摘 要

日益严峻的环境问题促使着人们的环保意识不断提高和制定的排放法规的日益严格，作为每年污染气体排放量约占总量9%的航运业将不得不持续减小其污染气体排放量并提高其环保性能，与此同时，作为船舶常用燃料的石油经近百年的开采后，其资源问题也日益突出，因而寻找船舶的替代燃料并研究相关发动机技术将成为航运业在未来的重点。LNG（液化天然气）因储量丰富，能量密度适中以及较好的环保性能和经济性能、燃烧过程与柴油相似等优点而成为替代燃料中的首要选择。本文主要通过研究：

1）船舶动力装置的选取准则和目前我国内河船舶的动力装置型式。

2）LNG的物化特性，主要包括LNG的物理特性（储藏量和体积比）和LNG的安全特性（燃烧特性和低温特性特性）等。

3）LNG作为船用燃料的技术解决方案和经济优势以及排放参数。

4）在不确定情况下，LNG在船上发生爆炸时的破坏范围和破化程度。

来探讨LNG作为船用燃料的可行性和安全性。本文的研究结果如下：

1）LNG在目前的技术水平上可以作为内河船舶动力装置的燃料，主要是通过混燃式双燃料发动机和定量引燃油式双燃料发动机来实现的。

2）尽管LNG可以作为船舶现有动力装置的燃料，但是无法发挥出LNG的绿色经济性能，只有设计出以纯气体发动机为主的全新动力装置才能兼顾LNG的经济性能和环保性能。

3）LNG安全特性最重要的是燃烧特性和泄露特性，在不确定情况下，LNG的燃爆概率较小但破坏范围极大。

关键词：LNG、船用燃料、泄露特性、绿色经济、双燃料发动机

Abstract

With the problem of environment pollution becomes more serious，People's awareness of environmental protection is increasing and the regulations of emissions are also be more serious。The shipping industry，Annual emissions of polluting gases account for about 9% of the total emissions of polluting gases，must continue to reduce emissions of polluting gases and improve the advantage of Environmental protection。As well as oil ，the usual fuel for ships，because of it has been mining nearly hundred years ，the problem of oil resources becomes more obvious。So the shipping industry will focus more attention on the finding alternative fuels for ships and researching the new engine for the alternative fuels。Because of the character of the abundant reserves、moderate energy density 、well environmental protection and economy，LNG（Liquefied Natural Gas）will be the best choice of all alternative fuels。This paper mainly discusses the feasibility and safety of LNG as marine fuel and concentrate on the following aspects：

1. To Search the selection criteria of ship power plant and the presented power type of inland vessels in our country。
2. To search the physicochemical properties of LNG include the physical properties of LNG (storage and volume ratio) and the safety characteristics of LNG (combustion characteristics and low temperature characteristics)。
3. To explore the the technical solutions, economic advantages and emission parameters when LNG is used as marine fuel.。
4. To analysis the extent of damage and the extent of fragmentation of LNG during an explosion on a ship under uncertainty. Analysis。

After studying, we come to the conclusion that.：

1. LNG can be used as fuel for the power plant of inland vessels at present technology level, mainly through the mixed combustion dual fuel engine and the quantitative ignition type dual fuel engine
2. Although LNG can be used to ship power plant fuel, but can not play the green economy performance of the LNG, only design the type of pure gas engine based new power device LNG in order to take into account the economic performance and environmental performance。
3. the probability of LNG explosion is small, but the damage range is great。

Key words: LNG、Marine fuel、Leakage characteristics 、Green economy、Dual fuel engine

目 次

第1章 综述 1

1.1项目背景与研究意义 1

1.2国内外研究现状 3

1.2.1 国内外研究理论基础 3

1.2.2国内外研究应用现状 5

1.2.3 小结 7

1.3 本文研究内容 8

第2章 目前船用动力装置及LNG物化特性 10

2.1 船舶动力装置的选取标准及设计准则 10

2.2目前船舶常用的动力装置 11

2.3船用动力装置小结 13

2.4 LNG的物化特性 13

2.4.1 LNG的物理特性 13

2.4.2 LNG的安全特性 14

2.4.3 LNG物化特性小结 19

2.5 小结 19

第3章 LNG作为船用燃料的技术可行性 20

3.1 双燃料发动机 20

3.1.1缸外进气双燃料发动机 20

3.1.2 缸内进气双燃料发动机 28

3.1.3 双燃料发动机小结 33

3.2 纯天然气发动机 33

3.3 小结 35

第4章 LNG作为船用燃料的经济与政策可行性 36

4.1 混燃式双燃料发动机的经济性 36

4.2 双燃料发动机的经济性 37

4.3 纯天然气发动机的经济性 38

4.4 推广与持续可行性分析 39

4.5 小结 40

第5章 LNG作为船用燃料的安全性 41

5.1 LNG储藏过程中的安全性分析 41

5.2 LNG加注过程的安全性分析 42

5.3小结 44

第6章 总结和展望 45

参考文献 46

致 谢 47

第1章 综述

日益严峻的环境污染问题，日益严格的船舶排放法规，日益上涨的高昂油价都将推动着发动机展开新的一轮技术变革。而在这一轮新的技术变革中，船舶新能源技术将是我国实现“气化长江”战略的重中之重。

1.1项目背景与研究意义

水路运输是以船舶为主要交通工具，以水域（海洋、内河等）为运输范围，以港口、海岸等为运输站点的一种运输方式。水路运输在国民经济中占据着至关重要的地位，据相关数据表明：仅2015年，我国货物水路运输量就高达61.4亿吨，全国港口货物吞吐量约127.5万亿吨。全国港口标准集装箱吞吐量约为2.12亿。水路运输按运输范围又划分为海洋运输（沿海运输、近海运输及远洋运输）和内河运输两大类。由于我国拥有5800多条的大小天然河流，可通行机动船只的航道高达7万多公里，因而我国水路运输中的内河运输体系十分发达，仅2015年内河运输货运量就高达34.59亿吨，年末内河运输船舶数量约为15.25万艘（其中长江水系船舶量约14万艘），规模如此庞大的船舶数量为我国经济带来腾飞的同时也引发了巨大的环境保护问题，根据中国环境科学研究院《船舶和港口空气污染防治研究项目》（2013年）研究显示；内河船舶每年都向大气中排入数量十分巨大的污染物，严重污染环境；在仅估算柴油机船舶的情况下，上述污染物中的NO_X的排放量约为81万吨/年，PM（颗粒物）的排放量约为6.6万吨/年， SOx的排放量约10万吨/年。被船舶排放的污染物影响最大的是港口城市，其次在是江河沿岸城市，而这些城市往往又是我国经济较为发达、人口数量集中的大都市，过量的污染物在影响经济发展的同时也严重影响了上述城市居民的健康。据上海于2012关于船舶污染排放对城市影响的研究结果表明，船舶排放产生的二氧化硫(SO₂)、氮氧化物(NOx)和细颗粒物(PM2.5)的数量分别占到上海市相关排放物总量的12.4%、11.6%以及5.6%。