12.24

1、漁船油改氣方案報告漁船油改氣方案報告漁船油改氣方案報告漁船油改氣方案報告第一部分第一部分 改造背景改造背景第第二二部分部分 改造依據(jù)改造依據(jù)第第三三部分部分 改造方案改造方案第一部分第一部分 改造背景改造背景1. 柴油成本的上升天然氣相對穩(wěn)定下圖為2011年國內(nèi)汽、柴油幾個變動節(jié)點(diǎn)目前國內(nèi)主要城市汽、柴油價格TierDateNOx Limit (g/kWh)n130130n2000n2000Tier 200017.045 n(-0.2)9.8Tier 201114.444 n(-0.23)7.7Tier 20163.49 n(-0.2)1.96溫家寶總理在哥本哈根全球氣候大會上，中國向世界承諾

2、：到2020年前將CO2排放量比2005年減少40%-45%。第第二二部分部分 改造依據(jù)改造依據(jù)1. 船檢法規(guī)頒布機(jī)構(gòu)頒布機(jī)構(gòu)規(guī)范名稱規(guī)范名稱農(nóng)業(yè)部漁船檢驗局1998 鋼質(zhì)海洋漁船建造規(guī)范農(nóng)業(yè)部漁船檢驗局2003海洋漁業(yè)船舶法定檢驗規(guī)程農(nóng)業(yè)部漁船檢驗局2003漁業(yè)船舶法定檢驗規(guī)則農(nóng)業(yè)部漁船檢驗局2003 漁業(yè)船舶船用產(chǎn)品檢驗規(guī)程農(nóng)業(yè)部漁船檢驗局2002內(nèi)河、玻璃鋼、海洋木質(zhì)及小型鋼質(zhì)漁業(yè)船舶法定檢驗技術(shù)規(guī)則農(nóng)業(yè)部漁船檢驗局漁業(yè)船舶設(shè)計圖樣及技術(shù)文件審查規(guī)定中國船級社（CCS）2007 雙燃料發(fā)動機(jī)系統(tǒng)設(shè)計與安裝指南中國船級社（CCS）2010 氣體燃料動力船檢驗指南中國船級社（CCS）2005

3、散裝運(yùn)輸液化氣體船舶構(gòu)造與設(shè)備規(guī)范 原因如下：1. 目前漁船規(guī)范中尚未有對雙燃料柴油機(jī)用作船舶主推或發(fā)電柴油機(jī)方面的要求；2. CCS頒布的關(guān)于雙燃料柴油機(jī)的 安裝和檢驗指南，具有普遍的適用性，可以作為目前漁船“油改氣”的依據(jù)；3. 對于還需遵循散裝運(yùn)輸液化氣體船舶構(gòu)造與設(shè)備規(guī)范，原因在于以上所述的兩個指南當(dāng)中提及相應(yīng)設(shè)備的材料、制造及檢驗等要求在該規(guī)范中作出更為詳盡的闡述。2. 主要改造設(shè)備的設(shè)計、制作和檢驗的依據(jù)1)小型LNG儲罐執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)： GB150-1998鋼制壓力容器 GB18442-2001低溫絕熱壓力容器監(jiān)察法規(guī)：壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程焊接規(guī)程： JBT 4709-2000 鋼

4、制壓力容器焊接規(guī)程無損探傷： JB47301.22005射線檢測 JB47301.32005超聲檢測真空檢漏： JB47301.52005滲透檢測 JB47301.62005渦流檢測絕熱方式：高真空多層絕熱1. 改造概述A 對船體、柴油機(jī)進(jìn)行改造；B 增設(shè)LNG儲罐，汽化撬，供氣管系，控 制閥組，檢測報警和自動控制設(shè)備；C 對機(jī)艙通風(fēng)和滅火系統(tǒng)進(jìn)行改造。目前國內(nèi)通過“油改氣”改造投入運(yùn)營的船舶有，蘇宿貨1260、長迅3、武漢拖302、紅日166、贛撫州貨0608等船舶，其中，蘇宿貨1260貨船分別于2010年5月和8月通過了江蘇省交通廳組織的發(fā)動機(jī)混燃臺架試驗和船舶混燃改造鑒定，使用效果良好，

