LNG燃料动力试点船舶关键设备技术要求.docx

1、LNG燃料动力试点船舶关键设备技术要求LNG燃料动力试点船舶关键设备技术要求 一、 气体燃料发动机技术要求二、 船用液化天然气储罐审图原则三、 发动机电控单元（ECU）技术要求四、 热交换器技术要求一、气体燃料发动机技术要求1 一般规定1.1 气体燃料发动机的设计、制造、安装和试验要求除应满足钢质海船入级规范第3篇第9章的适用规定外还应满足本章和第5章的有关规定，并应取得船用产品证书。1.2 ECU及其传感器等相关系统应满足钢质海船入级规范第3篇第9章附录2的有关规定。1.3 应对所有可能影响发动机燃烧过程的故障进行故障模式与影响分析（FMEA），并提交分析报告；根据分析报告结果确定对发动机的

2、监控。1.4 气体燃料发动机的结构、系统应设计成在所有位置避免造成燃气爆炸或允许不会造成有害影响的爆炸以及将其影响释放到安全处所而且爆炸事件不会影响机器的正常运转，除非其他安全措施允许关闭受影响的机器。1.5 气体燃料发动机上的供气管系的设计布置应满足CCS气体燃料动力船检验指南2.5和2.6 对管系的相关要求。1.6 当燃料通过混合器与空气混合后进入汽缸，位于汽缸前的燃气进气总管上应安装防爆安全阀或其它防爆设施，除非有资料表明该系统的强度足以承受最恶劣情况下的爆炸。燃气进气总管上应安装火焰消除器。1.7 排气管应配有防爆安全阀或其它防爆措施，安全阀的尺寸足以预防当气缸发生点火故障时而产生剩余

3、未燃烧气体在排气管中引起的爆炸。除非有资料表明该系统的强度足以承受最恶劣情况下的爆炸。1.8 气体燃料发动机应安装具有足够释放面积的曲轴箱安全阀。气缸直径等于或大于250mm的柴油机每一曲柄至少应装一个安全阀。每台柴油机曲轴箱上所设安全阀的总流通面积按曲轴箱总容积计算，每1m3曲轴箱容积应不小于115cm2，且每个安全阀的流通面积应不小于45cm2。1.9 曲轴箱应设有单独的透气系统，保证泄漏的气体排至机舱外的开敞区域，透气口应安装火焰消除器。1.10 气体燃料发动机的排气管不应与其他发动机或燃烧器的排气管相连。1.11 应通过监测废气或燃烧室温度对气体混合物的燃烧进行监测。2 双燃料发动机的

4、功能要求2.1 起动、正常停车、低功率运行和无负荷怠速运行时应仅使用燃油燃料。2.2 如果气体燃料供应关闭，发动机应能仅使用燃油持续运转。2.3 气体燃料操作的转换（由燃油操作转换为气体燃料操作和由气体燃料操作转换为燃油操作），应仅在一定的功率范围下可实现，在此功率级下，实现此转换的可靠性可以通过试验进行证明。气体燃料操作转换的准备工作，包括对此转换的所有必要条件的检查工作完毕后，转换过程自身应可自动进行。功率减小时应自动转换为燃油操作。以上过程可以通过手动来中断。2.4 正常停车及紧急停车时，气体燃料的供应切断应提前于燃油供应的切断或二者同时进行。气体燃料的切断不应依赖于燃油的切断。2.5

5、气缸内燃气空气混合气应通过喷射燃油压燃的方式引燃。喷向各汽缸的调节油量应足以确保混合气能进行强制点火。没有提前或同时关闭各气缸或发动机整机的气体燃料供应，不应停止供应调节油。3 单一气体燃料发动机的功能要求3.1 起动程序应为：当发动机启动时，点火系统应保持停止点火状态，且进入发动机的气体燃料供应装置应保持关闭，当发动机达到最低点火转速时，应在点火系统开始点火后，方可开启进入发动机的气体燃料供应装置。3.2 在进入发动机的气体燃料供应装置开启一定时间后，发动机尚未启动成功，气体燃料供应自动关闭，且起动程序应终止。3.3 在正常和应急停车时，气体燃料供应的切断不应迟于点火切断。在未事先或同时关闭

