趙亞彬，秦冬冬，韓 星，王曉東，任玉鴻

（中國石油大學(xué)（北京），北京 102249）

內(nèi)河LNG動(dòng)力船加注方案研究

趙亞彬，秦冬冬，韓 星，王曉東，任玉鴻

（中國石油大學(xué)（北京），北京 102249）

介紹了岸基加注、罐車加注、躉船加注、移動(dòng)加注船、浮倉加注以及儲(chǔ)罐換裝六種 LNG動(dòng)力船加注方式，并詳細(xì)分析了各加注方式的優(yōu)缺點(diǎn)。再結(jié)合我國內(nèi)河水域的不同特點(diǎn)，主要以長江和京杭大運(yùn)河為例，對(duì)不同內(nèi)河水域的LNG動(dòng)力船加注方案進(jìn)行了系統(tǒng)、分類研究，最終得出了較為完備的中國內(nèi)河LNG動(dòng)力船加注方案。

LNG 動(dòng)力船；內(nèi)河；LNG加注方案；LNG加注站

LNG作為一種清潔能源，在安全性、經(jīng)濟(jì)性以及環(huán)保性等方面具有明顯優(yōu)勢，已成為世界公認(rèn)的未來船舶能源首選［1］。目前，國內(nèi)“氣化長江”、“氣化珠江”等內(nèi)河船舶“油改氣”項(xiàng)目正穩(wěn)步推進(jìn)，長江、珠江以及京杭大運(yùn)河等內(nèi)河水域是我國船舶氣代油改造的重點(diǎn)［2］。2013年至今，一系列船用LNG政策的出臺(tái)標(biāo)志著我國船用 LNG產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展階段?！督煌ㄟ\(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》提出：到2020年，中國內(nèi)河運(yùn)輸船舶能源消耗中LNG的比例要達(dá)到10%以上。這是世界上首次由國家政府層面為推動(dòng)船用 LNG的發(fā)展應(yīng)用而發(fā)布的文件，是今后指導(dǎo)我國水運(yùn)行業(yè)應(yīng)用LNG燃料的綱領(lǐng)性文件。LNG 作為船舶燃料的最大障礙之一就是LNG加注站建設(shè)滯后［3］，LNG加注站的快速發(fā)展依賴于安全、可靠的LNG動(dòng)力船加注方案，完善的內(nèi)河LNG動(dòng)力船加注方案是LNG動(dòng)力船可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

1 LNG動(dòng)力船加注現(xiàn)狀

LNG作為船舶燃料最早應(yīng)用于LNG運(yùn)輸船，直至2000年才發(fā)展到其他船型［4］。國內(nèi)LNG動(dòng)力船以改造在內(nèi)河航行的散貨船為主，內(nèi)河船舶大多采用輕柴油作為推進(jìn)燃料，改造后既可以單獨(dú)燒柴油，也可以實(shí)現(xiàn)柴油和LNG的混合燃燒，常用工況下的天然氣摻燒比可達(dá) 70%左右［5］，混合比例可根據(jù)不同工況進(jìn)行調(diào)整。LNG動(dòng)力船自身配備一定容量的LNG儲(chǔ)罐，如何通過最佳的加注方案對(duì)其進(jìn)行加注是需要解決的關(guān)鍵問題［6］。

目前，國內(nèi)外的LNG動(dòng)力船主要有岸基加注、罐車加注、躉船加注、移動(dòng)加注船、浮倉加注、儲(chǔ)罐換裝六種加注方式。國外的LNG動(dòng)力船多為在沿海區(qū)域航行的滾裝船和平臺(tái)供應(yīng)船［7］，主要采用岸基加注及罐車加注的方式。國內(nèi)在岸基 LNG加注站、LNG加注躉船等設(shè)施建成之前，主要采用LNG罐車進(jìn)行近岸加注或利用換裝 LNG儲(chǔ)罐的方式進(jìn)行加注［8］。根據(jù)我國《LNG燃料動(dòng)力試點(diǎn)船舶技術(shù)要求》，船用LNG儲(chǔ)罐的有效容積不大于20 m3，船舶加氣時(shí)間不超過1 h。

