王紅堯，覃杰，陳良志

（中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 510230）

0 引言

液化天然氣（LNG）作為可代替柴油等清潔能源，因其環(huán)境效益顯著，正成為未來船用燃料的首選。目前長江、西江、京杭運河等內(nèi)河沿線城市已完成了部分內(nèi)河液化天然氣加注碼頭的布點及建設(shè)，同時也在加快推進(jìn)更大范圍的內(nèi)河液化天然氣加注碼頭的選址及建設(shè)工作。

目前，內(nèi)河液化天然氣加注碼頭在國內(nèi)建成營運的成熟案例較少，且多以躉船式為主，可參照的岸基式加注碼頭設(shè)計經(jīng)驗欠缺，主要包括已建的重慶巴南區(qū)麻柳嘴鎮(zhèn)加注碼頭和京杭運河上鎮(zhèn)江諫壁站加注碼頭等，在建的長江干線上鎮(zhèn)江港高橋港區(qū)加注碼頭和蕪湖港三山港區(qū)加注碼頭等。同時，國內(nèi)外液化天然氣受注船數(shù)量有限，受注船船型相關(guān)參數(shù)及特性不統(tǒng)一。為了推進(jìn)內(nèi)河岸基式加注碼頭的規(guī)劃建設(shè)，需對受注船型相關(guān)要素及不同于常規(guī)碼頭的設(shè)計要點進(jìn)行總結(jié)分析。結(jié)合國內(nèi)已建、在建及設(shè)計中的內(nèi)河液化天然氣岸基式加注碼頭項目經(jīng)驗，初步分析歸納了受注船型的要素以及主要的設(shè)計要點。

1 受注船型要素分析

國內(nèi)外新建或改造完成的液化天然氣受注船整體數(shù)量有限，包括以液化天然氣為單一燃料的船舶、以液化天然氣和燃油為雙燃料的船舶、以液化天然氣燃料和其他能源為混合動力的船舶等[1]，根據(jù)相關(guān)調(diào)研整理受注船型主要要素如下：

1）液化天然氣受注船現(xiàn)狀以改造為主，改造后主要以雙燃料或混合燃料為主，燃料罐容較小。結(jié)合相關(guān)環(huán)保政策及船舶自身的動力技術(shù)發(fā)展，未來主要是以液化天然氣為單一燃料的受注船。

2）考慮內(nèi)河水運條件及改造成本，結(jié)合地方政府對受注船改造的政策文件，內(nèi)河液化天然氣受注船目前最小改造船型約為400噸級，大的內(nèi)河改造受注船型基本在10000噸級以內(nèi)。內(nèi)河水上移動式的船對船加注監(jiān)管難度大，地方海事監(jiān)管可操作性低，因此內(nèi)河主要還是采用碼頭的形式進(jìn)行加注?？紤]未來大型海輪受注量大，航程遠(yuǎn)，可通過沿海船對船或沿海碼頭加注等形式完成加注。內(nèi)河加注站儲罐整體容量受限，LNG加注站總儲量在1000～2000 m3、單罐容積在250 m3以內(nèi)[2]，因此內(nèi)河加注碼頭目前主要考慮10000噸級以內(nèi)的受注船，遠(yuǎn)期對于長江等干線航區(qū)可考慮碼頭結(jié)構(gòu)預(yù)留，運河及其他支線河流需通過航道規(guī)劃及船型分析來確定受注船型等級。

3）參照國內(nèi)新建及改造的LNG燃料動力船的調(diào)研情況，3000噸級及以下LNG燃料動力船的LNG燃料罐多為20 m3及以下。其主要按照海事局公布的《內(nèi)河天然氣燃料動力船舶法定檢驗暫行規(guī)定（2013）》，對于放置在開敞式船艙的LNG燃料罐最大容積不得超過20 m3，因此開敞式船艙的小型LNG動力船每次加注量一般不會超過20 m3。