5、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益明顯。武漢拖302號長迅3號 蘇宿貨蘇宿貨 1260號號 2. 船體 船體改造取決于儲罐的放置位置，一般來說，有三種布置方案：A 設(shè)于船舶艏部B 設(shè)于船舶中部C 設(shè)于船舶尾部A方案特點(diǎn)：適用于噸位較大，艏部有上建的船型；由于艏部直接受到風(fēng)浪沖擊，儲罐設(shè)于此，危險系數(shù)較高；對船體的改造量較小，費(fèi)用較低，但儲罐容積受到限制。A方案B方案特點(diǎn)：不受船型的影響，但要加大船長，總體參數(shù)改變，改造工作量大，費(fèi)用高；儲罐設(shè)于船中部，晃動相對降低，安全系數(shù)高；儲罐容積可以根據(jù)船東運(yùn)營情況增加，經(jīng)濟(jì)性好。C方案特點(diǎn)：不受船型的影響，是將原尾部的液艙，如壓力水艙、淡水艙廢除，更改結(jié)構(gòu)后變成儲罐艙

6、，不需要加長船長，船體改動量較少；儲罐設(shè)于船艉部，晃動降至最低，安全系數(shù)更高；但是占用了液艙的容積，需要從其他地方補(bǔ)回來，比如說淡水艙，另外罐容積也受到尾部線性的限制，容積不能做大加，經(jīng)濟(jì)性略差。小結(jié)：小結(jié)：比較三種方案，B方案改造成本最高，但獲得最大的儲罐容積；A方案改造受到的限制最多，但改造成本較少；C方案的改造成本略高，但安全系數(shù)最高。所以優(yōu)先選擇C方案。以36.5m拖網(wǎng)漁船為例進(jìn)行C方案改造主要參數(shù)主要參數(shù)總 長 Loa 36.50 m設(shè)計水線長 Ldwl 33.18 m垂線間長 Lpp 31.50 m型 寬 B 6.28 m型深 D 3.00 m設(shè)計吃水 d 2.30 m排 水 量

7、275.78 t推進(jìn)功率 Pb 450 kW設(shè)計航速 Vs 12.5 kn魚艙容積 Vf 105.58 m3船員定額 P 12自 持 力 day 7穩(wěn) 性 遠(yuǎn)海航區(qū)3. 柴油機(jī)A 方案不改變柴油機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)，只是改造進(jìn)氣岐管，增設(shè)一個燃?xì)饣旌掀?，進(jìn)氣總管和一套控制系統(tǒng)，適用于小功率柴油機(jī)，比如170機(jī)型，改造費(fèi)用較低。B 方案改變柴油機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)，更換氣缸蓋，在機(jī)體上加設(shè)燃?xì)饪偣?，各缸空氣進(jìn)口支管內(nèi)增設(shè)燃?xì)鈬娮?，另外增加一套控制系統(tǒng)，適用于較大功率柴油機(jī)改造，比如210、250機(jī)型，改造費(fèi)用較高。小結(jié)A和B的差別有：B是在氣缸進(jìn)氣歧管內(nèi)設(shè)置了燃?xì)鈬娮欤?噴嘴定時定量地噴出燃?xì)獠⑴c空氣一起進(jìn)入氣缸內(nèi)

8、混合，而A則是燃?xì)庠跈C(jī)體外就與空氣混合，還需經(jīng)渦輪增壓器、總管等，還有經(jīng)過一段路程；B可以根據(jù)單缸的負(fù)荷變化，來進(jìn)行延時或提前變量地噴出燃?xì)猓鳤無法無法做到這點(diǎn)，而且從本質(zhì)上，安全性能不及B方案；所以A方案一般用于柴油機(jī)的負(fù)荷比較穩(wěn)定的場合。36.5m主推選擇是210機(jī)型，450kW 選擇B方案進(jìn)行改造。 如前所述，再重復(fù)一下： 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)： GB150-1998鋼制壓力容器GB18442-2001低溫絕熱壓力容器 監(jiān)察法規(guī):壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 焊接規(guī)程: JB/T4709-2000鋼制壓力容器焊接規(guī)程 無損探傷JB47301.22005射線檢測JB47301.32005超聲檢測 真空檢

