LNG船 舶推进装置发 展介绍

 　　摘 要：本文简要介绍从第一艘LNG船舶到现在，LNG船舶的主推进动力装置的发展过程，并简述其中有典型代表性的几艘船舶。 　　关键词：LNG船舶 推进装置 
　　1.前言 
　　从19 59年由一艘货轮改装而成的世界第一艘LNG运输船舶“甲烷先锋”号诞生迄今，报废的（包括改装成其他类型船舶）船舶共有35艘，现在正在运营的船舶有337艘，2012年3月全球海洋航运的液化天然气运输船（The World Fleet of LNG Carriers）有361艘。在2016年将建造58艘，此时液化天然气运输船总量将达到419艘。已退役的液化天然气运输船有34艘。它的推进装置也从开始的柴油机，到蒸汽轮机，再到柴油机，以及现在的双燃料发动机，经历了半个多世纪的变化革新，呈现出现在的状况。研究发展的历程，不仅可以梳理出过去几十年LNG船舶动力推进装置的变化，也可以侧面反映航运业在过去半个多世纪的兴衰历程，对以后的船舶推进装置的发展也有指导作用。 
　　2.柴油机作为动力 
　　第一艘L N G船舶Methane Pioneer 甲烷先锋号是1959年由一艘二战货轮改装而成的世界第一艘LNG运输船舶。在动力方面并没有做大的改进，它仍使用原来船舶的柴油机作为动力，这条船采用功率为1286KW的柴油机作为船用主机，长约103.17米，宽15.24米，吃水5.49米，装载约5000m3LNG。甲烷先锋号的成功，标志着LNG海运的可行，它带来的冲击让能源商们下定决心要将LNG运输扩大到需要的规模。 
　　3.蒸汽轮机时代 
　　作为“甲烷先锋号”的股东之一的壳牌公司随后便向英国的两家船厂Vickers-Armstrong和Harland &Wolff分别订购了一艘LNG船舶，分别是the Methane Princess和 the Methane Progress 。Methane Princess 长189米，宽29米，即使在现在也是艘大船，它采用蒸汽轮机推进，稳定航速可达17.5节，装载量也达到27400m3。这对姐妹船都开展包括先锋号阿尔及利亚至英国的LNG运输业务。如果说“甲烷先锋号”只是一艘过渡的船舶，那么它的2艘姐妹船则可以称作真正意义上的LNG船舶，也是从这2艘船舶开始，设计人员开始认真关注LNG船舶的动力装置问题。 
　　在 LNG 船上，液化气装在隔热舱中运输，但是仍不可避免地有部分液化气蒸发，而将这部分天然气重新液化的费用很高，在60年代也没有船用的在液化设备，所以如不加以利用，这部分蒸发气肯定是要浪费掉的，因此，较经济、安全的方式是用作锅炉燃料，由锅炉产生的高压蒸汽推进汽轮机。由于效率比蒸汽轮机高22%，于是在60年代柴油机开始取代蒸汽轮机作为推进动力装置的霸主地位。而由于上面所说的一些原因，蒸汽轮机一直做为LNG船舶的动力装置未被取代。而蒸汽轮机本身的单机功率大、工作可靠、维修费用低等优点也让它在高危险船舶LNG船舶上面成为不二选择，据说半个多世纪来，数百艘的蒸汽动力装置的LNG船舶没有发生过大型事故。 
　　自此以后，蒸汽轮机便开起了它在LNG船舶上面半个多世纪的应用。随后为了方便日本和阿拉斯加之间的天然气运输，1969年在瑞士建造2艘LNG船舶 SCF Polar and SCF Arctic ，至今任在运营。SCF Polar 也采用蒸汽动力装置，它的蒸汽轮机总功率14709kw， 其中高压级蒸汽透平功率8090kw，低压级蒸汽透平功率为6619kw。 