4）對于5000～10000噸級的內(nèi)河貨船、江海直達(dá)型貨輪或海輪，國內(nèi)外已進(jìn)行LNG燃料動力改造或新造的船只很少，此種船只燃料倉的大小及每次燃料加注量與其噸位和航線距離有關(guān)，且采用LNG燃料動力后仍需使用常規(guī)柴油或燃料油。根據(jù)已有資料分析，國內(nèi)5000～10000噸級LNG燃料動力船的燃料倉容量普遍較小，基本在25～100 m3。國外5000～10000噸級LNG燃料動力船以海船為主，燃料倉容普遍較大，結(jié)合LNG與油品的熱值比，根據(jù)現(xiàn)有船只燃料倉容積換算，5000～10000噸級LNG燃料動力船的燃料倉容積約150～500 m3。

5）根據(jù)調(diào)研受注船型情況，內(nèi)河受注船LNG燃料罐基本布置于發(fā)動機(jī)同側(cè)，以船尾為主，加注口以右舷為主，也存在位于左舷需通過軟管跨船加注情況，或者加注口布置于船舶中間，適應(yīng)左右加注需求的情況。

目前，國內(nèi)新建或者改造完成的液化天然氣受注船主要分布在長江、西江及京杭運河等主力航運干線上，受注船型統(tǒng)計樣本有限，通過調(diào)研及搜集的部分內(nèi)河受注船船型參數(shù)，見表1。

表1 部分內(nèi)河受注船船型參數(shù)一覽表Table 1 Reference list of type parameters of LNG fueled vessels

2 設(shè)計要點

岸基式加注碼頭具有實用性好、加注量大、加注快速等優(yōu)點[3]，為了更好地分析岸基式加注碼頭有別于其他常規(guī)碼頭的技術(shù)要點，針對已建及在建的碼頭分析總結(jié)如下。

2.1 內(nèi)河岸基式加注碼頭建設(shè)規(guī)模的確定

內(nèi)河岸基式加注碼頭的建設(shè)規(guī)模應(yīng)與所在河段航道的通航標(biāo)準(zhǔn)、航道等級、尺度、船舶數(shù)量等條件相適應(yīng)，并結(jié)合遠(yuǎn)期需求，適當(dāng)留有發(fā)展余地[1]。根據(jù)目前國內(nèi)內(nèi)河已建及在建加注碼頭和受注船型的情況分析，碼頭建設(shè)等級主要考慮400～10000噸級，對于長江等干線航區(qū)可考慮適當(dāng)?shù)拇a頭結(jié)構(gòu)等級預(yù)留。目前水上LNG燃料動力船舶主要是使用LNG作為燃料替代部分燃油，項目吞吐量預(yù)測需要對目標(biāo)市場的燃油等燃料消費需求現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研分析[4]，結(jié)合內(nèi)河船舶發(fā)展現(xiàn)狀及燃料消耗發(fā)展趨勢、目標(biāo)市場內(nèi)河貨物周轉(zhuǎn)量發(fā)展現(xiàn)狀及預(yù)測[5]，得出目標(biāo)市場船用LNG消費需求，結(jié)合項目自身的區(qū)位優(yōu)勢對比最終確定項目LNG加注的吞吐量規(guī)模以及加注碼頭數(shù)量規(guī)模，見圖1。

圖1 船用LNG吞吐量預(yù)測思路示意圖Fig.1 Schematic diagram of marine LNG throughput forecast

2.2 碼頭加注點布置

通過內(nèi)河受注船相關(guān)要素分析，岸基式加注碼頭加注點盡可能布置在受注船的尾部（發(fā)動機(jī)端），考慮船舶進(jìn)出港及加注的適應(yīng)性，加注點考慮受注船頂流靠泊及右舷加注的便利性。由于部分內(nèi)河航道規(guī)定除指定調(diào)頭區(qū)外，禁止航行船舶調(diào)頭，碼頭加注點的布局還應(yīng)考慮航道上水、下水不同航向加注碼頭的平衡[6]。對于受注船型跨度較大的連片式布置泊位，需對受注船型進(jìn)行劃分，開展船型組合，結(jié)合船型組合的靠泊需求布置相應(yīng)加注點。對于單個加注泊位，可以適當(dāng)考慮加注點位置的預(yù)留，提高不同類型受注船的適應(yīng)性。

