关键词：船用LNG动力包;集成技术
中图分类号：U671
内河船LNG动力应用 ，技术问题是主要瓶颈之一。本文谨从技术层面，结合大连玉柴能源有限公司建造国内首艘内河LNG动力电力推进船“运河之星2000”得到的经验教训，做了初浅探讨和实际尝试，总结出采用动力包模式设计、制造，装船前首先进行陆地联调试验、检验的可行性和必要性。以期在实现技术标准统一、可靠性提高、建造周期缩短、采购成本降低、实用操控简化、技术服务便捷方面做一份贡献。
1内河船舶LNG动力应用现状
由于LNG燃料动力船舶是近年出现的新生事物，天然气发动机、燃气储罐、气化器、管阀撬块以及LNG控制、监测和安全系统等一系列设备构成其动力系统的三大模块，无论是对它们的设计、审图、生产及应用还是检验，各环节均处于不断探索阶段。调研发现，目前内河LNG动力在船舶上应用普遍存在以下几方面问题：
1.1设计和制造方面
1.1.1组成动力系统各模块由各厂家独立生产，设备间对外接口形式、结构尺寸、布置位置各异;技术设计、工艺标准、通讯模式也不尽相同，且互相无法预先全面考虑可兼容的部分功能，使得整个动力系统构成繁杂、设备设置重复、布置凌乱、功能重叠，整套动力装置只是机械地组合在一起很难形成一个有机的整体。不仅增加了设备配置成本，降低了动力系统的可靠性，也给船员操作管理带来极大不便。
1.1.2由于不同生产厂家的产品设计标准不同，系统信号采集方式和数据输出模式不同，也给设备的安装和调试造成极大不便和困难，使得大量的时间、人力、物力被用在处理常规技术对接和标定上，核心技术反而得不到充分的保障，遗留下技术上的隐患，造成使用中故障频发的不良后果，目前已对LNG动力应用产生负面影响。
1.2审图和检验方面
尽管制定和颁布了一系列相关规则、规范和指南，但是原则性的居多，而船用LNG动力作为新技术、新产品，无论是审图还是检验均无成熟经验可借鉴，这就造成了：
1.2.1对船用产品和船舶设计分别进行独立审图中，往往会出现同一产品，在产品审图时通过，而在船舶设计审图时却需要对其再次修改的情况，甚至有时还需要将产品图纸二次送审，费时又费力。
1.2.2每一个船用设备都是按照各自的规范标准进行单独检验、发证，对组成船用LNG动力系统内的其他设备，在配置要求和接口形式上并没有统一的标准，为船舶建造检验带来一系列问题。
1.3设备装船应用方面
1.3.1在实际应用中，厂家各自只对本厂设备负责，对于整套动力系统中出现的问题，往往会产生界定不明、责任不清、相互推诿的现象，迟迟不能有效解决，使得设备及系统上船安装和调试周期长、变数多，加之各设备厂商间的技术保密的限制以及船上特殊的工作环境，有些关键参数无法测量，令发现问题和整改问题难度加大，延误工期的现象频繁发生，给船厂和船东造成极大的经济损失。
1.3.2由于众所周知的原因，内河船员总体技术水平不高，大多对LNG不熟悉，加之对新的技术存有疑虑、接受和适应时间长，也在一定程度上影响了LNG技术在船上的推广应用。
1.4船舶动力系统整体更新改造方面
2016年，交通运输部在推广内河船舶应用LNG技术的同时，大力鼓励符合标准要求的船舶进行动力系统整体更新改造，亦出台了相关经济补贴政策，但应者寥寥。究其原因，除LNG经济优势减弱，改造初始投资较高等一些经济因素影响船民改造积极性外，动力系统各组成设备的供货周期长，特别是LNG船用储罐的取证、供货期一般为3-4个月，也大大制约了船舶改造工期及进度控制。如何在最短的时间内完成船舶动力系统的整体更新改造，最大程度降低对船舶运营收益的影响成为推进此项工作亟需解决的难题。
LNG动力包集成技术的开发，使构成动力系统的各模块集成为一个有机的“动力包”，通过陆地带负荷运转联调试验，可有效解决上述问题。
2银河动力包概念及技术方案
2.1产品概念
银河动力包，是以LNG为主要燃料的船舶动力系统的集成，由动力模块、供气模块、控制模块、推进模块、辅动模块组成，以系统的理念整合动力包各模块，实现整船动力系统的最佳配置。
类型序号模块组成
标
配1动力模块LNG燃料发动机及其附件、GVU
2供气模块LNG储罐及管阀撬块
3控制模块LNG控制、监测和安全系统
选
配4辅动模块发电机组、轴带发电机
5推进模块推进齿轮箱、螺旋桨
6船舶管家软硬件结合的多媒体终端
表1.产品组成
产品分类：
按船舶推进形式不同，银河动力包分为：“银河动力e” 系列(电力推进)和“银河动力D” 系列(直接推进)。
2.2银河动力包技术方案
2.2.1制订统一设计、生产标准
银河动力包将原来拼凑的装置提升到完整产品的概念，通过各模块的有效匹配，制订统一接口要求、工艺标准及数据传输模式，从而改变当前定制式单件生产模式，实现标准化设计、批量化制造，有效降低装备成本。通过将三大模块高度集成、优化设计和配置，消除因各生产厂家独立设计生产、各模块间不能协调匹配的弊端，使整个系统性能提高、操控简便、可靠性增强。
2.2.2协助形成统一审验标准、简化流程
