內河LNG動力船加注方案研究

趙亞彬，秦冬冬，韓 星，王曉東，任玉鴻

（中國石油大學（北京），北京 102249）

內河LNG動力船加注方案研究

趙亞彬，秦冬冬，韓 星，王曉東，任玉鴻

（中國石油大學（北京），北京 102249）

介紹了岸基加注、罐車加注、躉船加注、移動加注船、浮倉加注以及儲罐換裝六種 LNG動力船加注方式，并詳細分析了各加注方式的優缺點。再結合我國內河水域的不同特點，主要以長江和京杭大運河為例，對不同內河水域的LNG動力船加注方案進行了系統、分類研究，最終得出了較為完備的中國內河LNG動力船加注方案。

LNG 動力船；內河；LNG加注方案；LNG加注站

LNG作為一種清潔能源，在安全性、經濟性以及環保性等方面具有明顯優勢，已成為世界公認的未來船舶能源首選［1］。目前，國內“氣化長江”、“氣化珠江”等內河船舶“油改氣”項目正穩步推進，長江、珠江以及京杭大運河等內河水域是我國船舶氣代油改造的重點［2］。2013年至今，一系列船用LNG政策的出臺標志著我國船用 LNG產業進入了快速發展階段。《交通運輸部關于推進水運行業應用液化天然氣的指導意見》提出：到2020年，中國內河運輸船舶能源消耗中LNG的比例要達到10%以上。這是世界上首次由國家政府層面為推動船用 LNG的發展應用而發布的文件，是今后指導我國水運行業應用LNG燃料的綱領性文件。LNG 作為船舶燃料的最大障礙之一就是LNG加注站建設滯后［3］，LNG加注站的快速發展依賴于安全、可靠的LNG動力船加注方案，完善的內河LNG動力船加注方案是LNG動力船可持續發展的關鍵。

1 LNG動力船加注現狀

LNG作為船舶燃料最早應用于LNG運輸船，直至2000年才發展到其他船型［4］。國內LNG動力船以改造在內河航行的散貨船為主，內河船舶大多采用輕柴油作為推進燃料，改造后既可以單獨燒柴油，也可以實現柴油和LNG的混合燃燒，常用工況下的天然氣摻燒比可達 70%左右［5］，混合比例可根據不同工況進行調整。LNG動力船自身配備一定容量的LNG儲罐，如何通過最佳的加注方案對其進行加注是需要解決的關鍵問題［6］。

目前，國內外的LNG動力船主要有岸基加注、罐車加注、躉船加注、移動加注船、浮倉加注、儲罐換裝六種加注方式。國外的LNG動力船多為在沿海區域航行的滾裝船和平臺供應船［7］，主要采用岸基加注及罐車加注的方式。國內在岸基 LNG加注站、LNG加注躉船等設施建成之前，主要采用LNG罐車進行近岸加注或利用換裝 LNG儲罐的方式進行加注［8］。根據我國《LNG燃料動力試點船舶技術要求》，船用LNG儲罐的有效容積不大于20 m3，船舶加氣時間不超過1 h。

2 LNG動力船加注方式及特點

2.1 岸基加注

岸基加注方式是指通過岸上固定設施對 LNG動力船進行加氣的固定式加注站，根據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儲罐、充裝系統、卸車系統、加注系統及安全控制系統等組成，利用充裝撬及管線將 LNG從儲罐輸送至加注系統給目標船只加氣［9］。其中，充裝系統是給船舶加注 LNG的低溫潛液泵、儀表、閥門及其它配套設備的集成撬體，加注系統主要由低溫加氣臂或加氣機、加氣軟管等組成。

岸基加注站的各類裝置均設置在岸邊及碼頭上，安全性及可靠性高，適合內河LNG動力船的快速加注，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品碼頭，對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均固定設置，當水位變化較大時 LNG動力船可能無法靠近碼頭與加注系統正常對接［10］，影響岸基加注站的正常運營。此外，由于LNG通過管線輸送，產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 LNG動力船補充燃料［12］。目前，罐車式加注仍然是國內最常用的LNG動力船加注方式。

現階段，國內最大的LNG罐車罐容約56 m3，LNG罐車的生產及加注技術均已發展成熟。與其他加注方式相比，LNG罐車加注工序簡單，機動靈活，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，主要適用于內河小型船舶加注。而且國內沒有統一的罐車加注規范、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險。

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，根據躉船自身是否配備儲罐可分為獨立式躉船加注站和接管道式躉船加注站，主要由LNG儲罐、低溫潛液泵、低溫加氣臂及其他配套系統組成，加注躉船通過低溫加氣臂向船舶加注LNG。目前，國內已建躉船加注站絕大部分是獨立式躉船加注站。

