尹 琳

（中國(guó)海洋石油集團(tuán)有限公司 北京100010）

引 言

隨著原油消耗，隨之帶來(lái)的就是排放污染。近10年來(lái)，國(guó)際海事組織（IMO）和歐洲、美國(guó)當(dāng)局出臺(tái)了一系列日趨嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。IMO相關(guān)資料表明，船舶年排放硫氧化物約占世界排放總量的4%，年排放氮氧化物約占世界排放總量的7%，特別是在港口、海峽和一些航線密集、船舶流量大的海區(qū)，船舶排放已成為該地區(qū)的主要污染源。

對(duì)于我國(guó)內(nèi)河水域，2015年12月15日交通運(yùn)輸部發(fā)布了中國(guó)領(lǐng)土水域3個(gè)汚染排放控制區(qū)——珠三角、長(zhǎng)三角、環(huán)北海（京津冀）的相關(guān)法律。從2018年1月1日起，硫含量低于0.5%m/m的燃料使用要求擴(kuò)大至污染排放控制區(qū)內(nèi)的所有港口，從2019年1月1日起，該法規(guī)的覆蓋范圍擴(kuò)大至汚染排放控制區(qū)內(nèi)的所有水域運(yùn)營(yíng)的船舶，2019年12月31日前，評(píng)估前述控制措施的實(shí)施效果，確定是否采取進(jìn)一步行動(dòng)。

LNG作為一種清潔能源，可以減少氮氧化物和二氧化碳的排放，消除硫化物和微小顆粒等排放［1］。綜合考慮，LNG替代船用燃油的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)有：有利于節(jié)能減排，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)；有利于降低物流運(yùn)輸業(yè)整體成本，提高經(jīng)濟(jì)效益；安全可靠性高，隱患?。?］。目前，控制硫化物和氮化物排放的主要措施包括使用低硫燃料、安裝氣體吸收裝置，以及使用LNG燃料，大力扶持內(nèi)河LNG動(dòng)力船舶的開發(fā)應(yīng)用。但使用LNG需對(duì)燃料系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)，需要在船舶上存放較大的LNG儲(chǔ)存罐，對(duì)內(nèi)河航行安全也帶來(lái)隱患和風(fēng)險(xiǎn)。本文針對(duì)應(yīng)用LNG作為船舶動(dòng)力燃料在主機(jī)選型、LNG燃料補(bǔ)給和LNG運(yùn)輸作業(yè)安全等三個(gè)關(guān)鍵問題上進(jìn)行研究分析。

1 內(nèi)河船舶LNG應(yīng)用情況

LNG燃料早在1964年就開始應(yīng)用于LNG運(yùn)輸船，但直到2000年才開始應(yīng)用于其他類型船舶，2005年法國(guó)大西洋船廠建造了當(dāng)時(shí)世界第一艘最大的雙燃料LNG船。LNG動(dòng)力船發(fā)展至今，國(guó)外比較有代表性的LNG動(dòng)力船有：挪威2000年建造的渡船“M/F Glutra”號(hào)，Eidesvik公司2003年建造的世界首艘LNG燃料供應(yīng)船“Viking Energy”號(hào)，2012年STX挪威近海公司建造的LNG燃料平臺(tái)供應(yīng)船“PSV06”， 德國(guó)航運(yùn)公司Reederei Stefan Patjens公司建造的1艘5 000 TEU集裝箱船“Maersk Drury”號(hào)，2017年俄羅斯國(guó)有航運(yùn)公司Sovcomflot建造的4艘LNG動(dòng)力1A冰級(jí)阿芙拉型原油船。動(dòng)力1A冰級(jí)阿芙拉型原油船見圖1。

圖1 LNG動(dòng)力1A冰級(jí)阿芙拉型原油船

國(guó)內(nèi)LNG燃料動(dòng)力應(yīng)用始于2009年，起步較晚。武漢輪渡公司“輪渡302”是國(guó)內(nèi)首個(gè)向中國(guó)船級(jí)社（簡(jiǎn)稱CCS）申請(qǐng)LNG雙燃料船舶改建的項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)內(nèi)河LNG動(dòng)力船舶“零”的突破［3］。之后，CCS參與了長(zhǎng)航集團(tuán)“長(zhǎng)迅三號(hào)”集裝箱船的改造工作。3 100 t LNG動(dòng)力散貨船是首個(gè)入級(jí)CCS的新建LNG動(dòng)力船。2015年，中海油成功建造了當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)首艘3萬(wàn) m3LNG運(yùn)輸船“海洋石油301”號(hào)，該船也是當(dāng)時(shí)全球最大的C型LNG運(yùn)輸船（見圖2）。

