楊江輝

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

LNG動(dòng)力船加注技術(shù)研究

楊江輝

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

液化天然氣(LNG)是一種清潔能源，在安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性等方面優(yōu)勢(shì)明顯，未來將成為船用燃料的首選。在對(duì)比研究國(guó)內(nèi)外LNG動(dòng)力船加注標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，對(duì)LNG加注工藝流程、加注類型、加注特殊性及加注站的建設(shè)方案與規(guī)模等多個(gè)方面進(jìn)行綜合研究，提煉出一套適用于我國(guó)內(nèi)河流域和沿海的LNG動(dòng)力船的加注方案和應(yīng)用原則，可保障加注作業(yè)順利進(jìn)行。研究結(jié)果將為我國(guó)LNG動(dòng)力船加注技術(shù)的推廣應(yīng)用提供一定的借鑒。

LNG動(dòng)力船；加注模式；低溫儲(chǔ)罐；船基加注

0 引 言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界航運(yùn)業(yè)每年要消耗燃油20億桶，排放CO2超過12億噸，約占全球總排放量的6%。為應(yīng)對(duì)世界氣候變化，國(guó)際海事組織(IMO)出臺(tái)了環(huán)保規(guī)則，規(guī)定了船舶污染防治、減少排放的標(biāo)準(zhǔn)和時(shí)限。IMO海洋環(huán)境保護(hù)委員會(huì)所制定的《船舶污染防治國(guó)際公約》規(guī)定：要求2010年7月以后在排放管制區(qū)域(ECA)航行船只所用燃料含硫量不能超過1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，2015年1月1日后不能超過0.1%。ECA范圍目前包括波羅的海和北海到英吉利海峽南端的連續(xù)海域，未來北美部分地區(qū)和亞洲香港地區(qū)也極有可能納入。

目前中國(guó)大部分船舶如果要在歐盟港口停靠只能采用兩種方式：一是提前關(guān)閉引擎靠岸；二是使用液化天然氣(LNG)等清潔能源。在此背景下，根據(jù)綠色航運(yùn)能源發(fā)展趨勢(shì)，LNG作為船舶能源在安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性等方面優(yōu)勢(shì)明顯，逐漸成為了未來船用燃料的首選。相比同熱值的燃油，LNG可減少CO2排放15%～20%，減少NOx排放80%～90%，完全沒有SOx排放。根據(jù)交通運(yùn)輸部《關(guān)于推進(jìn)水運(yùn)行業(yè)應(yīng)用液化天然氣的指導(dǎo)意見》，預(yù)計(jì)有數(shù)萬艘內(nèi)河船舶符合改燃條件，每年新增內(nèi)河船舶4 000～5 000艘，到 2016 年中國(guó)內(nèi)河流域 LNG-柴油雙燃料動(dòng)力船舶保有量將達(dá)2.38 萬艘[1]。

隨著LNG動(dòng)力船的快速推廣應(yīng)用，其燃料加注技術(shù)愈發(fā)受到人們關(guān)注。本文以LNG動(dòng)力船加注技術(shù)為研究對(duì)象，重點(diǎn)研究了加注工藝流程、加注類型、加注特殊性及加注站的建設(shè)方案與規(guī)模等多個(gè)方面，為我國(guó)LNG動(dòng)力船加注技術(shù)的推廣應(yīng)用提供一定的借鑒。

1 LNG動(dòng)力船加注技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究

1.1 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)際上關(guān)于LNG生產(chǎn)、儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)較多，但關(guān)于LNG加注的標(biāo)準(zhǔn)卻較少，目前主要有：

(1) 美國(guó)消防協(xié)會(huì) NFPA52車載燃料系統(tǒng)規(guī)范；

(2) 美國(guó)消防協(xié)會(huì) NFPA59A LNG生產(chǎn)、儲(chǔ)存和裝運(yùn)。

以上國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)本質(zhì)化安全和小型設(shè)施簡(jiǎn)單寬松的原則。NFPA52與NFPA59A比較，更加注重科學(xué)合理原則，對(duì)加注設(shè)施安全標(biāo)準(zhǔn)要求寬松。

1.2 國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)

由于LNG屬新興產(chǎn)業(yè)，國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化工作還處于起步階段。目前只有一些指導(dǎo)性的意見，尚無具體的實(shí)施細(xì)則、具體參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)。與LNG相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)如下[2]：

