船用燃料供气系统的功能是将船上存储的液化天然气通过气化、加热、加压，并定时定量地提供给船舶主机或其它用气设备。LNG供气系统由几个模组构成，主要包括：LNG存储及监控系统、LNG加注站、LNG气化/加热系统、加热循环系统、LNG加注及供气管路、控制系统和安全系统。
1.LNG的存储及监控系统
对于小型LNG动力船，其LNG燃料的存储一般采用C型储罐的方式，而对于大型LNG运输船，其LNG的存储的液货舱型式有很多，一般分为：独立液货舱(A型、B型、C型)、薄膜型液货舱、半薄膜型液货舱、整体液货舱、内部绝热型液货舱。
1.1 液货船的燃料舱
独立性液货舱是完全由自身支撑的液货舱，它不需要参与分担船体强度，不构成船体结构的一部分，根据其设计压力和外形结构可分为A型、B型和C型。
(1) A型独立液货舱主要为方形设计，需要配有完整的次屏壁，最大设计压力一般不超过0.07MPa，工作温度在-55℃以下。A型舱原本只适用于LPG船，之后招商局的一条A-BOX型LNG船将A型舱的绝缘从液货舱外侧转移到船体内侧，同时升级了母材，因此也可以装载LNG。
(2) B型独立液货舱包括MOSS球形和SPB棱形两种结构，相对于A型舱，B型液货舱的围护系统会经过更为精准的应力分析校核，因此仅需要配备部分次屏壁,其设计压力一般也不超过0.07MPa。B型独立液货舱的特点是液舱形状不受约束，蓄压时间短。
(3) C型独立液货舱按照压力容器的要求进行设计和生产，包括单C、双C和三C型，需要马鞍式底座的支撑，不需要次屏壁，通常设计压力不大于2.16MPa。C型舱也可叫C型储罐，可分为双层真空绝热罐和外包绝热层的单壁压力储罐。 双层真空绝热罐的特点是：①绝热性能好；②蓄压时间长；③容积不宜过大；④制造费用较高。 而单壁压力储罐的特点是：①绝热性能取决于绝热层的厚度；②蓄压时间取决于储罐的设计压力和工作压力。
薄膜型液货舱属非自身支持的液货舱，薄膜作为主屏壁不能独立承受货物重量，需要船体结构对其予以支持。半薄膜型液货舱的主屏壁也是一个薄层组成，一般采用殷瓦钢材料，但比薄膜型的厚一些，该液货舱空载时为自持型，而装载后则变为非自持型，是介于薄膜型液货舱和A型舱之间的一种液舱型式。整体式液货舱是构成船体结构的一部分，承受与船体结构相同的载荷应力，适装温度大于-10℃的货物。内部绝热型液货舱与整体液货舱类似，但其绝热层内表面与货物直接接触，属非自身支持型，省去了独立液货舱的各种要求，采用绝热材料固定与船体内壳板上对货物予以围护和绝热。
1.2 燃料舱的监控系统
燃料舱应设置合理的仪表设备，能够远程或就地对其重要参数进行读取及监测，以确保对整个气体燃料系统的安全管理。一般在船舶主控制站及驾驶室监控报警板对燃料舱的压力、温度、液位进行监测，监控的项目在IGF和IGC规则上有明确要求。
对于船上安装的非固定式燃料舱，也应按固定式燃料舱的要求配备1套监测系统，以保证船舶营运的安全。
1.3 储罐在船上的布置
LNG储罐在船上的布置分为两种形式，分别是位于开敞甲板上和位于围蔽处所内。
(1) 开敞甲板上布置储罐的方式，适用于主甲板上有合适的空间可以对储罐进行布置的船舶，如油船、化学品船、散货船等。其要求是储罐距离船舷不少于800mm，储罐的布置应能确保自然通风，防止逸出的气体聚积，储罐的布置应能保证船舶发生碰撞或搁浅时不至于对储罐造成损坏，对于与储罐相连的管路接口处存在液体泄漏的地方应安装承滴盘。