圖2 “海洋石油301”LNG運(yùn)輸船

實(shí)例證明，隨著LNG燃料的推廣，其安全性通過(guò)實(shí)踐得以證明并獲得認(rèn)可，與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)LNG燃料動(dòng)力船應(yīng)用也越來(lái)越普及（見表1）。

表1 國(guó)內(nèi)LNG動(dòng)力船情況

由于使用LNG作為船舶燃料從營(yíng)運(yùn)費(fèi)用到排放指標(biāo)都非常令人滿意，LNG作為船舶燃料得到了較好的應(yīng)用，目前考慮使用LNG作為燃料的船舶主要包括海洋工程供應(yīng)船、海上浮式儲(chǔ)油輪、渡輪、滾裝船和集裝箱船，這些船舶航線相對(duì)固定，能夠得到LNG補(bǔ)給。［4］

2 雙燃料主機(jī)選型分析

中海油計(jì)劃投資建造3艘6.5萬(wàn)噸級(jí)油輪，由于該批油輪不僅要在沿海卸油，還需要直接進(jìn)入長(zhǎng)江，抵達(dá)南京卸油，基于LNG燃料動(dòng)力的優(yōu)勢(shì)，首次考慮使用LNG燃料，同時(shí)將普通燃料作為備用，因此，計(jì)劃使用雙燃料主機(jī)。LNG燃料動(dòng)力示意圖見圖3。

圖3 LNG燃料動(dòng)力示意圖

國(guó)內(nèi)對(duì)于小型LNG燃料動(dòng)力主機(jī)已漸趨于成熟，但對(duì)于大型LNG燃料動(dòng)力主機(jī)還沒有應(yīng)用成熟的產(chǎn)品。目前國(guó)際上應(yīng)用LNG燃料動(dòng)力的既有純?nèi)細(xì)鈾C(jī)，也有燃油燃?xì)怆p燃料主機(jī)，兩者都比較成熟。LNG燃料船動(dòng)力系統(tǒng)主要由瓦錫蘭、MAN（曼恩）、羅爾斯·羅伊斯和三菱重工等4家公司供應(yīng)，其中瓦錫蘭和MAN以雙燃料發(fā)電機(jī)為主，而羅爾斯·羅伊斯和三菱重工以氣體發(fā)動(dòng)機(jī)為主［2］。根據(jù)國(guó)內(nèi)內(nèi)河LNG的補(bǔ)給現(xiàn)狀，從船舶運(yùn)輸燃料補(bǔ)給的安全性及可靠性來(lái)考慮，目標(biāo)船型的主機(jī)建議選擇雙燃料型。

瓦錫蘭和MAN兩家雙燃料發(fā)電機(jī)產(chǎn)品工作原理不同，技術(shù)特點(diǎn)也有所不同（見下頁(yè)表2）。通過(guò)技術(shù)比較可以看出：MAN和瓦錫蘭這兩家的雙燃料低速主機(jī)各有優(yōu)缺點(diǎn)。如果考慮尾氣排放系統(tǒng)在同一水平（即都滿足Tier III），則MAN機(jī)型需要增加尾氣處理系統(tǒng)。同時(shí)，由于這兩種系統(tǒng)供氣系統(tǒng)壓力等級(jí)不同，也會(huì)造成配套的供氣系統(tǒng)投資不同。

LNG為燃料時(shí)，主機(jī)排放可滿足低于0.1% m/m燃油硫含量的標(biāo)準(zhǔn)，MAN的雙燃料主機(jī)在燃?xì)饽Ｊ较驴蓾M足Tier II的NOx排放要求，而瓦錫蘭的雙燃料主機(jī)在燃?xì)饽Ｊ较轮苯涌蓾M足Tier III的NOx排放要求，而且由于LNG的碳轉(zhuǎn)換系數(shù)為2.75，較MDO等燃油的碳轉(zhuǎn)換系數(shù)小15%左右，因此更容易滿足EEDI指數(shù)的相關(guān)要求。從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，如果船舶放都滿足Tier III，則MAN機(jī)型需增加尾氣處理系統(tǒng)，而WINGD機(jī)型則無(wú)需增加附屬設(shè)施。此外，MAN 機(jī)型采用的高壓供氣系統(tǒng)壓力為300 bar（1 bar=0.1 MPa），其泄漏風(fēng)險(xiǎn)要比采用低壓系統(tǒng)的瓦錫蘭機(jī)型高，且國(guó)內(nèi)低壓供氣系統(tǒng)技術(shù)及其設(shè)備更為成熟，造價(jià)也相對(duì)較低。