9、漏： JB47301.52005滲透檢測JB47301.62005渦流檢測儲罐設(shè)計 檢驗標(biāo)準(zhǔn) 圓柱型筒體兩端帶半球形封頭的臥式壓力容器； 雙層結(jié)構(gòu)，分內(nèi)膽和外殼，內(nèi)膽儲存LNG，內(nèi)膽與外殼形成真空絕熱空間； 單封頭設(shè)管口，帶儲罐增壓器（空氣汽化器），增壓閥組、減壓閥組、液位計等。儲罐型式 儲罐容積：1015m 設(shè)計壓力：0.6MPa（待定） 工作壓力：0.5MPa（待定） 儲罐安全閥最大調(diào)定值：0.55MPa 設(shè)計工作溫度：-165 內(nèi)膽材質(zhì)：C304L不銹鋼 外殼材質(zhì)：待定 絕熱型式：真空粉末，珍珠巖 日蒸發(fā)率：0.2%儲罐的技術(shù)參數(shù) 如前所述，再重復(fù)一下： 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)： GB150-1998

10、鋼制壓力容器GB18442-2001低溫絕熱壓力容器 監(jiān)察法規(guī):壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 焊接規(guī)程: JB/T4709-2000鋼制壓力容器焊接規(guī)程 無損探傷JB47301.22005射線檢測JB47301.32005超聲檢測 真空檢漏： JB47301.52005滲透檢測JB47301.62005渦流檢測儲罐設(shè)計 檢驗標(biāo)準(zhǔn) 圓柱型筒體兩端帶半球形封頭的臥式壓力容器； 雙層結(jié)構(gòu)，分內(nèi)膽和外殼，內(nèi)膽儲存LNG，內(nèi)膽與外殼形成真空絕熱空間； 單封頭設(shè)管口，帶儲罐增壓器（空氣汽化器），增壓閥組、減壓閥組、液位計等。儲罐型式 儲罐容積：1015m 設(shè)計壓力：0.6MPa（待定） 工作壓力：0.5MPa

11、（待定） 儲罐安全閥最大調(diào)定值：0.55MPa 設(shè)計工作溫度：-165 內(nèi)膽材質(zhì)：C304L不銹鋼 外殼材質(zhì)：待定 絕熱型式：真空粉末，珍珠巖 日蒸發(fā)率：0.2%儲罐的技術(shù)參數(shù) 如前所述，再重復(fù)一下： 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)： GB150-1998鋼制壓力容器GB18442-2001低溫絕熱壓力容器 監(jiān)察法規(guī):壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 焊接規(guī)程: JB/T4709-2000鋼制壓力容器焊接規(guī)程 無損探傷JB47301.22005射線檢測JB47301.32005超聲檢測 真空檢漏： JB47301.52005滲透檢測JB47301.62005渦流檢測儲罐設(shè)計 檢驗標(biāo)準(zhǔn) 圓柱型筒體兩端帶半球形封頭的臥式壓力容

12、器； 雙層結(jié)構(gòu)，分內(nèi)膽和外殼，內(nèi)膽儲存LNG，內(nèi)膽與外殼形成真空絕熱空間； 單封頭設(shè)管口，帶儲罐增壓器（空氣汽化器），增壓閥組、減壓閥組、液位計等。儲罐型式 儲罐容積：1015m 設(shè)計壓力：0.6MPa（待定） 工作壓力：0.5MPa（待定） 儲罐安全閥最大調(diào)定值：0.55MPa 設(shè)計工作溫度：-165 內(nèi)膽材質(zhì)：C304L不銹鋼 外殼材質(zhì)：待定 絕熱型式：真空粉末，珍珠巖 日蒸發(fā)率：0.2%儲罐的技術(shù)參數(shù)（1）內(nèi)膽圓筒的壁厚計算（36.5m拖網(wǎng)漁船）按照GB 150-1988 鋼制壓力容器 進(jìn)行設(shè)計制造。本壓力容器為內(nèi)壓圓筒型壓力容器。本船有兩個壓力容器，每個壓力容器都設(shè)有真空低溫絕熱壓力容