躉船加注站具有加注速度快、加注效率高的優點，而且由于躉船布置于河道上，可以隨水位變化情況進行相應調整，環境適應性較好。接管道式加注躉船的LNG儲罐固定于岸邊，需要建設連接躉船和岸邊儲罐的架空斜坡道來敷設管道，通過斜坡道來消除水位變化對管道的影響［13］。獨立式加注躉船自身配備儲罐，可以建設成“油氣合一”的LNG—柴油雙燃料加注站，為LNG動力船同時補充LNG與柴油。但獨立式躉船加注站的各類系統均設置在躉船上，水面上下浮動產生的不穩定性會對LNG的儲存和加注產生一定影響。

2.4 移動加注船

移動加注船是指利用自身具備動力、專門為LNG動力船提供補充燃料服務的移動送供船，主要由LNG儲存及加注系統等系統組成。

移動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，具有很強的機動性，而且加注效率高，適合大中型LNG動力船的加注，根據需要還可以在沿海區域提供加注服務［14］。移動加注船可由LNG運輸船改造而成或新建，投資和操作成本較高，新建5 000 m3的移動送供船造價約8 000萬元。目前國內還沒有移動式LNG加注船，主要原因是國內還未允許LNG運輸船進入內河水域。此加注方式受國家政策的影響較大，若政府批準LNG運輸船進入內河水域，移動加注船即可具備由海進江的功能，承接沿海LNG接收站分撥的LNG資源，起到內河中轉運輸和LNG動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，尤其適合難于進港加氣的超大型LNG動力船［6］。但其投資很大，需要適合停靠大型LNG槽船的港灣或內河水域，而且加注地點固定，主要適用于沿海水域或者錨地加注。國內現階段暫無浮倉式LNG加注站，對其研究也比較少。

2.6 儲罐換裝

儲罐換裝加注方式是利用 LNG儲罐整體吊換到目標船舶的方式來實現加注的，主要適用于內河岸線緊張的地區和航線、加注頻次固定的LNG動力船，尤其適用于耗氣量小且航線固定的旅游船。由于儲罐換裝式加注操作復雜且沒有統一的操作規范，風險較大，經濟性也較差［1］，在國內只作為岸基加注站或躉船加注站建設過程中的一種過渡加氣方式。

3 內河LNG動力船加注方案選擇

3.1 長江、珠江等內河LNG動力船加注方案

長江、珠江等內河是國內天然河流的典型代表，下面以長江為例進行分析。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域豐、枯水期水位落差可達幾十米，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濟發展最高的區域，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，對長江中上游水位變化的適應性較差，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罐，在水位變化較大的情況下無法保證敷設于架空斜坡道上低溫管道的安全性和可靠性。獨立式躉船加注站的LNG儲罐設置于躉船上，減少了岸基式加注和接管道式躉船管道輸送LNG的環節，而且占用岸線少，對長江水位變化的適應性較強。罐車加注方式不需要占用岸線建設專用碼頭，在岸線緊缺的區域可以作為輔助性加注方式。在我國現行內河加注規范及政策下，移動加注船無法進入內河水域，但由于它機動性好、加注量大及適用性強的特點，移動加注船是未來長江水域 LNG動力船加注的發展方向，尤其適用于長江下游水域。因此，現階段長江、珠江等天然河流宜采取“獨立式躉船加注為主，罐車加注為輔”的加注方案，未來宜采取“獨立式躉船加注為主，移動加注船為輔”的加注方案。

3.2 京杭運河LNG動力船加注方案

京杭運河是我國最典型的人工河道，主要特點是航道寬度有限，岸線整齊，水位高差隨季節變化不大，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，但會進一步擠占狹窄的航道，對京杭運河上其他船舶的通行產生不利的影響，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影響航道寬度，同樣不適用于京杭運河。移動加注船建造、運營成本較高，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等裝置均固定設置在岸上，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河的輔助性加注方式。因此，京杭運河宜采取“岸壁式碼頭岸基加注站為主，罐車加注為輔”的LNG動力船加注方案。

4 結束語

我國內河船舶“油改氣”技術正處于由試驗向規劃化、規?；茝V階段，但我國的LNG動力船配套設施建設不完善，尤其是LNG動力船加注站點沒有形成規?；途W絡化，這嚴重制約了我國船用LNG產業的快速發展。本文針對國內不同內河水域的復雜情況，對LNG動力船不同加注方案進行了深入的分析、對比，形成的內河LNG動力船加注方案對于國內 LNG動力船加注站的規劃和建設具有一定的指導意義。

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［3］ 王世榮. 我國內河柴油-LNG雙燃料動力船舶的現狀分析與建議［J］. 中國水運， 2011，11（7）:4-7.

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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（北京）在讀研究生，研究方向：天然氣與LNG相關技術研究。E-mail：393846158@qq.com。