6、每一气缸或整台发动机的供气以前，不能切断点火。3.4 对于恒速发动机，关闭顺序应为发动机供气阀在怠速时关闭，点火系统保持开启直至发动机停下来。二、 船用液化天然气储罐审图原则第1节 一般规定1.1 适用范围1.1.1 本审图原则适用于内河船用液化天然气（LNG）储罐（含燃料储罐和加气趸船LNG储罐）产品的审图。1.1.2 本审图原则关于管路和阀件的相关要求适用于附连于储罐的管路接头及阀件。储罐外的加气管路及燃料管路应满足内河散装运输液化气体船舶构造与设备规范（2008）和气体燃料动力船检验指南（2011）的相关要求。1.1.3 船用LNG储罐除满足本指南要求外，还应满足相关法规和公认压力容器标

7、准的要求。1.2 审图依据1.2.1 船用LNG储罐的审图与检验除应依据本审图原则外，还应参照如下适用标准的特定要求：（1）中国船级社材料与焊接规范及其修改通报；（2）中国船级社内河散装运输液化气体船舶构造与设备规范（2008）；（3）中国船级社气体燃料动力船检验指南（2011）；（4）中国船级社钢质内河船舶建造规范及其修改通报；（5）GB150.1GB150.4-2011压力容器；（6）GB/T18443真空绝热深冷设备性能试验方法；（7）JB/T 4731 钢制卧式容器；（8）JB 4732钢制压力容器-分析设计标准；（9）JB/T 4784低温液体罐式集装箱；（10）GB/T18442低

8、温绝热压力容器；（11）TSG R0005-2011移动式压力容器安全监察规程；（12）ASME XII运输罐的建造和连续使用规则；（13）BS EN 13530-1-2002低温容器、可运输真空隔热容器的功能要求 ；（14）国际海运危险货物规则（IMDG Code）。1.3 图纸和资料1.3.1 对于LNG储罐（含燃料储罐和加气趸船LNG储罐），应将下列图纸资料一式3份提交船舶检验机构，以供审查：（1）储罐图，包括焊缝的无损检测、强度和罐体密性试验的资料；（2）储气罐罐体支撑附件结构图；（3）储气罐支撑附件与船体间连接的详细结构图；（4）储气罐材料及焊接工艺评定；（5）储气罐设计载荷和有限元

9、结构分析技术文件；（6）储气罐管路系统说明书，包括安全释放阀透气管路、液位及压力监控和报警系统等。1.3.2 应提交储罐装卸等安全操作的程序(包括紧急切断阀的安全控制、液位容积对照表、维持时间和航期限制、充装地点、吊装要求、运输时的系固和绑扎要求、储罐故障应急处理、人员急救及培训、初次充装的预冷要求等 )技术文件一式3份以供审查。1.3.3 除按本审图原则的有关要求提交图纸资料外，还应提交船舶检验机构认为必要的其他图纸和资料以供审查。第2节 技术要求2.1一般要求2.1.1对于燃料储罐，其罐体的设计应按公认的压力容器标准进行（如：GB150、JB 4732、ASME、EN13530 等）。罐体

10、的设计应充分考虑动载荷对整体结构、局部加强结构、内外罐体连接件及罐体附件的影响。2.1.2在按2.1.1所述容器标准进行罐体设计时，还应考虑下述工况运动惯性力：（1）运动方向：最大额定质量乘以2倍的重力加速度（2Rg，R最大额定质量；g取9.81m/s2）；（2）同运动方向成直角的水平方向：最大额定质量乘以重力加速度（Rg），当不能确定运动方向，则为最大额定质量乘以2倍的重力加速度（2Rg）；（3）垂直向上：最大额定质量乘以重力加速度（Rg）；（4）垂直向下：最大额定质量（总载荷包括重力作用）乘以2倍的重力加速度（2Rg）。2.1.3罐体设计时，应考虑2.1.2条中惯性力下液货产生的附加压力。