13、器，設(shè)計溫度下圓筒的設(shè)計厚度按計算如下：基本參數(shù)：內(nèi)膽：直徑1800mm 長度4800mm（2）設(shè)計溫度下內(nèi)膽材料應(yīng)力的校核（36.5m拖網(wǎng)漁船）（3）設(shè)計溫度下內(nèi)膽最大工作壓力的校核（4）內(nèi)膽封頭壁厚計算（36.5m拖網(wǎng)漁船）（5）內(nèi)膽容積計算（6）外殼壁厚計算（36.5m拖網(wǎng)漁船）外殼主要承受內(nèi)膽和儲存介質(zhì)的重重力載荷以及絕熱層的真空負(fù)壓。（7）儲罐空重（36.5m拖網(wǎng)漁船）經(jīng)計算，儲罐毛重約為8t。（8）儲存的LNG重量：約為4.43t/船（8）儲液簡圖： 如前所述，再重復(fù)一下： 2007 雙燃料發(fā)動機(jī)系統(tǒng)設(shè)計與安裝指南 2010 CCS氣體燃料動力船檢驗指南 散裝運(yùn)輸液化氣體船舶構(gòu)造與

14、設(shè)備規(guī)范 1998 鋼質(zhì)海洋漁船建造規(guī)范 2003海洋漁業(yè)船舶法定檢驗規(guī)程管系設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 本著安全、可靠、簡單的原則進(jìn)行管系設(shè)計； 本管系低溫系統(tǒng)的液相和氣相管系用的增壓調(diào)節(jié)閥、減壓調(diào)節(jié)閥、緊急切斷閥、低溫截止閥、安全閥、止回閥等，材料均為奧氏體不銹鋼0Cr18Ni9； 輸送LNG的管道采用不銹鋼無縫鋼管，材質(zhì)為奧氏體不銹鋼0Cr18Ni9； 管件均采用材質(zhì)為0Cr18Ni9的無縫沖壓管件(GB/T 12459-2005)； 法蘭采用凹凸面長頸對焊鋼制管法蘭(HG 20592-97)，材質(zhì)為0Cr18Ni9。法蘭密封墊片采用金屬纏繞式墊片，材質(zhì)為0Cr18Ni9。緊固件采用專用雙頭螺柱、螺母，材

15、質(zhì)為0Cr18Ni9)； 管路布置時須考慮管路的冷收縮，要采取有效的補(bǔ)償設(shè)施，如增加彎管、加補(bǔ)償器等。 管系設(shè)計原則首先，儲罐設(shè)計壓力由兩個因素決定：一為柴油機(jī)的進(jìn)氣壓力，二為儲罐到氣化器的高度差。原因是我們設(shè)計的自增壓式儲罐，即儲罐內(nèi)的液體是通過罐體內(nèi)壓力壓至氣化器進(jìn)口，此為原因之一。當(dāng)液罐處于98%充裝率下時，LNG從閥V1靠重力流向儲罐增壓器，氣化后氣體回到液罐，隨著氣體的增加，罐內(nèi)壓力達(dá)到0.50MPa時，增壓調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，液體停止流入；隨著LNG的使用，液位下降，壓力降低，當(dāng)降至0.45MPa時，增壓調(diào)節(jié)閥打開，重新流出液體氣化進(jìn)入，因為氣化器出口和罐內(nèi)壓力相通，液體留出的動力靠液位差

16、。當(dāng)船舶停航LNG長期不用時，由于漏熱蒸發(fā)，罐內(nèi)的壓力會持續(xù)上升，當(dāng)達(dá)到0.52MPa時，減壓調(diào)節(jié)閥打開，將部分BOG排至強(qiáng)制氣化器加熱進(jìn)入膨脹罐。當(dāng)壓力回到0.50MPa，加壓閥關(guān)閉。由于安全閥設(shè)置壓力是0.55MPa，且它開啟后是將氣體一下子泄壓，所以只能是通過減壓調(diào)節(jié)閥來減壓。原因之二：由于膨脹罐要維持不小于0.35MPa的柴油機(jī)進(jìn)口壓力，所以液罐的壓力必須得和膨脹罐同壓，然后再克服與氣化器的高度差加上流動阻力，也就是0.35MPa，加4米揚(yáng)程和流阻，再留出點(diǎn)余量，所以確定液罐的工作壓力在0.450.50MPa這間。所以有上述的結(jié)論。本管系設(shè)計涉及兩個計算：一是柴油機(jī)的最大單位時間耗氣量