2 LNG動(dòng)力船加注方式及特點(diǎn)

2.1 岸基加注

岸基加注方式是指通過岸上固定設(shè)施對(duì) LNG動(dòng)力船進(jìn)行加氣的固定式加注站，根據(jù)碼頭類型的不同可分為棧橋式碼頭岸基加注站和岸壁式碼頭岸基加注站。岸基加注站主要由LNG儲(chǔ)罐、充裝系統(tǒng)、卸車系統(tǒng)、加注系統(tǒng)及安全控制系統(tǒng)等組成，利用充裝撬及管線將 LNG從儲(chǔ)罐輸送至加注系統(tǒng)給目標(biāo)船只加氣［9］。其中，充裝系統(tǒng)是給船舶加注 LNG的低溫潛液泵、儀表、閥門及其它配套設(shè)備的集成撬體，加注系統(tǒng)主要由低溫加氣臂或加氣機(jī)、加氣軟管等組成。

岸基加注站的各類裝置均設(shè)置在岸邊及碼頭上，安全性及可靠性高，適合內(nèi)河LNG動(dòng)力船的快速加注，而且還可以與LNG汽車加氣站合建。但岸基加注站屬于固定式加注站，需要占用一定岸線，且船舶加注碼頭屬于危險(xiǎn)品碼頭，對(duì)船舶的靠泊操作以及周圍水域的交通條件要求較高。岸基加注站的低溫加氣臂或加氣機(jī)均固定設(shè)置，當(dāng)水位變化較大時(shí) LNG動(dòng)力船可能無法靠近碼頭與加注系統(tǒng)正常對(duì)接［10］，影響岸基加注站的正常運(yùn)營。此外，由于LNG通過管線輸送，產(chǎn)生的殘液需要采取措施回收處理。

2.2 罐車加注

罐車加注方式是指利用 LNG 罐車在岸邊碼頭直接給 LNG動(dòng)力船加氣的加注方式［11］，LNG 罐車通過自增壓或利用低溫潛液泵增壓的方式對(duì) LNG動(dòng)力船補(bǔ)充燃料［12］。目前，罐車式加注仍然是國內(nèi)最常用的LNG動(dòng)力船加注方式。

現(xiàn)階段，國內(nèi)最大的LNG罐車罐容約56 m3，LNG罐車的生產(chǎn)及加注技術(shù)均已發(fā)展成熟。與其他加注方式相比，LNG罐車加注工序簡單，機(jī)動(dòng)靈活，投資和操作成本較低。但LNG罐車加注方式的加注量小、加注效率低，主要適用于內(nèi)河小型船舶加注。而且國內(nèi)沒有統(tǒng)一的罐車加注規(guī)范、隨意性較大，其安全性易受人為等因素影響，操作及管理上存在一定風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 躉船加注

躉船加注方式是指利用水上躉船作為加氣船的水上加注站，根據(jù)躉船自身是否配備儲(chǔ)罐可分為獨(dú)立式躉船加注站和接管道式躉船加注站，主要由LNG儲(chǔ)罐、低溫潛液泵、低溫加氣臂及其他配套系統(tǒng)組成，加注躉船通過低溫加氣臂向船舶加注LNG。目前，國內(nèi)已建躉船加注站絕大部分是獨(dú)立式躉船加注站。

躉船加注站具有加注速度快、加注效率高的優(yōu)點(diǎn)，而且由于躉船布置于河道上，可以隨水位變化情況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，環(huán)境適應(yīng)性較好。接管道式加注躉船的LNG儲(chǔ)罐固定于岸邊，需要建設(shè)連接躉船和岸邊儲(chǔ)罐的架空斜坡道來敷設(shè)管道，通過斜坡道來消除水位變化對(duì)管道的影響［13］。獨(dú)立式加注躉船自身配備儲(chǔ)罐，可以建設(shè)成“油氣合一”的LNG—柴油雙燃料加注站，為LNG動(dòng)力船同時(shí)補(bǔ)充LNG與柴油。但獨(dú)立式躉船加注站的各類系統(tǒng)均設(shè)置在躉船上，水面上下浮動(dòng)產(chǎn)生的不穩(wěn)定性會(huì)對(duì)LNG的儲(chǔ)存和加注產(chǎn)生一定影響。