因此，經(jīng)過(guò)綜合考慮，對(duì)于6.5萬(wàn)t油輪的雙燃料主機(jī)，建議采用瓦錫蘭機(jī)型。

表2 兩種雙燃料低速主機(jī)性能的比較

3 LNG燃料補(bǔ)給

LNG加注站是整個(gè)LNG產(chǎn)業(yè)鏈上的重要環(huán)節(jié)，加注站的布局和普及率也制約著LNG燃料動(dòng)力應(yīng)用的發(fā)展。目前，實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶的LNG加注有4種方式：

（1）槽車對(duì)船

該加注方式較為普及，北歐大部分LNG動(dòng)力船采用此種方式加注。

（2）岸站對(duì)船

該加注方式已在挪威應(yīng)用，我國(guó)尚無(wú)首例。

（3）便攜式液罐

其可直接被裝在船上作為燃料儲(chǔ)存，但必須和船舶設(shè)計(jì)兼容。由于存在一定的泄漏風(fēng)險(xiǎn)，且占用船舶的空間和承載，因此使用并不廣泛。

（4）船對(duì)船

該加注方式的應(yīng)用發(fā)展相對(duì)較晚，2013年初，世界首艘LNG加注船在Viking Line投入運(yùn)營(yíng)。

推廣應(yīng)用LNG作為船舶燃料，最大的障礙之一是配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)落后。我國(guó)內(nèi)河LNG燃料動(dòng)力船配套水上加注站未成規(guī)模，主要是專業(yè)的加注碼頭的建設(shè)處于起步階段，中石油、中石化、中海油等雖然都在規(guī)劃建設(shè)LNG加注碼頭，部分項(xiàng)目已開展前期研究工作。除自身的安全因素外，因?yàn)橄嚓P(guān)部門行政審批手續(xù)不一、無(wú)水上氣源、選址與岸線利用、港口規(guī)劃、對(duì)周邊碼頭作業(yè)影響、建設(shè)成本、運(yùn)營(yíng)成本等因素都制約LNG加注站在內(nèi)河的發(fā)展。［5］

近年來(lái)，我國(guó)主要推進(jìn)內(nèi)河水域船舶的LNG應(yīng)用，因此現(xiàn)在的加注站主要分布在內(nèi)河水域。在國(guó)內(nèi)，現(xiàn)有約10個(gè)加注站在運(yùn)營(yíng)，這些加注站主要是分布在長(zhǎng)江干線、西江干線和京杭運(yùn)河。中海油作為全球第三、中國(guó)最大的LNG進(jìn)口商，也在積極開展LNG資源供應(yīng)能力建設(shè)，如推動(dòng)沿?！拔甯垡画h(huán)”LNG加注站投資建設(shè)，并對(duì)沿海LNG接收站進(jìn)行反輸功能改造，配套建造多艘LNG移動(dòng)加注船，實(shí)現(xiàn)沿海LNG資源進(jìn)長(zhǎng)江；同時(shí)沿長(zhǎng)江中、下游布局建設(shè)LNG接收中轉(zhuǎn)站、加注躉船及岸基式加注站等，確保LNG資源的充足供應(yīng)，以便于大型海船LNG加注。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，內(nèi)河LNG燃料動(dòng)力的推廣應(yīng)用，必須加大對(duì)船舶加注設(shè)施的統(tǒng)一規(guī)劃，將LNG加注站相關(guān)布點(diǎn)或改造時(shí)間表提上日程，加快加注LNG配套設(shè)施的投資。隨著越來(lái)越多的LNG加注站建設(shè)到位以及加注船的建造完成，LNG燃料動(dòng)力的補(bǔ)給將不存在問題。

