船用LNG加注技術(shù)探討與研究

謝飛龍+李洋洋+張浩

摘 要：目前船用LNG加注主要選擇躉船-船、岸站-船、船-船3種加注模式；前期可以以重點(diǎn)港口作為試點(diǎn)；建設(shè)場(chǎng)地條件具備及用氣市場(chǎng)成熟的地方，可考慮車(chē)船兩用加注模式，以提高加注站利用率，增加建站收益，推動(dòng)加注站建設(shè)?！兑夯烊粴馊剂纤霞幼④O船入級(jí)與建造規(guī)范》（2014）中部分條款較之《汽車(chē)加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》GB50156-2012及其他相關(guān)規(guī)范內(nèi)容上有重疊，但設(shè)計(jì)要求有差別，設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)引起注意，避免習(xí)慣性錯(cuò)誤。

關(guān)鍵詞：船用LNG 加注站 規(guī)范

中圖分類(lèi)號(hào)：U674 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）10（a）-0060-03

國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開(kāi)水上運(yùn)輸，目前，國(guó)內(nèi)船舶主要使用柴油作為燃料，燃料費(fèi)用較高、環(huán)保效果不佳。部分港口未規(guī)劃船舶燃料加注泊位，無(wú)規(guī)范的加油設(shè)施。內(nèi)河及沿海船舶的燃料環(huán)?；?、經(jīng)濟(jì)化改造勢(shì)在必行。

液化天然氣（liquefied natural gas，簡(jiǎn)稱(chēng)LNG）作為低碳、清潔的能源，具有環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性好的雙重特性，船運(yùn)領(lǐng)域以氣代油市場(chǎng)空間廣闊。據(jù)測(cè)算，使用LNG做燃料可節(jié)約20%～30%的燃料費(fèi)用，可有效降低船舶運(yùn)輸企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本。國(guó)家已在多地開(kāi)展試點(diǎn)，與船用LNG相關(guān)的法律、規(guī)范也相繼出臺(tái)，為船舶“油改氣”提供了政策支持。

1 船用LNG加注目標(biāo)船舶

現(xiàn)代船舶的種類(lèi)很多，可以有各種各樣的分類(lèi)方法，如：（1）按船體材料分，有木船、鋼船、水泥船和玻璃鋼船等；（2）按航行區(qū)域分，有遠(yuǎn)洋船、近洋船、沿海船和內(nèi)河船等；（3）按動(dòng)力裝置分，有蒸汽機(jī)船、內(nèi)燃機(jī)船、汽輪機(jī)船、電動(dòng)船和核動(dòng)力船等；（4）按推進(jìn)方式分，有明輪船、螺旋槳船、平旋推進(jìn)器船和風(fēng)帆助航船等；（5）按航行方式分，有自航船和非自航船；（6）按航行狀態(tài)分，有排水型船和非排水型船。

而最能說(shuō)明船舶特征的是按照船舶的用途來(lái)分類(lèi)，大體可分為軍用和民用兩大類(lèi)，軍用船舶由于航線極其特殊，通常不屬于LNG加注考慮對(duì)象，主要對(duì)民用船舶進(jìn)行加注。

民用船舶主要分為運(yùn)輸船、工程船、漁業(yè)船、港作船、海洋開(kāi)發(fā)船、拖船和推船、高速船艇等。

根據(jù)交通運(yùn)輸部《推進(jìn)水運(yùn)行業(yè)應(yīng)用液化天然氣的指導(dǎo)意見(jiàn)》要求，到2020年，LNG加注設(shè)施基本適應(yīng)水運(yùn)發(fā)展需要，在全國(guó)主要內(nèi)河水域推廣LNG在普通貨船和客船、港作船和工程船等船舶的應(yīng)用，穩(wěn)步開(kāi)展危險(xiǎn)品船、沿?？痛推胀ㄘ洿琇NG應(yīng)用試點(diǎn)示范項(xiàng)目，啟動(dòng)遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船舶應(yīng)用LNG的試點(diǎn)工作。

因此，現(xiàn)階段用氣的目標(biāo)船型主要包括運(yùn)輸船里的客船（客貨船）和貨船、漁業(yè)船、部分工程船和港作船。其中客船主要考慮客班船、旅游船；貨船主要考慮干散貨船、集裝箱船、滾裝船等用氣需求。