(2) 围蔽处所内布置储罐的方式，适用于主甲板上没有合适的空间可以对储罐进行布置的船舶，此时储罐可布置在独立舱室内，如集装箱船、拖轮等。其要求是储罐及燃料管路距离舷侧不少于800mm，储罐及相关管路可设置在次屏壁处所内，与储罐相连的管路、阀门及设备科安装在一个密闭箱体内，储罐处所应进行通风处理，并设置固定式灭火装置，以及可燃气体和火灾探测装置。
2.LNG加注站
LNG加注站用于向LNG储罐内充装燃料，带充装接口和回气功能，一般位于舷侧的露天甲板上，保证有足够的自然通风，若设置到围蔽或半围蔽处所，应进行风险评估，且需经船级社同意。加注接头和管路的布置，应使得燃料管路受到任何损坏都不会造成船舶燃料围护系统损坏，导致气体的不受控排放。
LNG加注站的充装管路靠近通岸接头处应串联安装1个手动截止阀和1个遥控切断阀，或1个手动操作和遥控的组合阀。在加注接头和任何可能泄漏的位置下方应安装承滴盘，带有泄放阀，可通过管路排出舷外。加注站还包括带绝热层的液体充装管线和蒸气回气管线，充装接头需设有放飞溅装置和干式拉断阀，或自封式快速释放装置，以及应急切断阀，此外，还需设置必要的压力及温度显示仪器仪表，以及氮气吹扫扣和气体采样口。若设有承受燃料舱压力或承受燃料泵或蒸气压缩机排放压力的软管，应按其爆破压力进行设计，次压力应不小于燃料加注期间软管可能承受的最大压力的5倍。
LNG的加注方式一般包括以下四种：①槽车加注；②岸基加注；③LNG趸船加注；④船靠船加注。此外，在加注过程中，还应设有防止LNG泄漏到周围船体或甲板上，使其遭受低温损伤的措施，如水幕、防护罩等。
3.LNG气化/加热系统
LNG气化/加热系统的作用是将液态天然气通过热交换的方式将其气化，并加热到发动机允许使用的温度。气化器和加热器比较典型的是采用容器式热交换器，外壳采用耐低温的不锈钢材料，内管采用不锈钢螺旋盘管结构，可避免产生气阻。气化加热器可与燃气缓冲罐、PBU增压蒸发器或增压泵、必要的安全阀和低温截止阀，以及压力表和温度表集成到一个气密冷箱内，形成气化加热器撬块，该冷箱需装有有效的抽吸式机械通风系统，具备每小时至少换气30次的通风能力。当发动机处于燃气模式时，通风系统应持续运转。
根据船舶的布置，也可将气化加热系统集成到燃料罐的气罐连接处所，这样会省去单独放置气化加热器撬块的空间，便于船厂施工，气罐连接处所在船上安装完毕后，应进行不低于0.02MPa的气密试验。
4.加热循环系统
LNG加热循环系统是负责向气化加热系统或压缩机单元提供热源的加热循环系统，比较主流的是采用水和乙二醇的混合溶液作为加热循环介质，该介质冰点可达-30℃，可有效防止LNG气化器换热管表面出现结冰现象，提高换热效率，乙二醇管路可采用氮气增压的方式，防止燃气进入到加热系统。该系统主要有乙二醇泵、热交换器、必要的阀门和仪器仪表等组成，也可附带一套电加热器，用于特定情况下对介质进行加热。
对气化加热器进行加热后的水乙二醇溶液，可通过发动机冷却水或船上的蒸气对其进行再加热，这样就形成了一套完整的加热循环系统。该系统也可集成到一个撬块上，便于运输和船上的安装布置，节省空间。
5.LNG加注及供气管路
LNG加注管路为加注站到储罐之间的低温管路，可采用双层真空绝热管或外包绝热层的单壁管路。管路的设计除满足常规强度、温度等的要求外，还应进行低温应力分析，高压供气系统的管路还需要考虑振动和疲劳等应力影响。
