风险因素
LNG燃料动力船燃料系统一般包括燃料充装、燃料储存、燃料供应和燃料利用。其典型布置图如图1。 
图1 典型LNG动力船燃料系统
因LNG燃料的特性，LNG燃料动力船的危险主要集中在“三点一线，四大部件”，即气罐处所、机器处所、充装处所三个点和管系（含附件和阀件）一线，及发动机、气罐、热交换设备和中央控制单元四大部件上。
1、充装处所（燃料充装）
充装处所其主要设备为管系，其泄露的介质可能带来金属“冷脆”，其介质的挥发可能形成可燃气体，危及邻近设备和处所，但着火源存在的可能性较低。
2、气罐处所（燃料储存）
气罐处所含有气罐、热交换设备和部分管系，其主要危险在于：其一，因气罐和热交换设备带来极冷介质泄露引起金属“冷脆”而产生结构坍塌；其二，因气罐、热交换设备和管系的泄露而产生的可燃气体与着火源带来火灾危害性。
3、机器处所（燃料利用）
机器处所含有发动机、中央控制单元（ECU）和气体管系，其着火源集中，发动机和管系泄露产生的可燃气体火灾危害性较大，因此，防火为该处所的重点。同时，由于发动机燃料性质的变化，可能带来爆燃、拉缸、磨损等故障。另外，中央控制单元是控制燃料供给的核心，因此，其危险主要在于可靠性、与发动机协调的工作能力。
4、管系（燃料供应）
管系的主要风险在于阀件、接头的泄漏引起对船体结构的低温伤害和可燃气体的积聚。管系基本分布在上述三个处所内，所以管系的风险分析可作为上述三个处所的风险分析内容。
关键技术 
软管充装
加注臂充装
法兰接头 
快速接头
图2 充装方式及充装接头
LNG动力船规范或技术标准的主要目标是将与气体燃料有关的风险降至可接受水平，使LNG燃料动力船的安全性、可靠性、可用性水平至少与常规燃油动力船相同。根据上面的风险分析，规范着重从气体燃料充装、储存、供应、利用等方面提出安全技术要求。
1、气体燃料充装
LNG充装可分为两种形式，即：整体燃料单元（可移动式气罐，potable tank）替换或船上直接充装。整体燃料单元替换的主要危险存在于：①经常更换整体燃料单元，其与供气系统连接存在潜在因气密受损而导致泄漏；②吊装燃料单元可能跌落带来风险；③燃料单元的固定及定位不精确导致管系泄漏而带来危险。武汉轮渡302试验拖船采用的是这类形式。
直接充装是目前大多数LNG动力船的充装方式，一般有两种形式，即加注臂和软管充装，充装接头通常有两种形式：法兰或机械接头，如图2。
充装的关键在于防止LNG飞溅对船体造成低温损伤，以及对充装过程的控制。目前的做法是，充装时对船体采用水幕保护（water curtain）或者在充装接头处设置围板；充装过程的控制涉及监测、报警、应急措施和加注船-被加注船之间的通讯等。此外，在结构防火方面，面向充装站的起居处所、服务处所等处所的舱壁应隔热至A-60级，但采用钢质舱壁围蔽充装站（面向舷外一侧可以开敞）或充装站与上述处所的距离足够远时，上述舱壁的隔热等级可降至A-0级。
2、气体燃料储存
气罐：规范允许LNG动力船采用薄膜型气罐、半薄膜型气罐或独立型气罐，各种气罐的优缺点对比见表。
目前常用的LNG气罐是C型气罐，按压力容器标准设计，其保温方式一般有：①纯真空；②玻璃钢缠绕加真空；③珍珠岩加真空。其中玻璃钢加真空的方式较为常见。
气罐连接处所（冷箱）：气罐可置于开敞甲板或围蔽处所。当气罐的接头、阀件等可能发生泄漏的部件没有布置在开敞甲板上时，则应将其围蔽在由耐低温材料制成的处所内，即气罐连接处所（俗称“冷箱”），如图3。
图3 气罐连接处所
3、气体燃料供应
机器处所内的供气管路：本质安全型机舱内所有供气管路均要求双壁管，为此，有两种型式，一是同心管，内管和外管之间充满压力高于内管内气体压力的惰性气体（正压充氮），一旦探测到惰性气体压力降低，立即报警；二是将供气管路围蔽在通风导管内，通风导管内装有抽吸式风机，且具有不低于每小时30次的换气能力。两种双壁管如图4所示。
（1）正压充氮式双壁管
（2）通风导管式双壁管
图4 双壁管
ESD防护型机舱，即把两台或多台发动机分设于独立的可密闭空间，其各自系统独立，当一台发动机出现故障时，其所处关闭隔离，其处所内需工作机电设备均采用合格防爆型，因此管路不要求双壁管。
此外，CCS对货船提出了“增强安全型机器处所”概念，要求机器处所内供气管路的接头均采用对接焊形式，且达到I级管路要求（全焊透），所有阀件和附件应围蔽在气密阀箱内，其探测和通风按危险处所处理。
热交换器：热交换器是将LNG从液态转化为气态可用燃料的重要部件，通常采用两种形式：空温式或水浴式。空温式热交换器换热较为简单，直接从大气中吸收热量而使LNG气化，因此，其性能受气候的制约。水浴式热交换器利用水和其他加热液体加热LNG而形成气体燃料。由于可对加热介质（水或其他液体）的温度和流量进行控制，因此供气质量一般可得到保证。
4、气体燃料利用
发动机：气体燃料发动机天然气的进气方式包括：在增压器前与空气混合，通过进气总管进入气缸；或在增压器后与空气混合，通过进气总管进入气缸；或从进气支管或进气道与空气混合进入气缸；或直接喷入气缸。
目前，MAN B&W MEGI发动机采用直喷形式，属于高压进气；瓦锡兰DF发动机采用支管进气，如图5所示。
图5 支管进气示意图
而内河改造发动机均为增压器前总管进气方式，这种方式由于未对原机进行实质性优化，导致发动机效率、排放性能等均不够令人满意。此外，由于未做到进气分缸控制，现有试验船尾气温度大多数略高于纯柴油模式。
现有柴油机改造另一个潜在的危险是，混燃油气比超过20%：80%，易出现爆燃爆震现象，对柴油机工作安全带来影响。
ECU（电子控制单元）：电子控制单元的主要功能体现在三个方面：控制柴油机的工作状况、控制油气的供给、故障识别及处理。
对柴油机及对供气系统的控制，可集成在一个ECU上，也可以分成主、子ECU控制。由于改装后的发动机已没有机械调速功能，因此需设计电控调速系统代替原有的机械调速系统，由于输入输出量较多，且要达到全制式调速器性能，所以控制过程及控制电路较为复杂。
对于ECU的安全，主要体现在三个方面：软件的可靠性、硬件的可靠性及寿命、联接的牢固度。
本文简要总结了国外LNG动力船及技术标准、国内LNG动力船改建及CCS天然气燃料动力船技术标准及关键技术。在以上工作基础上，建议应在以下方面开展工作：
1、C型气罐的疲劳寿命设计及检验技术研究；
2、增强安全型机舱的安全水平验证；
3、LNG动力船和加注船之间的通讯和控制；
4、气体燃料发动机的故障模式及影响分析研究；
5、气体燃料发动机的稀薄燃烧技术研究；
6、BOG的再利用研究。
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