2 船用LNG加注技術(shù)

2.1 船用LNG加注模式

2.1.1 加注模式分類(lèi)

目前，LNG燃料水上加注方式總體上可分為如下5類(lèi)（見(jiàn)圖1）[1]。

（1）岸站-船加注（LNG intermediary terminal-to-ship via pipeline，簡(jiǎn)稱(chēng)TPS），TPS也可結(jié)合躉船使用，躉船的作用是適應(yīng)水位高差。LNG儲(chǔ)罐及加注泵位于岸上，加氣機(jī)設(shè)在躉船上；（2）躉船-船加注（Pontoon to ship，簡(jiǎn)稱(chēng)PTS），LNG儲(chǔ)罐及加注設(shè)施均設(shè)置在躉船上，儲(chǔ)罐容積100～500 m3；（3）槽車(chē)-船加注（Tank truck-to-ship bunkering，簡(jiǎn)稱(chēng)TTS），用槽車(chē)直接給LNG動(dòng)力船加注；（4）船-船加注（Ship-to-ship bunkering，簡(jiǎn)稱(chēng)STS），STS在碼頭、錨地、航行中均可進(jìn)行；（5）海上浮式設(shè)施-船加注（Pffshore unit to ship，簡(jiǎn)稱(chēng)PTS）。

2.1.2 各種加注模式的優(yōu)缺點(diǎn)

各種加注模式的優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1。

2.2 常用船用LNG加注站技術(shù)方案

結(jié)合國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況，目前船用LNG加注主要選擇躉船-船、岸站-船、船-船3種加注模式；前期可以以重點(diǎn)港口作為試點(diǎn)；建設(shè)場(chǎng)地條件具備及用氣市場(chǎng)成熟的地方，可考慮車(chē)船兩用加注模式，以提高加注站利用率，增加建站收益，推動(dòng)加注站建設(shè)。

2.2.1 岸基式加注站

采用岸站-船加注模式的加注站，簡(jiǎn)稱(chēng)為岸基式加注站。將LNG的裝卸、儲(chǔ)存及配套的供電、消防、控制設(shè)施設(shè)在岸上；水上設(shè)置躉船，其作用是適應(yīng)水位高差，躉船上不設(shè)LNG儲(chǔ)罐，只設(shè)LNG加氣機(jī)、加氣臂等加氣設(shè)施，進(jìn)行岸上儲(chǔ)氣、船上加氣作業(yè)。

（1）主要設(shè)施及總圖布置。（見(jiàn)圖2）

岸基式加注站主要分為陸域設(shè)施及水工設(shè)施及躉船三大部分。陸域設(shè)施主要包括LNG的裝卸設(shè)施、儲(chǔ)存設(shè)施（儲(chǔ)罐）、加注泵、BOG處理設(shè)施、放散設(shè)施，以及管理用房和輔助用房、供配電設(shè)施、給排水及消防設(shè)施；水工設(shè)施主要包括碼頭、港池疏浚等，以及連接陸域設(shè)施及躉船用于鋪設(shè)管道的鋼引橋；躉船停泊在碼頭上用于燃料船停泊并加氣，也可用于LNG運(yùn)輸船停泊卸氣。

（2）工藝流程。

岸基式加注站可以接收來(lái)自陸上的LNG汽車(chē)槽車(chē)來(lái)氣，也可以接收來(lái)自海上的近海小型LNG運(yùn)輸船來(lái)氣。方框流程圖見(jiàn)圖3。

汽車(chē)槽車(chē)卸氣流程。LNG槽車(chē)進(jìn)站后停在卸車(chē)臺(tái)指定位置，將卸車(chē)臺(tái)上的卸車(chē)臂（或軟管）接通槽車(chē)接口，啟動(dòng)卸車(chē)增壓器給槽車(chē)氣相空間加壓，與站內(nèi)儲(chǔ)罐之間形成0.2～0.4 MPa的壓差，槽車(chē)內(nèi)LNG通過(guò)壓差流入站內(nèi)儲(chǔ)罐中儲(chǔ)存。