11、2.1.4燃料储罐（包括支撑附件）应作为整体模型进行结构强度评估，在考虑自重、设计内外压力以及2.1.2所要求惯性力的情况下，应力分析计算结果应满足下述要求：（1）罐体部分应依据公认的压力容器标准进行校核（采用GB150进行设计时，应依据JB4732进行校核；采用ASME或EN13530设计时，应分别依据ASME或EN13530的相关规定进行校核）。（2）罐体支撑附件的Von Mises合成应力应不大于下式计算之值：式中：系罐座材料的屈服强度；对于屈服点不明确的金属材料，取0.2规定非比例伸长对应的应力作为屈服强度指标。2.1.5 与燃料储罐支撑附件相连的船体结构应满足钢质内河船舶建造规范及其

12、修改通报相关章节的要求。2.1.6对于燃料储罐，其支撑附件与船体结构间可采用螺栓连接。对于加气趸船LNG储罐，其支撑附件与船体结构应符合内河散装运输液化气体船舶构造与设备规范（2008）第4章4.5对于支持构件的要求。2.1.7对于加气趸船LNG储罐，除应符合上述2.1.12.1.6条要求外，其罐体部分还应符合内河散装运输液化气体船舶构造与设备规范（2008）第4章4.4中对C型独立液货舱最大许用薄膜应力的要求。2.1.8燃料储罐和加气趸船LNG储罐的承压部件厚度计算用焊接系数应按照1.2中相关压力容器标准执行。 2.1.9暂不受理采用应变强化工艺生产的产品。2.2 结构构造和材料2.2.1卧

13、式LNG储罐（含燃料储罐和加气趸船LNG储罐）的支撑附件一般采用双鞍座形式；如采用三个及以上鞍座时，应进行特别考虑。2.2.2内部防波板设置，对于气体发动机配套小型燃料储罐（容积不大于25m3），每个防波段容积一般不大于7.5m3；对于大型LNG罐（含燃料储罐和加气趸船LNG储罐），防波板间距不大于4m。2.2.3 材料、无损探伤、热处理等应符合CCS材料与焊接规范及其修改通报、GB/T18442低温绝热压力容器以及我社接受标准的相关要求。2.2.4不锈钢材料应考虑厚度负偏差，可不考虑腐蚀余量。2.3充满率2.3.1额定充满率不大于90%。任何情况下的最大充满率应不大于95%，并应在该充满率对

14、应的最高液面位置设置溢流口，以防止充满率超标。工厂应提交相应产品的液位对照表。2.4储罐管路系统2.4.1应对附连于储罐的阀件与管路接头进行有效防护。2.4.2超压泄放装置的计算公式选取与安全阀设定的起跳压力应按JB/T 4784低温液体罐式集装箱附录A公式计算。2.4.3 紧急切断阀、截止阀等低温阀件应持有船用产品证书，并应在装配后进行效用试验，具体控制要求应列入到该产品的操作说明书中。2.4.4 LNG储罐（含燃料储罐和加气趸船LNG储罐）附属设备的设置应符合下列要求：a) 应设置就地指示的液位计、压力表，并远程监控；b) 储罐应设置液位上、下限及压力上限报警，并远程监控；c）储罐的液相管

15、、气相管接口处应分别装设一套紧急切断装置，并且其设置应当尽可能靠近罐体；d）储罐应设置全启封闭式安全阀，且不应少于2个（1用1备），安全阀的设置应符合内河散装运输液化气体船舶构造与设备规范第8章的要求。e）安全阀与储罐之间应设切断阀，切断阀在正常操作时应处于铅封开启状态；f）与储罐气相空间相连的管道上应设置人工放散阀。g）储罐应装设具有自动和手动开启功能的快速泄放装置，以确保在紧急情况下储罐内液化气体的快速有效泄放。2.4.5除上述2.4.12.4.4的要求外，LNG储罐（含燃料储罐和加气趸船LNG储罐）辅助设备（包括充罐、卸货、通风、安全、冷却等）的设置，还应不低于IMDG Code的相关要