2.4 移動(dòng)加注船

移動(dòng)加注船是指利用自身具備動(dòng)力、專門為LNG動(dòng)力船提供補(bǔ)充燃料服務(wù)的移動(dòng)送供船，主要由LNG儲(chǔ)存及加注系統(tǒng)等系統(tǒng)組成。

移動(dòng)式加注船不像岸基加注站和加注躉船需要固定的加注地點(diǎn)，具有很強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性，而且加注效率高，適合大中型LNG動(dòng)力船的加注，根據(jù)需要還可以在沿海區(qū)域提供加注服務(wù)［14］。移動(dòng)加注船可由LNG運(yùn)輸船改造而成或新建，投資和操作成本較高，新建5 000 m3的移動(dòng)送供船造價(jià)約8 000萬元。目前國內(nèi)還沒有移動(dòng)式LNG加注船，主要原因是國內(nèi)還未允許LNG運(yùn)輸船進(jìn)入內(nèi)河水域。此加注方式受國家政策的影響較大，若政府批準(zhǔn)LNG運(yùn)輸船進(jìn)入內(nèi)河水域，移動(dòng)加注船即可具備由海進(jìn)江的功能，承接沿海LNG接收站分撥的LNG資源，起到內(nèi)河中轉(zhuǎn)運(yùn)輸和LNG動(dòng)力船加注的雙重作用。

2.5 浮倉式加注

浮倉式加注是通過大型 LNG槽船漂浮于固定海面或有足夠吃水的江面上，LNG動(dòng)力船靠近浮倉后連接管道即可加氣。這種加注方式的加注量大，加注效率很高，尤其適合難于進(jìn)港加氣的超大型LNG動(dòng)力船［6］。但其投資很大，需要適合?？看笮蚅NG槽船的港灣或內(nèi)河水域，而且加注地點(diǎn)固定，主要適用于沿海水域或者錨地加注。國內(nèi)現(xiàn)階段暫無浮倉式LNG加注站，對(duì)其研究也比較少。

2.6 儲(chǔ)罐換裝

儲(chǔ)罐換裝加注方式是利用 LNG儲(chǔ)罐整體吊換到目標(biāo)船舶的方式來實(shí)現(xiàn)加注的，主要適用于內(nèi)河岸線緊張的地區(qū)和航線、加注頻次固定的LNG動(dòng)力船，尤其適用于耗氣量小且航線固定的旅游船。由于儲(chǔ)罐換裝式加注操作復(fù)雜且沒有統(tǒng)一的操作規(guī)范，風(fēng)險(xiǎn)較大，經(jīng)濟(jì)性也較差［1］，在國內(nèi)只作為岸基加注站或躉船加注站建設(shè)過程中的一種過渡加氣方式。

3 內(nèi)河LNG動(dòng)力船加注方案選擇

3.1 長江、珠江等內(nèi)河LNG動(dòng)力船加注方案

長江、珠江等內(nèi)河是國內(nèi)天然河流的典型代表，下面以長江為例進(jìn)行分析。長江中上游流域豐水期與枯水期的水位落差很大，尤其是重慶流域等上游區(qū)域豐、枯水期水位落差可達(dá)幾十米，航道范圍受水位變化的影響也較大［9］。長江下游流域是中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展最高的區(qū)域，船舶航行密度高，LNG需求量也大，但岸線已被充分利用，能用于建設(shè)LNG加注站的岸線非常稀少［1］。