2.3 碼頭主尺度要點

岸基式加注碼頭的布置型式需要充分考慮水位及加注工藝的適應(yīng)性。當(dāng)水位變化較大時，LNG動力船可能無法靠近碼頭與加注系統(tǒng)正常對接，影響岸基加注碼頭的正常運營[7]，因此需要采用斜坡加注碼頭或者浮式加注碼頭。當(dāng)水位變化不大時，可采用固定式的加注碼頭。

內(nèi)河岸基式碼頭主尺度計算主要還是依托相關(guān)的行業(yè)規(guī)范，對于受注船型跨度大、規(guī)模等級高的加注碼頭，其長度的確定需要充分考慮不同船型組合對于岸線需求的影響，結(jié)合受注點的布置來計算碼頭所需的長度。

通過對目前國內(nèi)已建及在建的岸基式加注碼頭情況分析，內(nèi)河岸基式加注碼頭若不考慮檢修車輛的通行，主要包括前方加注作業(yè)區(qū)及后方管線的布置，一般都在10～15 m之間，但在碼頭設(shè)計時需要充分考慮目前受注船船型存在的不確定性以及受注口位置的不一致性，要保留碼頭平面尺度對于營運期不同受注船型的適應(yīng)性需求。對于后續(xù)營運受注船型參數(shù)及需求相對明確的可以考慮采用墩式布置形式，滿足加注平臺功能即可。若碼頭規(guī)模較大，且需要考慮檢修車輛的通行及補(bǔ)償需求，其碼頭寬度一般需要20 m左右。

2.4 加注設(shè)備的確定

目前改造的受注船主要以雙燃料或混合燃料為主，LNG燃料罐容普遍較小。內(nèi)河沿線3000噸級及以下的小型受注船每次加注量基本在20 m3及以下，若加注泊位的加注流量確定為30 m3/h，單艘船舶凈加注時間約為0.5 h?？紤]3000噸級及以下小型受注船加注流量較小，受注船甲板高度差也較小，加注設(shè)備采用金屬軟管，一方面能夠適應(yīng)各種不同船型，另一方面也便于在碼頭上設(shè)置多個LNG加注點，覆蓋范圍更廣。

對于5000～10000噸級內(nèi)河貨船、江海直達(dá)型貨輪或海輪，根據(jù)現(xiàn)有船只的燃料倉容積換算出此類船只改造成LNG燃料動力后燃料倉的容積在150～500 m3左右，一次加注量較大?？紤]船舶受注時間不宜過長，該類受注船加注點加注流量需300 m3/h，加注點LNG管線管徑相應(yīng)較大，如使用金屬軟管，則會因為軟管過重而導(dǎo)致操作困難，因此，對于該類受注船型的加注點需采用LNG加注臂的配置。

目前純LNG燃料大型受注船較少，因此在長江等內(nèi)河干線上布置LNG加注碼頭需要一定的加注臂設(shè)置或預(yù)留，以便于適應(yīng)未來的加注需求。