17、，繼而轉(zhuǎn)換為LNG的單位氣化冷量多少；二是根據(jù)單位時間的熱交換量來確定氣化器的換熱面積以及冷卻水流量。由以上計算得到：柴油機(jī)100%負(fù)荷工況下耗氣量：58.44Kg/h，即0.132m3/h (LNG)；氣化器置換冷能：48853.96kJ/h (將LNG氣化并加熱至常溫15);所需加熱海水量：2480.5Kg/h，即2.42m3/h。小結(jié)：由上數(shù)據(jù)可以知道，輸液管的流量很小，左右管路通徑DN10或DN15即可，相應(yīng)的低溫閥件可以用小口徑閥，減輕成本。氣化器交換的熱量很小，其尺寸可以得到有效的控制，節(jié)省了船上的空間；海水流量只需從柴油機(jī)海水冷卻管路中接一個旁通支管即可。管路介紹：氣化器的液體進(jìn)

18、口前設(shè)置一個壓力控制閥，壓力信號采至膨脹罐內(nèi)壓力，當(dāng)罐內(nèi)壓力高于設(shè)定壓力時，閥門關(guān)閉，阻止液體進(jìn)入氣化器。設(shè)置該閥的原因是當(dāng)膨脹罐和儲罐的壓力差較大時，輸液管進(jìn)液速度較快，此時，氣化速度也很快，由于儲罐和膨脹罐的壓力平衡有個延時效應(yīng)，此時，氣化器內(nèi)已積聚了部分液體，所以必須阻止后續(xù)液體繼續(xù)進(jìn)入氣化，壓力控制閥及時地切斷輸液管。膨脹罐和輸液管上也同時設(shè)置了安全閥。氣化器氣體出口上設(shè)置了溫度控制閥，溫度信號采至氣化器氣體出口，當(dāng)溫度低于設(shè)定壓力時，閥門關(guān)閉，直至溫度達(dá)到設(shè)置溫度以上，才開啟。該閥的作用是防止膨脹罐受到低溫氣體的沖擊。 如上圖所示：從V1出來的是穩(wěn)壓，干燥，常溫的氣源，經(jīng)閥V2、V4

19、和V5后進(jìn)入柴油機(jī)的燃?xì)饪偣?，本?6.5m拖網(wǎng)漁船柴油機(jī)的供氣壓力是0.35MPa。其中V1閥設(shè)于機(jī)艙外面，為電磁遙控閥，可在機(jī)艙內(nèi)遙控關(guān)閉。閥V2、V3和V4為電磁遙控閥，當(dāng)機(jī)艙內(nèi)出現(xiàn)抽風(fēng)機(jī)失效，燃?xì)夤芟祲毫Σ徽?，燃?xì)庑孤?、柴油機(jī)故障等現(xiàn)象時，要求V2和V4關(guān)閉，V3打開，三個閥門是同時動作的。機(jī)艙內(nèi)的燃?xì)夤苈肥遣贾迷谕L(fēng)管道內(nèi)的，通風(fēng)的管道設(shè)計應(yīng)能將包括閥門在內(nèi)的管路附件包覆其中，同時與柴油機(jī)上的通風(fēng)岐管聯(lián)接起來，形成一個從柴油機(jī)燃?xì)忾y為起點(diǎn)，上塑至燃?xì)夤苓M(jìn)機(jī)艙壁止的通風(fēng)管道，然后通過一臺設(shè)置在機(jī)艙外面的管道風(fēng)機(jī)，將整個通風(fēng)管路內(nèi)壓力維持在大氣壓之下。V5為供氣管道上的最后一個閥，是一個手動截止閥，確保在發(fā)動機(jī)維修期間能進(jìn)行安全有效地隔離。 1. 機(jī)艙通風(fēng)機(jī)艙設(shè)兩臺進(jìn)風(fēng)機(jī)，每臺風(fēng)機(jī)的最大排量能將機(jī)艙換氣30次/小時，兩臺風(fēng)機(jī)可互相備用，機(jī)艙出風(fēng)從煙囪后面的格柵排出。機(jī)艙風(fēng)機(jī)的運(yùn)行與主機(jī)的雙燃料模式進(jìn)行互鎖，主要風(fēng)機(jī)開始運(yùn)行10分鐘后，雙燃料模式才能使用，當(dāng)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障停止時，主機(jī)應(yīng)能自動從雙燃料模式切換成柴油模式。管道風(fēng)機(jī)應(yīng)為防爆型風(fēng)機(jī)，其排量不小于將通風(fēng)管道換氣30次/小時，排風(fēng)位置設(shè)于寬敞安全的區(qū)域。與機(jī)艙通風(fēng)機(jī)一樣，管道風(fēng)