4 LNG燃料動(dòng)力油輪作業(yè)安全

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)安全監(jiān)管部門對(duì)LNG動(dòng)力船的安全屬性一直未予以明確界定，由于LNG燃料動(dòng)力船攜帶較大的LNG儲(chǔ)存罐，部分行業(yè)管理人員傾向于將其視為危險(xiǎn)品船管理［6］。LNG燃料動(dòng)力油輪的安全作業(yè)主要考慮LNG作為一種液態(tài)危險(xiǎn)品，如何避免在內(nèi)河或港口運(yùn)輸時(shí)發(fā)生危險(xiǎn)。因此，移動(dòng)安全區(qū)設(shè)置、港口氣象條件、航道富余水深等都是影響LNG燃料動(dòng)力進(jìn)出港的重要因素。對(duì)于航道繁忙的港口，封航管制措施時(shí)常造成其他類型船舶靠泊計(jì)劃延誤或取消，也限制了油輪進(jìn)港數(shù)量和時(shí)間。

目前，我國(guó)對(duì)LNG動(dòng)力船還缺乏統(tǒng)一的監(jiān)管模式，標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行情況紊亂，缺乏統(tǒng)一的實(shí)施程序。但可喜的是，近年來(lái)我國(guó)在LNG動(dòng)力船改造與新建、動(dòng)力系統(tǒng)、船舶安全檢驗(yàn)、主要設(shè)備方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范正在逐步建設(shè)。從2008年開始，中國(guó)船級(jí)社先后頒布《氣體燃料動(dòng)力船檢驗(yàn)指南》、《雙燃料動(dòng)力船檢驗(yàn)驗(yàn)船師須知》、《天然氣燃料動(dòng)力船規(guī)范》和《雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)與安裝指南》等關(guān)于LNG動(dòng)力船方面的規(guī)范，頒布了《關(guān)于明確LNG動(dòng)力船舶改造試點(diǎn)工作有關(guān)事宜的通知》、《LNG燃料動(dòng)力試點(diǎn)船舶技術(shù)要求》和《內(nèi)河天然氣燃料動(dòng)力船舶法定檢驗(yàn)暫行規(guī)定（2013）》等船用LNG方面的指導(dǎo)性文件。這些規(guī)范性文件為L(zhǎng)NG船舶的發(fā)展提供了政策指導(dǎo)。

2016年1月1日，交通運(yùn)輸部頒布了《液化天然氣碼頭設(shè)計(jì)規(guī)范》，提出LNG船舶在海港航道進(jìn)出港航行時(shí)的移動(dòng)安全區(qū)設(shè)置建議，如與其他同向行駛的船舶的移動(dòng)安全區(qū)尺度為船首和船尾各1～2 n mile，穿越航道的船舶與LNG船舶的移動(dòng)安全區(qū)尺度為船首1.5 n mile、船尾0.5 n mile，對(duì)左右移動(dòng)安全區(qū)尺度沒有明確規(guī)定。相關(guān)限制條件的合理設(shè)置與不斷完善，為L(zhǎng)NG動(dòng)力船舶在內(nèi)河的應(yīng)用提供了政策依據(jù)，也必將提高船舶的運(yùn)營(yíng)效率。

因此，只要我們繼續(xù)加快技術(shù)攻關(guān)和相關(guān)規(guī)范制定，深入研究，總結(jié)前期實(shí)際運(yùn)營(yíng)船舶的經(jīng)驗(yàn)與不足，結(jié)合內(nèi)河船舶的特點(diǎn)，不斷提高規(guī)范的適用性，便能對(duì)LNG燃料動(dòng)力油輪在進(jìn)出港時(shí)進(jìn)行合理管制，從而有效提高運(yùn)輸效率，保障作業(yè)安全。

5 結(jié) 語(yǔ)

低碳、環(huán)保已成為全球航運(yùn)業(yè)發(fā)展的方向。雖然LNG燃料動(dòng)力油輪在內(nèi)河領(lǐng)域推廣應(yīng)用尚存在一定困難，但只要能加強(qiáng)技術(shù)方案的研究，合理地進(jìn)行設(shè)備配置，加大LNG加注基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)確保燃料的供給，不斷完善各項(xiàng)法規(guī)與規(guī)范，從而對(duì)LNG燃料動(dòng)力予以支持，輔以一定的行業(yè)激勵(lì)政策，必然能極大地推動(dòng)LNG燃料動(dòng)油輪在內(nèi)河取得良好的實(shí)際應(yīng)用，為持續(xù)打贏“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”和“污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)”作出積極貢獻(xiàn)。