岸基加注站，尤其是岸壁式碼頭岸基加注站，對(duì)長江中上游水位變化的適應(yīng)性較差，而且岸基加注站需要占用一定的岸線，所以岸基加注方式在此并不適用。接管道式躉船加注站自身不配備儲(chǔ)罐，在水位變化較大的情況下無法保證敷設(shè)于架空斜坡道上低溫管道的安全性和可靠性。獨(dú)立式躉船加注站的LNG儲(chǔ)罐設(shè)置于躉船上，減少了岸基式加注和接管道式躉船管道輸送LNG的環(huán)節(jié)，而且占用岸線少，對(duì)長江水位變化的適應(yīng)性較強(qiáng)。罐車加注方式不需要占用岸線建設(shè)專用碼頭，在岸線緊缺的區(qū)域可以作為輔助性加注方式。在我國現(xiàn)行內(nèi)河加注規(guī)范及政策下，移動(dòng)加注船無法進(jìn)入內(nèi)河水域，但由于它機(jī)動(dòng)性好、加注量大及適用性強(qiáng)的特點(diǎn)，移動(dòng)加注船是未來長江水域 LNG動(dòng)力船加注的發(fā)展方向，尤其適用于長江下游水域。因此，現(xiàn)階段長江、珠江等天然河流宜采取“獨(dú)立式躉船加注為主，罐車加注為輔”的加注方案，未來宜采取“獨(dú)立式躉船加注為主，移動(dòng)加注船為輔”的加注方案。

3.2 京杭運(yùn)河LNG動(dòng)力船加注方案

京杭運(yùn)河是我國最典型的人工河道，主要特點(diǎn)是航道寬度有限，岸線整齊，水位高差隨季節(jié)變化不大，船舶噸位較小但航行密集度高［1］。

躉船加注站占用岸線較少，但會(huì)進(jìn)一步擠占狹窄的航道，對(duì)京杭運(yùn)河上其他船舶的通行產(chǎn)生不利的影響，所以躉船加注方式并不適用。棧橋式碼頭岸基加注站的棧橋碼頭會(huì)影響航道寬度，同樣不適用于京杭運(yùn)河。移動(dòng)加注船建造、運(yùn)營成本較高，不適合單次加注量很少的小型船舶。岸壁式碼頭岸基加注站的加注系統(tǒng)等裝置均固定設(shè)置在岸上，不影響航道寬度，適合航道狹窄、岸線整齊的京杭運(yùn)河。與長江、珠江等天然河流類似，罐車加注方式同樣可以作為京杭運(yùn)河的輔助性加注方式。因此，京杭運(yùn)河宜采取“岸壁式碼頭岸基加注站為主，罐車加注為輔”的LNG動(dòng)力船加注方案。

4 結(jié)束語

我國內(nèi)河船舶“油改氣”技術(shù)正處于由試驗(yàn)向規(guī)劃化、規(guī)模化推廣階段，但我國的LNG動(dòng)力船配套設(shè)施建設(shè)不完善，尤其是LNG動(dòng)力船加注站點(diǎn)沒有形成規(guī)?；途W(wǎng)絡(luò)化，這嚴(yán)重制約了我國船用LNG產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。本文針對(duì)國內(nèi)不同內(nèi)河水域的復(fù)雜情況，對(duì)LNG動(dòng)力船不同加注方案進(jìn)行了深入的分析、對(duì)比，形成的內(nèi)河LNG動(dòng)力船加注方案對(duì)于國內(nèi) LNG動(dòng)力船加注站的規(guī)劃和建設(shè)具有一定的指導(dǎo)意義。

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Research on Bunkering Mode of LNG Powered Ship in Inland River

ZHAO Ya-bin，QIN Dong-dong，HAN Xing，WANG Xiao-dong，REN Yu-hong
（China University of Petroleum （Beijing），Beijing 102249，China）

Six kinds of LNG powered ship's gas filling methods were described， including shore base， barge base，LNG storage tank， ship base， floating chamber and replacement of the storage tank. advantages and disadvantages of the different gas filling methods were analyzed. Combined with the characteristics of the different inland rivers， taking Changjiang River and the Grand Canal as the examples， a systematic and comprehensive research of LNG powered ships gas filling methods in different inland rivers was carried out， a relatively perfect bunkering mode for LNG powered ship in inland rivers was determined.

LNG powered ship； Inland river； LNG bunkering mode； LNG bunkering station

TE 624

A

1671-0460（2015）12-2876-03

2015-07-07

趙亞彬（1990-），男，河北石家莊人，中國石油大學(xué)（北京）在讀研究生，研究方向：天然氣與LNG相關(guān)技術(shù)研究。E-mail：393846158@qq.com。