LNG運(yùn)輸船卸氣流程。小型LNG運(yùn)輸船進(jìn)港后依靠躉船停泊，將躉船上的卸車(chē)臂接通運(yùn)輸船接口，啟動(dòng)運(yùn)輸船上的低溫泵，將船內(nèi)LNG加壓經(jīng)過(guò)鋼引橋上的管道泵入站內(nèi)儲(chǔ)罐中儲(chǔ)存。

LNG加注流程。LNG燃料船進(jìn)港后依靠躉船停泊，將躉船上的加注臂接通燃料船接口，操作躉船上的加氣機(jī)，加氣機(jī)會(huì)通過(guò)指令啟動(dòng)岸上加注站內(nèi)的低溫泵，將儲(chǔ)罐中的LNG加壓經(jīng)過(guò)鋼引橋上的管道泵入燃料船儲(chǔ)罐中使用。

加氣機(jī)計(jì)量要求。在LNG的加注過(guò)程中，為了加快速度，可進(jìn)行氣相平衡操作。加氣機(jī)應(yīng)采用雙向質(zhì)量計(jì)量，在將液相LNG加注到燃料船的同時(shí)，也將燃料船返回到岸上儲(chǔ)罐的氣相天然氣質(zhì)量計(jì)量并減去，計(jì)算出實(shí)際加注的天然氣質(zhì)量。

輔助流程。卸車(chē)、卸船等過(guò)程中，也會(huì)適當(dāng)進(jìn)行氣相平衡操作；加注站內(nèi)設(shè)BOG儲(chǔ)罐，可回收BOG氣體并進(jìn)行利用，達(dá)到減少放散浪費(fèi)、節(jié)能的目的。

（3）岸基式加注站特點(diǎn)。

①優(yōu)點(diǎn)：LNG儲(chǔ)存、卸車(chē)等主要設(shè)施位于岸上，LNG儲(chǔ)存容積可以更大；躉船上只有加氣機(jī)及加注臂，沒(méi)有儲(chǔ)存設(shè)施，抵抗臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害的能力更強(qiáng)；一個(gè)岸基式加注站可以配置多個(gè)加注碼頭泊位，可同時(shí)為多艘船加注燃料，加注能力大。

②缺點(diǎn)：陸域設(shè)施需要占用港口岸線土地，部分港口選址較困難。

2.2.2 躉船式加注站（加注躉船）

采用躉船-船加注模式的加注站，簡(jiǎn)稱(chēng)為躉船式加注站，或叫加注躉船。是將LNG的儲(chǔ)存、加注及配套的供電、消防、控制設(shè)施均設(shè)置在躉船上，在船上儲(chǔ)氣、船上加氣。

（1）主要設(shè)施：躉船式加注站主要為水工設(shè)施及躉船兩大部分，以及配套的陸域設(shè)施。水工設(shè)施主要包括碼頭、港池；躉船停泊在碼頭上用于燃料船停泊并加氣，也可用于LNG運(yùn)輸船停泊卸氣；陸域設(shè)施主要包括LNG的裝卸設(shè)施，以及管理用房、供配電設(shè)施、消防設(shè)施。根據(jù)水文及岸線條件，有些站可以將LNG的裝卸設(shè)施也設(shè)在躉船上；有些站需要修建供汽車(chē)槽車(chē)開(kāi)上躉船的引橋。

（2）工藝流程：躉船式加注站可以接收來(lái)自陸上的LNG汽車(chē)槽車(chē)來(lái)氣，也可以接收來(lái)自水上小型LNG運(yùn)輸船來(lái)氣。

其汽車(chē)槽車(chē)及LNG運(yùn)輸船卸氣流程、LNG加注流程、加氣機(jī)計(jì)量要求、輔助流程等與岸基式加氣站基本相似，區(qū)別僅在于部分設(shè)施的設(shè)置位置不同。

（3）躉船式加注站特點(diǎn)：①優(yōu)點(diǎn)：陸域設(shè)施需要占用港口岸線土地相比岸基式加注站較小，選址容易一些。②缺點(diǎn)：汽車(chē)槽車(chē)卸氣不方便；LNG儲(chǔ)罐容積受躉船尺寸限制，容積相對(duì)小一些；加注能力相比岸基式小一些。