(1) GB/T 24963—2010 《液化天然氣設(shè)備與安裝船岸界面》；

(2) GB/T 26980—2011 《液化天然氣(LNG)車輛燃料加注系統(tǒng)規(guī)范》；

(3) GB17422—1998 《液化氣體船水上過駁作業(yè)安全準(zhǔn)則》；

(4) NB/T 1001—2011 《液化天然氣(LNG)汽車加氣站技術(shù)規(guī)范》；

(5) 中華人民共和國(guó)海事局于2012年印發(fā)的《LNG燃料動(dòng)力試點(diǎn)船舶技術(shù)要求》和《LNG燃料動(dòng)力試點(diǎn)船舶關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)要求》。

國(guó)內(nèi)針對(duì)LNG船基加注方面的規(guī)范還沒有出臺(tái)，也沒有針對(duì)LNG岸基加注站的施工規(guī)范文件。

2 LNG動(dòng)力船加注技術(shù)

2.1 概述

LNG動(dòng)力船儲(chǔ)罐中液體溫度為-165 ℃。為防止加注過程中LNG吸熱氣化，必須對(duì)管線進(jìn)行相應(yīng)保溫。LNG動(dòng)力船儲(chǔ)罐在加注前需進(jìn)行氮?dú)庵脫Q或抽真空處理，保證含氧量小于3%才可進(jìn)行加注[3]。同時(shí)，加注前還需做好噴霧預(yù)冷工作，噴霧預(yù)冷應(yīng)緩慢進(jìn)行，保證溫度升至-150 ℃后才可緩慢加注LNG液體。LNG動(dòng)力船加注的主要工藝流程如圖1所示。世界上主要的LNG動(dòng)力船應(yīng)用情況如圖2～4所示。

圖1 LNG動(dòng)力船加注工藝流程圖Fig.1 Filling process of LNG fueled ship

圖2 世界首艘LNG燃料動(dòng)力船:Viking Fig.2 The first LNG fueled ship: Viking

圖3 世界首艘改裝LNG燃料動(dòng)力成品油輪，LNG燃料容量 2×500 m3Fig.3 The first modified LNG fueled ship.Its LNG fuel capacity is 2×500 m3

圖4 世界首艘LNG燃料集裝箱船5000TEU Maersk Drury 號(hào)Fig.4 The first LNG fueled container ship 5000TEU Maersk Drury

2.2 加注類型

LNG動(dòng)力船加注類型主要有槽車碼頭或換罐加注、岸基加注和船基加注[4]，分別介紹如下。

(1) 槽車加注是指由岸上LNG槽車向水中船舶加氣。同時(shí)，對(duì)于小型漁船、貨船、渡輪也可采用換瓶方式，LNG船載瓶容量一般小于275 m3。

(2) 岸基加注是指在海岸線碼頭建立LNG終端接收站，通過低溫保冷管線(加注軟管或者加料臂)向船舶加注LNG，接收站用于接收、儲(chǔ)存、氣化并外輸天然氣。歐盟部分接收站已經(jīng)具備對(duì)LNG動(dòng)力船舶進(jìn)行加注的能力。

(3) 船基加注是通過LNG運(yùn)輸船對(duì)LNG動(dòng)力船進(jìn)行船對(duì)船加注，類似于燃油船對(duì)船加注模式。這種方式有較強(qiáng)的靈活性，不需要固定地點(diǎn)，尤其是對(duì)于不能進(jìn)港的超大型集裝箱船或油輪特別適用。加注船停泊時(shí)須把握好停泊時(shí)機(jī)，還應(yīng)配置適當(dāng)?shù)淖o(hù)舷和充足牢靠的錨繩/錨索[5]。加注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)保證加注船和接收船均能安全、有效地移動(dòng)，加注船的系泊時(shí)間應(yīng)根據(jù)接收船的周轉(zhuǎn)時(shí)間決定。船基加注將成為未來LNG燃料動(dòng)力船的主要加注模式，主要是因?yàn)榇幼⒕哂懈叨褥`活性，可以在碼頭和海上對(duì)各種類型的船舶進(jìn)行加注，而且船基加注的裝載率高、加注容量大。

2.3 加注類型對(duì)比

加注類型對(duì)比見表1。

表1 LNG動(dòng)力船加注類型對(duì)比Table 1 Comparison of LNG fueled ship filling type

2.4 加注特殊性

(1) LNG船舶加注不同于陸地槽車加注。陸地加注時(shí)，加氣和進(jìn)氣設(shè)施處于同一平面；碼頭加注時(shí)，船舶可能晃動(dòng)；躉船加注時(shí)，躉船和船舶同時(shí)晃動(dòng)，必須考慮高低位和船舶晃動(dòng)產(chǎn)生的不利影響。

