水上LNG加注站選址

劉志仁 ， 余 偉

(1.江蘇海企港華燃氣股份有限公司，江蘇南京210009；2.揚州市燃氣熱力管理中心，江蘇揚州225002)

1 概述

發展LNG燃料動力船，對改善江河水質和沿岸城市空氣質量有良好的積極作用。近年來，我國主要推進內河水域船舶的LNG應用，江蘇海企港華燃氣股份有限公司投資建設的“海港星l號”水上躉船式LNG加注站于2013年9月建成投入試運行，拉開了國內水上LNG加注站建設的序幕。截至2017年底，我國已建成19座水上LNG加注站，主要分布在長江干線、西江、京杭運河等流域，見表1。

表1 我國已建成水上LNG加注站分布數量

2 站址選擇存在的問題

躉船式水上LNG加注站的選址依據海事局文件《水上液化天然氣加注站安全監督管理暫行規定》(海危防[2014]825號)進行。該規定對LNG加注站的站址選擇僅提出原則性要求，并未對LNG工藝裝置與周邊的防火間距等作出明確規定。

行業標準JTS 196-11-2016《內河液化天然氣加注碼頭設計規范(試行)》要求，內河LNG加注碼頭前沿停泊水域和回旋水域的設計尺度和設計水深應按照現行行業標準JTJ 212-2006《河港工程總體設計規范》的有關規定。目前京杭運河已建岸基式水上LNG加注站的碼頭大部分不符合相關要求，且其中個別岸基式水上LNG加注站的碼頭前沿水深不足，存在LNG燃料動力船舶滿載時無法靠泊碼頭，僅空載時方能靠泊加注的情況。

國家主管部門未發布相關管理規定，對在什么區域進行加注，如何管理等進行明確。因此，國內對LNG加注船允許航行及加注區域、補給地點、運力指標、水上過駁安全操作和管理等問題存在爭議，相關問題有待解決。

3 站址選擇需注意的事項

3.1 水上LNG加注站主要功能的確定

水上LNG加注站是為LNG燃料動力船舶加注LNG的場所，通常具有LNG的補給、儲存、加注等功能，并提供其他便利性服務[1]。水上LNG加注站LNG的補給可通過陸上LNG槽車、水上LNG加注船或者兩者聯合的方式進行補給。考慮到部分LNG燃料動力船舶采用混燃模式(即采用燃油和天然氣在缸內按照比例混合燃燒的發動機)或雙燃料模式(采用既能單獨使用天然氣燃料又可單獨使用燃油的發動機)，其都有加注柴油的需求，為避免一艘船舶需到兩個不同站加注時靠離泊時間長、效率低，并節約土地、水域等資源，部分水上LNG加注站與加油站合建。水上LNG加注站內的設施通常按功能分區布置，常用分區見表2。

表2 水上LNG加注站常用分區及其主要建(構)筑物

3.2 水上LNG加注站的加注能力測算

水上LNG加注站合理加注規模是布局規劃的重要內容。由于水上LNG加注站的加注作業是通過前沿靠泊的加注泊位進行，其加注能力也以加注泊位為單位測算。加注泊位的規模與地區LNG加注需求總量直接相關。由于內河航運往往途經多個地區，船舶選擇在哪里加注屬于市場行為，并非所有的船舶都會在本地區進行加注。因此，LNG加注泊位數量計算公式[2]為：

(1)

式中n——水上LNG加注泊位數量，個

q——地區水上LNG加注年需求總量，t/a

q1——單個加注泊位年設計加注能力，t/a

α——加注概率，即船舶選擇在本地區加注的比例

根據相關已建水上LNG加注站數據并結合相關資料，單個加注泊位年設計加注能力可按下式計算：

(2)

式中t——泊位年可運營時間，d/a

i——泊位有效利用率，根據受注船每艘次加注量、加注效率、泊位數、年可運營時間等因素綜合確定

td——每天加注作業時間，h/d

tz——平均一艘受注船的凈加注時間，h

tf——平均一艘受注船的輔助作業時間，h

m——平均每艘次加注量，t，結合受注船的LNG罐容和營運組織情況等綜合分析確定，一般可按LNG罐容的70%～80%考慮

3.3 水上LNG加注站的等級劃分

水上LNG加注站的等級劃分主要用來確定防火間距。LNG儲罐的總容積及單罐容積與事故后果有一定的關聯性，國內外的標準規范也對LNG儲罐的總容積及單罐容積做了相關規定。水上LNG加注站的等級劃分與陸上車用加氣站一樣，需綜合考慮的因素主要有：一是LNG加注站設置的規模與周圍環境的協調，同時應考慮到服務對象的特殊性；二是依據其為LNG燃料動力船舶加注的業務量，通常考慮到LNG補給問題，LNG儲罐總容積按1～3 d的銷售量進行配置；三是LNG儲罐的單罐容積應考慮能夠接受進站槽車的卸載量。