LNG供气管路为冷箱后到发动机之前的气体管路，需采用不锈钢双壁管结构，内管为燃气供气管，外管为通风导管，发动机处于气体燃料模式运行时，外管需进行有效的负压式机械通风。
6.安全系统
船用燃料供气系统的安全系统主要包括三个部分，分别是：惰性气体系统、可燃气体探测装置、透气系统。
(1) 惰性气体系统
惰性气体系统是向装有危险品舱室、容器或管路输送惰性气体，降低这些处所的环境大气含氧量，从而营造一个不可燃环境条件的系统。LNG船主要采用的是氮气系统，其功能是对LNG储罐及管系进行惰化以及在充装结束后对管线进行吹扫。存放氮气发生器及氮气储罐的舱室，应设置1个独立的机械抽吸式通风系统，每小时换气次数不少于6次，且应设置1个低氧报警装置。氮气管路应仅通过通风良好的处所，围蔽处所内的氮气管路应为全焊接连接，仅具有安装阀所必需的最少法兰接头，且要尽可能的短。
(2) 可燃气体探测装置
对于含有液态或气态天然气管路的处所应设置可燃气体探测装置，每个处所内气体探测装置的数量应考虑该处所的大小、布置和通风情况等。对于可燃气体浓度达到爆炸下限的20%时，应触发声光报警，两个探测器探测可燃气体浓度达到爆炸下限的40%时，应触发安全系统。对于机舱内气体管路环围的通风导管，报警极限可设定在30%，两个探测器探测到可燃气体浓度达到60%时，应触发安全系统，此时燃气主阀应能自动关闭，且该燃气主阀不但可以就地操作，还能够在驾驶室、监视室、主甲板上加注站控制台等区域遥控关闭。船上可燃气体探测装置应同时包括固定式气体探测器和便携式气体探测器。
(3) 透气系统
储存气体的燃料罐舱室和穿过船上围蔽处所的气体管路双壁管外管，应设有有效的负压式机械通风系统，通风能力应满足每小时至少换气30次，通风系统不应存在死角。风机数量和功率应能确保当独立线路供电的一台风机或共用线路供电的一组风机停止运转时，通风能力的降低不会超过总通风能力的50%。
7.控制系统
LNG燃气供应电控系统用于实现LNG供气系统的控制、报警和安全保护功能，包括对供气系统各部分压力、温度、液位显示的监测和报警，对各个功能单元的自动、手动控制，以及紧急切断等安全保护功能。控制系统主要包括以下几个部分：
(1) 主控制箱：主控制箱是电控系统的核心部分，它与各执行元件及各单元(加热循环单元、通风单元、控制空气单元、可燃气体探测单元、火灾探测单元、应急泵单元等)之间进行通讯，实现远程监控、报警，同时对各执行元件单元下达指令，以此来实现远程控制。
(2) 控制空气单元：电磁阀通过控制空气来实现对执行机构的控制，从而实现各个操作动作的执行。
(3) 驾驶室和充装站延伸报警板：在驾驶室和充装站显示必要的参数，并在危险情况下可紧急切断ESD阀。
(4) 加热循环单元：此单元包括循环泵、热交换器及电加热器，控制系统可以通过主控制箱在远程来控制每个泵和电加热器的运行及停止，并监控其状态。
(5) 通风单元：通风单元的风机彼此独立供电，可以通过触摸屏控制和监控每台风机的运行、停止及其状态。
(6) 应急泵单元：全船出现失电情况下，将由备用220V直流电源进行供电，来实现加热循环系统能够持续工作，避免出现低温结冰情况。此单元在主电源失电情况下开始工作，其运行状态可以在主控制箱中监测。
关于LNG燃料供气系统，作者有更加详细的阐述，如有需求，请参阅中国船检2020增刊1。
CN
EN