16、求。2.5试验项目及技术验收标准2.5.1应对LNG储罐（含燃料储罐和加气趸船LNG储罐）的低温性能（封结真空度、夹层真空度、漏率、漏放气速率、静态蒸发率等）进行测试，试验要求应符合GB/T 18443真空绝热深冷设备性能试验方法的相关要求。2.5.2 LNG储罐（含燃料储罐和加气趸船LNG储罐）应按适用标准的相关要求进行压力试验。液压试验的压力应不小于1.3倍设计压力，气压试验的压力应不小于1.15倍设计压力。三、 发动机电控单元（ECU）技术要求1 一般规定1.1 适用范围1.1.1 本技术要求供柴油机电子控制系统的设计、制造、检验和应用时参考使用。1.1.2 由于柴油机电控系统技术不断进

17、步，智能型柴油机不断发展，因此，本技术要求不限制这种新技术的进展和开发。1.1.3 柴油机采用单项电子控制系统，可参照本技术要求的适用部分。1.2 一般要求1.2.1 电控柴油机应不低于非电控柴油机的安全要求与功能。1.2.2 在柴油机运行条件下，电控系统应能安全、可靠地操作使用。1.2.3 在柴油机装配好后，应对控制参数进行正确设定并验证。1.2.4 应注意电控系统的电磁兼容性。1.2.5 系统中的高压燃油管系和部件，均应设有防泄漏装置和泄漏报警设施。1.2.6 产品说明书上应标明电控系统的工作保证期和寿命，以及电控系统的详细维修说明。1.3 定义1.3.1 本技术要求所用定义如下：（1）

18、柴油机电控系统：根据所控对象、方法和参数的不同，柴油机的电子控制系统有各种方案和形式，最主要的是电子控制燃油系统。它控制喷油压力、喷油正时、喷油量及喷油模式等参数。能灵活调节柴油机各系统参数的电子控制系统，简称柴油机电控系统。柴油机电子控制系统是由传感器、电子控制器（ECU）及执行机构组成；（2） 传感器：系指检测环境、柴油机工况及各种运行参数的器件。主要有曲轴转速传感器、压力传感器、温度传感器、湿度传感器、气体成分传感器、上止点位置传感器、流量传感器及振动传感器等，根据各类柴油机电控系统的需要选用；（3） 电子控制器（ECU）：对各种来自传感器的信息进行处理，并将结果输出，驱动执行机构动作。

19、电子控制器主要由微电脑、接口电路、驱动电路及必要的软件组成；（4） 执行机构：接受来自电子控制器（ECU）的控制指令，使驱动系统实现对柴油机各相关部件的操作。执行机构主要由电磁阀、步进电机、电液装置及管路等组成。执行机构的驱动动力分电力和液力两种。电力驱动由步进电机操作，一般用在驱动力不大和实时性要求不太严格的场合，如电子调速器、小型涡轮增压器可变喷嘴的控制、冷却及润滑系统可调阀门的控制等。液力驱动由电磁阀控制的液压力进行操作，如用在取消凸轮轴以传输动力的喷油系统、进排气系统等；（5） 电控柴油机：系指具有电子控制系统的柴油机，即是指通过电子控制器等控制装置，灵活调节各系统参数，进一步提高各系

20、统与柴油机匹配的灵活性及适应能力，实现最佳化运行，使性能得到优化的柴油机；（6） 非电控柴油机：系指没有采用电子控制的柴油机；（7） 共轨（Common Rail）系统（又称共管系统）：其主要结构特点是柴油机的各缸的燃油喷射都由一个蓄压容器（或一压力油管）提供，使柴油机各缸燃油喷射均匀，并能通过电控系统调节燃油喷射压力、喷射正时和喷射模式等。共轨中的介质有燃油及润滑油两类；共轨系统按压力高低区分有中压及高压两类。凡共轨中的燃油压力已达喷油压力的，称高压共轨系统；凡共轨中的燃油压力较低尚需通过增压泵才能达到喷油压力的，称中压共轨系统。有的柴油机中也兼有高压共轨及中压共轨，高压喷油，中压排气；（8