　　在随后近乎的40年的时间里，蒸汽轮机作为LNG船舶的推进装置几乎就没有改变过。在而其他船舶的推进装置几乎全被效率高得多的柴油机取代，就全世界而言，超过95%的船舶采用柴油机作为动力。在这40年的时间里，虽然蒸汽轮机一直作为LNG船舶的推进系统，但研究人员还是在不断尝试在LNG船舶上使用其他主推进动力装置的可能性。 
　　常规的LNG船舶蒸汽轮机作为推进装置的优点是，经过发展也可为大型LNG船舶使用，但由于使用高效率的减速装置的经验不足，使用实际使用率不高，同时可以使用重油或蒸发损耗气体，蒸汽轮机由于利用货物蒸发气的便利性，安全可靠，维护保养量低，震动低。缺点为燃料消耗大，这一点随着燃料价格的上涨以及LNG船舶尺寸的增大越来越突出；机器比较沉重，需要有可以容纳锅炉的大机舱，并且今后很难找到经验丰富的能够操纵高压蒸汽设备的轮机人员，废气排放大，污染大。 
　　4.多种推进装置并存的时代 
　　到了90年代，主机厂商开始寻求替代装置，各个厂商都提出了自己的解决方案。其中比较典型的是瓦锡兰的双燃料方案，MAN公司的传统二冲程低速柴油机加上在液化装置的解决方案（图 2）。该推进动力装置用在LNG船舶上，因为有再液化装置，所以允许将装载的货物全部卸载到接收站，燃油消耗低，燃料价格第，可以运送的LNG最大，缺点是由于再液化装置在岸上已经是常用设备，但对于LNG船舶来说是个新的概念，维护费用较高，废气的排放很多，造成的环境污染很严重。 
　　从2004年开始双燃料主机开始应用在LNG船舶上，随后便开始广泛应用。四冲程的中速双燃料主机主要是瓦锡兰的DF系列（图3）。四冲程中速双燃料柴油机作为推进装置可以燃烧货物蒸发损耗气体，因为有两个推进系统，所以有冗余。可以使用船用轻柴油和蒸发损耗气体，废气的排放较少，可操作性强，货物的装载可以增加。同样因为实际的经验较少，维修保养的费用较高。 
　　当然在出现了双燃料发动机和DRL之后，蒸汽轮机并没有就此退出历史的舞台，虽然双燃料发动机和DRL的效率比蒸汽轮机高很多，但是由于各种原因，之后建造的许多船舶还是采用成熟蒸汽轮机技术作为推进装置。比如沪东中华为中国沿海的LNG项目建造的起初6条LNG船舶，均采用蒸汽轮机作为推进主机。这是因为此次建造是中国船厂首次建造LNG船舶，出于确保万无一失的考虑，最终还是采用了蒸汽轮机技术。在现在沪东厂持有的LNG船舶订单中，有了以前的建造经验，于是采用了效率更高的DRL系统。如果说中国船厂采用蒸汽轮机是由于技术和经验方面的不足不得已而为之，那么日本近几年有部分船舶仍采用蒸汽轮机，则说明蒸汽轮机由于其独特的优点，还有一定的市场。 
　　由于四冲程双燃料机比二冲程机的发展早而且技术成熟，所以可以发现使用双燃料作为动力的都是采用DFDE，直到2012末才有ME-GI机器作为动力出现在建造订单中，那就是加拿大的Teekay公司。但可以预见以后ME-GI将会更多的运用到LNG船舶上面。同时根据以上对LNG船舶推进装置的分析比较，对于一定航线一定船型的LNG船舶而言，选择推进装置时，除要考虑可靠性和操作性能外，还应考虑排放性等，这些对于LNG船舶推进装置皆为最基本要求，在满足这几个要求的前提下，需要进行比较的最重要的因素就是推进装置的营运经济性了。 
　　参考文献： 
　　[1]彭岩，朱玉崧.LNG船舶推进装置对比分析[J].世界海运，2008（2）：36-37.