2.5 受注時間的控制

加注碼頭的受注時間影響項目的競爭力及經(jīng)濟(jì)效益，受注船加注的時間不宜太長?？紤]受注船上安全閥的限制，加注管道壓力基本固定，對于常規(guī)內(nèi)河岸基式加注碼頭加注時間基本可控，管道預(yù)冷與船舶靠泊可以同步實施。但對于斜坡碼頭或者浮式碼頭，碼頭、斜坡道以及引橋之間的接口較多，為避免船舶靠泊過程對管道的損傷，都需要船舶靠泊完畢，再進(jìn)行管道接口的連接、管道預(yù)冷等作業(yè)。以重慶LNG加注碼頭為例，管道預(yù)冷大致需要30 min，其中20 min是從常溫降到0℃。按照單艘船單次的加注量約15.5 m3，考慮靠泊、吹掃、預(yù)冷、加注、離泊的總加注時間約3.5 h，加注整體時間過長，其中管道接口的連接以及管道的預(yù)冷是影響其總體受注時間的關(guān)鍵。因此對于斜坡碼頭或浮式碼頭加注工藝設(shè)計中需考慮快速接頭等措施，以提高相應(yīng)的銜接效率。

2.6 BOG的處理

根據(jù)相關(guān)規(guī)范及環(huán)保政策要求，內(nèi)河加注站相應(yīng)的BOG應(yīng)回收利用[8]，針對不同的加注碼頭選址及周邊情況合理選用BOG的處理方式。

BOG處理方式一：考慮將加注工藝系統(tǒng)BOG集中后，經(jīng)BOG處理系統(tǒng)加熱、調(diào)壓形成CNG，輸送至CNG槽車集氣管束對外銷售[9]或采用儲罐回收處理后通過管道供周邊居民及設(shè)施用氣。該方式BOG處理的整體效益基本是虧損的，需有一定的政策支持，如已建的重慶LNG加注碼頭。

BOG處理方式二：依托旁邊的LNG接收站，通過管道連接接收站BOG的處理區(qū)統(tǒng)一處理利用。該方式環(huán)保性好、效益高，但需依托LNG接收站，受限較大，如在建的鎮(zhèn)江LNG加注碼頭。

3 結(jié)語

國內(nèi)外新建或改造液化天然氣受注船整體數(shù)量有限，結(jié)合已有受注船型資料及實施項目情況，對受注船型的燃料組成、LNG燃料罐的位置及倉容、受注口的分布、受注船型等級等要素進(jìn)行了分析總結(jié)。同時結(jié)合受注船型相關(guān)要素的特點，對岸基式加注碼頭的設(shè)計要點進(jìn)行了研究：

1）內(nèi)河加注碼頭建設(shè)等級主要考慮400～10000噸級，對于長江等干線航區(qū)可以考慮適當(dāng)?shù)拇a頭結(jié)構(gòu)等級預(yù)留。LNG加注碼頭的吞吐量規(guī)模以及碼頭數(shù)量規(guī)模確定需要充分考慮目標(biāo)市場船用燃料需求、受注船的發(fā)展政策及趨勢、項目自身的區(qū)位優(yōu)勢等因素；

2）岸基式加注碼頭加注點盡可能布置在受注船的尾部（發(fā)動機(jī)端），加注點充分考慮受注船頂流靠泊及右舷加注的便利性。連片式泊位需結(jié)合船型組合的靠泊需求布置相應(yīng)的加注點。單個加注泊位可適當(dāng)考慮加注點位置的預(yù)留；

3）岸基式加注碼頭長度的確定需要充分考慮不同船型組合對于岸線需求的影響。碼頭寬度需要充分考慮前方加注作業(yè)區(qū)、檢修車輛的通行、工藝管線的布置及補(bǔ)償?shù)刃枨螅?/p>

4）3000噸級及以下小型受注船所需的加注流量較小，受注船甲板高度差也較小，加注設(shè)備可采用金屬軟管。對于干線航道上5000～10000噸級受注船加注流量較大，加注碼頭需要考慮一定的加注臂設(shè)置或預(yù)留；

5）對于斜坡碼頭或浮式碼頭加注工藝設(shè)計中需考慮快速接頭等措施，以提高相應(yīng)的銜接效率；

6）岸基式加注碼頭設(shè)計中針對不同的碼頭選址及周邊情況需要合理選用BOG的處理方式。