银河动力包涵盖LNG燃料船舶核心动力系统，其技术条件和试验大纲的编制，为审验机构完善相关规范、统一检验标准提供有力支撑。待条件成熟，动力包各组成设备在检测中心进行批量化集中检验，从而有效简化检验流程、缩短检验时间。
2.2.3整体供货、缩短供货周期
依据内河标准化船型设计开发出的多款动力包产品，作为LNG燃料船舶动力系统的整体解决方案，具备产品化、标准化、规范化三大优势。通过产品的储备和整体供货，可有效的缩短供货周期。同时，避免和杜绝因用户分散采购各设备产生的一系列供需矛盾。
2.3银河动力包技术优势
参与动力包设备制造的各厂家合作组成一个紧密生产联合体，共同参与方案设计、工艺标准、生产流程、质量检验全过程，实现无障碍技术对接，保障动力包产品质量。
2.3.1动力模块，采用玉柴LNG燃料发动机。其中，双燃料发动机最高燃料替代率可达90%以上，相比传统的柴油发动机，燃料成本降低15%-25%。发动机既能独立使用柴油，也能油气混烧，规避了目前LNG单燃料发动机存在的先天不足弊端，以及现阶段LNG加气站布局不完善，加气不方便的窘境。
采用全电控、高压共轨、电子喷射、可变定时等先进技术，使发动机动力强劲、启动迅速;在低转速工况下也可以获得良好的燃烧特性，节油性和环保性大大改善，排放可满足目前国际最高标准(IMO Tier Ⅲ);同时，保留柴油机的润滑、密封作用，减轻气缸内壁磨损，降低功率消耗;可靠性提高，噪音、振动减轻。
2.3.2供气模块，采用符合规范要求的船用LNG燃料C型储罐，有多层缠绕和填充珍珠砂两种绝热形式，容积可选3m³、5m³、10m³和20m³，储罐尺寸规格可根据船型订制，满足各类航区新建及改造船舶要求。
2.3.3控制模块，采用分布式系统设计，做到集散控制、数据共享，接口统一，使系统局部故障时不会造成整个系统损坏。同时，运用集成控制理念，优化系统设计、减少重复配置:
2.3.3.1将驾控台上主机远程显示仪表、主机遥控显示单元和LNG控制系统远程显示单元三个原来分别独立的部分集成在一个综合显示单元上面，简化了配置，同时也减少了不必要的硬接线，做到电气接口统一简单。
2.3.3.2对LNG控制、监测和安全系统的监测点和发动机ECU中对供气系统上的监测点进行梳理归纳，找出重复项并进行整合，合理减少监测报警点数，降低系统故障率、提高系统反应速度。
2.3.3.3在驾控台设置供气系统启停按钮，实现在同一地点对LNG动力装置的控制，使操作更便捷。
3应用
3.1建设检测中心
依托发动机厂家，以船级社相关规范为指导、参考并模拟LNG燃料船舶动力系统布局建设检测中心，并配有先进的检测手段。
图1 布置示意图
3.1.1通过动力包的现场组装，检查各模块间的接口规格是否吻合、控制监测和安全系统链接是否符合规范标准、管路及阀箱安装是否满足安全要求。
3.1.2动力包装船前在检测中心进行带负荷模拟运转试验，实施陆地联调测试，测试各控制系统软件、硬件是否工作正常;验证三大模块配置的合理性、适应性及有效性;解决调试难度大的匹配环节;取得装船后很难测取的技术参数和数据;实现动力包在各种变工况状态下的良好运行;保障调试精度和系统可靠性，降低故障率;同时可大大减少船上调试时间和难度。
序号项 目检测方法
1发动机启动性能试验按出厂标准进行试验。
2发动机变负荷运行性能试验逐步调节发动机负荷，观察在发动机变负荷工况下供气系统及发动机运行状态并记录相关参数。
3系统运行安全措施检测参照《天然气燃料动力船舶规范》，对LNG燃料控制、监测和安全系统进行模拟试验：燃气浓度异常报警、通风失效报警、火灾报警、燃气压力过低报警试验等。
4发动机运行模式自动切换检测柴油模式和双燃料模式按发动机说明书要求自动切换。
表2. 检测中心主要检测项目
3.1.3银河动力包所使用的设备和模块按照中国船级社持证清单要求持证配套。同时，编制动力包试验大纲报CCS认可，并按此大纲进行试验检验，形成一套对LNG动力系统的检验流程和检验标准，为内河LNG动力船舶的检验规范做补充和完善。
3.1.4控制模块具有大数据存储、备份，参数修正功能，配合岸机实时数据监控，为实现整船智能化操作更进一步。
3.2建立培训基地
3.2.1LNG燃料动力船舶对船员的技能、素质、安全意识有更高的要求，动力包检测中心可作为LNG动力船舶船员培训基地。按主管机构的要求对船员进行LNG知识和安全培训;通过进行实船动力系统操作演练并模拟船上可能发生的报警，使船员了解、掌握系统操作方法及应急处理程序;提高船员对LNG使用过程的维护、保养能力。
3.2.2银河动力包陆地检测中心的建立及运行，为用户提供演示和技术交流的场所，使用户对动力包从静态展示到动态运行有一个系统性和真实感的整体认知和概念，建立起对新技术应用的信心和决心。
4结束语
LNG动力包应用模式对当前LNG燃料动力船舶建造和改造，具有显著的现实意义。作为一种技术创新规避了很多壁垒和屏障，使得新产品开发和应用更有保障;同时，作为一种供货模式创新免去了用户许多因各种各类的不确定性造成的时间、精力和利益损失，使得船东和船厂新造、改造船舶的积极性能得到充分调动，助推内河船用LNG技术应用的发展。