(2) 水位落差。有時(shí)水位落差幾十米，LNG動(dòng)力船不能靠岸，只能偏向航道中心停泊加注，加注碼頭的加氣管道可能長(zhǎng)達(dá)120 m；躉船如向航道中心移動(dòng)，補(bǔ)給燃料時(shí)卸料軟管要足夠長(zhǎng)，或需將LNG動(dòng)力船拖至岸邊補(bǔ)給。LNG動(dòng)力船加注口高差很大，海浪、漲潮、洋流、風(fēng)速、能見度等因素將對(duì)加注造成不利影響。

2.5 加注站建設(shè)方案與規(guī)模

(1) 對(duì)于我國(guó)內(nèi)河水域，選擇合適的加注方案還需要考慮水域特點(diǎn)、輸送距離、交通狀況、容量、加注頻次、安全性、周邊其他加注站以及岸上LNG需求等。對(duì)于長(zhǎng)江流域，采用布置于江面中心的加注躉船是經(jīng)濟(jì)合理的加注模式；對(duì)于運(yùn)河或者河道較窄的河流，一般采用岸基加注模式；對(duì)于沿?；蛘哌h(yuǎn)洋LNG動(dòng)力船加注，一般采用船基加注模式。

(2) LNG加注站通過低溫卸料臂向船舶加注LNG。這種卸料臂操作簡(jiǎn)單，出現(xiàn)緊急情況時(shí)卸料臂會(huì)自動(dòng)與被加注船脫離并同時(shí)切斷LNG加注。

(3) 因LNG動(dòng)力船舶加注量大，故碼頭加注站儲(chǔ)存規(guī)模應(yīng)大于陸地普通汽車加注站，一般低溫儲(chǔ)罐單罐容積以350 m3為宜，總儲(chǔ)量以1 400 m3為宜，LNG加注躉船規(guī)模一般為4×350 m3。

(4) 內(nèi)河LNG改造船舶噸級(jí)為2 000 t左右?？紤]到LNG船舶夜間作業(yè)的安全隱患，加注一般應(yīng)在白天進(jìn)行，加注時(shí)間控制在1 h以內(nèi)。

3 結(jié) 語

詳細(xì)介紹了LNG動(dòng)力船加注的工藝流程、加注類型、加注特殊性及加注站建設(shè)方案等，同時(shí)進(jìn)一步研究了適合于我國(guó)內(nèi)河和沿海的加注模式、LNG加注站儲(chǔ)存規(guī)模和加注時(shí)間要求。上述研究結(jié)果可為我國(guó)LNG動(dòng)力船加注技術(shù)的推廣應(yīng)用提供一定的借鑒。

[1] 中國(guó)船舶工業(yè)集團(tuán)公司.LNG燃料動(dòng)力試點(diǎn)船舶關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)要求[S].2012.

[2] 中國(guó)船級(jí)社.氣體燃料動(dòng)力船檢驗(yàn)指南[S].2011.

[3] 王仲玨，詹水芬，張曉春.液化天然氣船舶加注問題的研究[J].山西建筑，2012，38(19)：274.

[4] 李超，王立席，杜太利，等.LNG動(dòng)力船舶加氣技術(shù)[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2013，32(9)：997.

[5] 石國(guó)政，張暉，范洪軍.天然氣燃料動(dòng)力船燃料加注模式研究[J].船海工程，2013，42(6)：57.

LNGFueledShipFillingTechnology

YANG Jiang-hui

(OffshoreOilEngineeringCo.,Ltd.,Tianjin300451,China)

Liquefied natural gas (LNG) is a kind of clean energy,which has obvious advantages in safety,economy,environmental protection and other aspects.LNG will become the preferred fuel for ships in the future.Based on the comparison of domestic and foreign LNG fueled ship’s filling standards,the comprehensive research about the LNG filling process,filling type,filling particularity,as well as the construction scheme and scale of the filling station are completed to ensure the safety of filling operations.Filling scheme and application principle capable of inland river and coastal LNG fueled ships are abstracted.The results can provide a certain reference for the promotion and application of the LNG fueled ship filling technology in China.

LNG fueled ship; filling mode; low-temperature tank; ship to ship filling

U473.2+4; TE835

A

2095-7297(2014)03-0263-04

2014-08-06

楊江輝(1981—)，男，碩士，工程師，主要從事LNG低溫工程和海洋油氣工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究。