21、） 智能型柴油机：一般系指对燃油喷油系统、进排气系统、油水冷却、气缸润滑、废气涡轮增压、振动平衡等各个系统实行综合电子化控制，使系统参数全面优化，降低能耗、减少环境污染（低有害排放、低噪声、低振动），并能自动监控自身运行状况及故障，提高安全可靠性的柴油机。2 设计与安装2.1 柴油机电控系统主要功能2.1.1 柴油机电控系统一般应包含下列主要功能：（1） 柴油机的起动、停车控制；（2） 稳定调速，自动调整柴油机各系统参数，实现不同工作状态下优化可靠运行；（3） 当柴油机超速时，电控系统应具有自动保护功能；（4） 具有检测柴油机的润滑油压力、冷却水温度、排气温度等参数的功能，在参数超限时，能自动

22、报警或保护；（5） 能自动记录柴油机一定数量的最新运行数据，对运行过程的异常状态进行存储；（6） 能够实现柴油机控制数据的设定，运行参数的监测；（7） 故障自检功能；（8） 故障安全保护功能；（9） 电源接口应有电源电压极性接反保护措施。2.2 设计2.2.1 电控系统应具有故障自诊断和安全保护功能，当出现故障时，系统应立即进行故障诊断，启动相应的安全保护功能，以维持柴油机工作。2.2.2 电控系统中的传感器和电子控制器等因功能故障影响柴油机正常运转的部件应具有双重系统。两个系统的类型与功能完全相同，当其中之一出现故障时，另一套系统能自动替换前一套继续工作，以维持柴油机正常运转，并同时发出相关

23、报警。2.2.3 每一个气缸有关联的功能控制应是独立的，即使某一个气缸的功能失效，柴油机仍可降低负荷运转。2.2.4 应设有机旁控制与集控室或驾驶室的控制系统。2.2.5 电控系统的监测功能应能对系统的传感器、电子控制器（ECU）及执行机构的主要功能故障进行报警。2.2.6 电控系统能监视柴油机工作情况，自动调整柴油机各系统参数，并对系统及部件故障能自动检测和报警。2.2.7 电控系统及各零部件的设计、型式认可试验，以及软件设计，应参照本规范第7 篇和CCS电气电子设备型式认可试验指南的有关适用规定。2.2.8 调速特性应符合本章的相应规定。2.2.9 电控系统的零部件在功能特性和结构尺寸上应

24、具有可换性，在结构上应能快速拆卸、更换和安装。2.2.10 对于易腐蚀损坏的材料，应采用表面防护措施。不同金属材料的直接接触，一般应采取防电解腐蚀措施。2.2.11 电控系统应设有检查端口，使检测和维修方便。2.3 安装2.3.1 电控系统各部件的安装，应满足其在柴油机上的安装位置、界面尺寸、接头、屏蔽、抗温和抗振等要求，各部件要便于在柴油机上安装固定；所有电子电路接线应牢固可靠，以防止在机器运转时松脱。2.3.2 装带有减振器的电控系统部件时，其周围应留有足够的空隙，以避免与相邻的部件或结构发生碰撞。3 检验与试验3.1 型式试验3.1.1 电控系统主要部件，应进行型式试验。3.1.2 电控

25、系统型式试验也可与柴油机型式试验同时进行。3.1.3 电控柴油机型式试验目的，是确认电控系统在接入柴油机后的正常功能。在试验前，已确认对电控系统中的管路、电气线路、传感器及执行机构等部件进行功能验证，并确认电控系统软件已按各自的下载说明安装到各模块中。3.1.4 试验范围：（1） 涉及柴油机安全运行的相关功能；（2） 只能与柴油机一起试验的功能；（3） 控制系统软件的功能验证。3.1.5 功能试验：（1） 柴油机遥控起动：从遥控系统正车起动柴油机，确认柴油机正车起动，并在预调转速控制下运行；（2） 柴油机遥控换向：从遥控系统倒车起动柴油机，确认柴油机倒车起动，并在预调转速控制下运行；（3） 柴