2.2.3 加注船

加注船與加注躉船有很多相似之處，主要的區(qū)別在于加注船設(shè)置有動(dòng)力系統(tǒng)，可以在水上航行，開(kāi)至需要的位置對(duì)燃料船進(jìn)行加注；而加注躉船沒(méi)有動(dòng)力，停泊在碼頭使用。

2013年初，世界首艘LNG加注船在Viking Line投入運(yùn)營(yíng)，該船由瑞典的Cryo AB公司建造，儲(chǔ)罐采用真空絕熱罐，容量為180 m3。另有FKAB、川崎、TGE、Rolls-Royce、瓦錫蘭等公司也正在著手設(shè)計(jì)LNG加注船（或LNG加注/運(yùn)輸兩用船）。

加注船特點(diǎn)：采用加注船方式進(jìn)行加注最大優(yōu)點(diǎn)是機(jī)動(dòng)性好，便于對(duì)岸線條件緊張的大型綜合港口各類(lèi)船舶加注；并且加注半徑可輻射周邊海域。但也存在造價(jià)較高、LNG儲(chǔ)罐容積受船體尺寸限制等缺點(diǎn)。

3 規(guī)范探討

我國(guó)自2010年開(kāi)展將LNG作為船用燃料試點(diǎn)工程以來(lái)，中國(guó)海事局、國(guó)家能源局、中國(guó)船級(jí)社（CCS）等各方積極推動(dòng)LNG水上加注規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的制定，為未來(lái)LNG加注躉船、加注船、岸站等的設(shè)計(jì)和建造奠定了基礎(chǔ)。

截至當(dāng)前，以2014年3月1日中國(guó)船級(jí)社最新頒布的《液化天然氣燃料水上加注躉船入級(jí)與建造規(guī)范》（2014）最具代表性。其對(duì)水上加注躉船的設(shè)計(jì)、制造、安全運(yùn)營(yíng)等方面提出了一系列強(qiáng)制要求。

4 船用LNG存在的問(wèn)題

船用LNG的應(yīng)用目前在我國(guó)存在以下主要問(wèn)題。

（1）LNG燃料系統(tǒng)體積大，占用船舶空間大。LNG燃料系統(tǒng)所占空間大，重量重，影響載貨量。在同等續(xù)航能力情況下，需配置的LNG儲(chǔ)罐及其配套設(shè)施所占空間比傳統(tǒng)的柴油燃料儲(chǔ)存所占空間大2～4倍，重量也是后者的1.5倍，部分小型船舶沒(méi)有安裝空間，對(duì)其推廣有很大影響。

（2）LNG燃料船的造價(jià)較高。新建LNG燃料船的造價(jià)高于傳統(tǒng)柴油燃料船5%～20%左右，會(huì)帶來(lái)一定的成本壓力。

（3）港口LNG加注設(shè)施不配套。LNG船舶應(yīng)用及港口LNG加注站的建設(shè)屬于相輔相成的項(xiàng)目。目前均處于起步階段，建成投運(yùn)的船用LNG加注站極其有限，對(duì)于船用LNG的推廣有一定制約。

5 結(jié)語(yǔ)

大力發(fā)展以液化天然氣為燃料的低碳、環(huán)保船運(yùn)業(yè)，對(duì)發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，減少污染物，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實(shí)施“節(jié)能減排”等國(guó)家戰(zhàn)略具有積極的意義。國(guó)家層面應(yīng)盡快完善“油改氣”相關(guān)的法律環(huán)境，統(tǒng)一現(xiàn)有船舶的改裝標(biāo)準(zhǔn)。各地方應(yīng)加強(qiáng)對(duì)船用LNG的宣傳工作；積極爭(zhēng)取國(guó)家相關(guān)財(cái)政補(bǔ)助資金，出臺(tái)地方鼓勵(lì)政策的實(shí)施細(xì)則；通過(guò)減稅、補(bǔ)貼、貼息等方式，鼓勵(lì)加注站建設(shè)、船舶燃料系統(tǒng)改造及新建LNG動(dòng)力船。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司.海南省船用LNG加注站規(guī)劃[R].2015.

[2] 全國(guó)首個(gè)水上LNG加注站“海港星01號(hào)”在南京試運(yùn)行[EB/OL].（2013-09-26）.http：//www.news.jschina.com.cn/system/2013/09/26/018737119.shtml.