26、油机机旁起动：从机旁控制台正车起动柴油机，确认柴油机正车起动，并在预调转速控制下运行；（4） 柴油机机旁换向：从机旁控制台倒车起动柴油机，确认柴油机倒车起动，并在预调转速控制下运行；（5） 安全停车试验：按应急停车按钮，确认燃油切断，柴油机安全停车；（6） 电控系统完全失电后内存参数的恢复：电控系统断电，确认重新供电后，所有内存参数恢复到最后状态，柴油机准备好重新起动；（7） 调速与超速保护；（8） 其他适用的项目。3.1.6 故障试验：（1） 传感器故障：断开相关传感器，确认系统相关故障报警，柴油机保持部分或全部负荷运行；（2） 控制模块故障：人为产生控制模块故障，确认控制模块故障报警，柴油

27、机仍能维持运行；（3） 控制模块电源故障：人为产生控制模块的电源系统故障，确认系统电源故障报警，柴油机仍能维持运行；（4） 执行模块故障：人为产生执行模块故障，确认执行模块故障报警，柴油机仍能维持运行；（5） 总线报警（适用时）；（6） 其他适用的报警故障试验。3.1.7 降速试验：（1） 被关闭一缸缓慢下降：一缸被关闭，确认柴油机降速运行（适用时）；（2） 动力准备故障（适用时）；（3） 其他适用的系统降速试验。3.1.8 停车试验：（1） 柴油机超速停车（模拟）：柴油机超速设定值可降低到柴油机额定转速以下，应确认柴油机在该超速设定值时立即停车；（2） 曲轴转角上死点信号偏差（超差）停车：上

28、死点信号偏差超过标准值，确认柴油机立即停车；（3） 曲轴转角信号传感器故障：曲轴转角信号传感器故障，确认柴油机立即停车；（4） 其他适用的系统停车试验。3.1.9 应急运行（1） 任意停止一缸供油：停止一缸供油，确认柴油机降速运行，排气阀仍旧运行（适用时）；（2） 其他适用的应急情况。3.2 出厂台架试验3.2.1 出厂检验项目及检验要求与非电控柴油机相同。3.2.2 在柴油机出厂台架试验中进行电控系统试验。在试验前，已确认对电控系统中的管路、电气线路、传感器及执行机构等部件进行功能验证。3.2.3 试验范围：（1） 涉及柴油机安全运行的相关功能；（2） 只能与柴油机一起试验的功能；（3） 控

29、制系统软件职能的功能验证，在型式认可试验中已经确认。3.2.4 功能试验：（1） 软件证明；（2） 柴油机遥控起动；（3） 柴油机遥控换向；（4） 柴油机机旁起动；（5） 柴油机机旁换向；（6） 安全停车试验；（7） 电控系统完全失电后内存参数的恢复；（8） 无烟模式（适用时）；（9） 其他适用的项目。3.2.5 故障试验（1） 控制模块故障；（2） 控制模块电源故障；（3） 其他适用的报警故障试验。3.2.6 停车试验（1） 柴油机超速停车（模拟）；（2） 曲轴转角上死点信号偏差（超差）停车；（3） 其他适用的系统停车试验。3.2.7 应急运行（1） 任意停止一缸供油；（2） 其他适用的应急

30、情况。3.3 系泊与航行试验3.3.1 系泊与航行试验大纲，应包括柴油机电控系统的特殊试验要求。3.3.2 系泊试验前，确认对柴油机控制系统与遥控系统中的电控系统部分项目已进行检查。3.3.3 系泊试验中，与电控系统部分有关项目如下：（1） 报警降速停车试验；（2） 柴油机功能试验；（3） 柴油机遥控系统功能检查；（4） 柴油机车钟系统试验；（5） 柴油机运行试验。3.3.4 航行试验中，与电控系统部分有关项目如下：（1） 柴油机功能试验；（2） 柴油机特性试验；（3） 在驾驶室进行柴油机操作试验；（4） 柴油机运行试验。四、热交换器技术要求LNG燃料动力试点船舶采用的热交换器应满足船用换热器、锅炉等相关要求，或GB/T 18816的要求，并应考虑材料的适用性。