水上LNG加注站的位置通常靠近通航航道，在可供LNG燃料動力船舶安全靠、離泊的水域，位于港口、水上服務區等，遠離城鎮人口密集區和工業廠區，與城鎮燃氣和汽車加氣站LNG設施位于城鎮規劃區不同，因此發生事故時對周邊的影響要小于陸上LNG加注站。根據中國船級社的規范《液化天然氣燃料加注躉船規范》(2017)，對于僅加注LNG燃料的加注躉船，其等級劃分見表3。對于加注LNG燃料和加注燃油合建的加注躉船，其等級劃分見表4。

表3 LNG加注躉船等級劃分

表4 LNG、燃油加注躉船等級劃分

3.4 水上LNG加注站布置間距的確定

我國對水上LNG加注站布置間距沒有明文規定，但《交通運輸部辦公廳關于印發長江干線京杭運河西江航運干線液化天然氣加注碼頭布局方案(2017—2025年)的通知》(交辦規劃[2017]109號)提出“根據LNG動力船舶儲罐容量的續航里程測算，LNG加注碼頭布置間距原則不超過150 km，并對長江干線中下游、京杭運河江浙段等船流密度較大的航段適當加密”。《江蘇省內河船用液化天然氣加氣站發展專項規劃》提出“原則上按50 km平均間距布局加氣站”。

按照均衡性原則，水上LNG加注站宜沿著航道相對均勻布置。為了滿足LNG燃料動力船舶需求，應保證在燃料即將耗盡時，可及時找到水上LNG加注站。通常LNG儲罐剩余10%時將發出聲光報警，因此船舶剩余LNG達到LNG儲罐容量的10%時，即要尋找水上LNG加注站加注。船舶LNG燃料液位下限報警時剩余燃料可支撐的航行距離為水上LNG加注站的最小間距。以某63 m長的集散兩用LNG燃料動力船為例，其為56TEU集裝箱船，載質量為1 500 t，設置有1臺10 m3的LNG儲罐和2臺350 kW的雙燃料發動機，設計續航能力為600 km，因此10%的航行距離為60 km，則站點布置間距以60 km為宜。

借鑒江蘇省水上服務區實踐經驗，水上LNG加注站的布置間距可參照不同等級航道服務區布置間距要求，具體見表5。

表5 不同等級航道服務區布置間距要求

4 水上LNG加注站選址要求

4.1 水上LNG加注站選址的約束因素

① 航運發展規劃

航運發展規劃對水上LNG加注站建設的約束主要體現在它對LNG燃料動力船舶的影響上。未來航道條件、航道貨運量分布，決定了LNG加注需求分布；未來改造及建設LNG燃料動力船舶的數量決定LNG加注需求的大小。水上LNG加注站的布局必須滿足航運未來發展的需求。

② LNG的供給

LNG作為水上LNG加注站的加注燃料，其供給能力和狀態，直接影響到水上LNG加注站的生產和服務，因此發展LNG燃料動力船舶，充足的LNG供給條件是必不可少的。

③ 資源有效利用

土地、岸線和水域等是水上LNG加注站的工作基礎，是水上LNG加注站正常運作的重要保障，航道附近土地使用的調整和布局，將對水上LNG加注站布局和建設產生重要的影響，是選址不可忽略的約束因素之一。

④ 滿足用戶需求

水上LNG加注站的主要功能就是向LNG燃料動力船舶提供安全、便捷和高效的LNG加注服務，用戶的希望和要求就是水上LNG加注站工作的目標，LNG燃料動力船舶的數量是水上LNG加注站點布局規模的重要約束因素，因此水上LNG加注站的布局應該充分考慮使用者的要求，以目標需求為重要導向。

⑤ 確保安全

水上LNG加注站的LNG泄漏可能造成天然氣擴散、火災等事故，可能對周圍社會環境產生危害和引起安全風險，給周邊居民、相鄰企業和航道交通帶來影響，因此水上LNG加注站選址必須遵循確保安全的原則，選址時充分考慮船舶靠離泊安全、航道航行安全、周邊碼頭安全，與周邊建構筑物距離滿足防火間距要求等。

4.2 水上LNG加注站選址的基本要求

綜合以上分析，在水上LNG加注站的選址中，應注意考慮選址的安全性、建站條件，并充分考慮LNG燃料動力船舶的LNG加注需求量、分布及航行習慣。選址過程應按照3個階段完成：一是根據LNG燃料船舶用戶的需求和發展，確定水上LNG加注站總體規模和數量；二是充分考慮各綜合因素，確定選址的初步備選方案；三是針對備選方案，進行相關的評價和優化。

根據選址的基本原則，從服務便捷和建站條件較好的角度，水上LNG加注站規劃布局可優先考慮以下選址。

① 水上服務區范圍內

燃料補給功能是水上服務區的基本功能，因此，結合水上服務區加油站布置LNG加注站，既有利于水上服務區功能的發揮，又方便LNG燃料動力船舶加注。

② 港口、錨地附近

港口作業區、停泊錨地的船舶裝卸和停泊需求較大，所選站址位于港口作業區、錨地附近，可以方便為船舶提供能源供給，滿足船舶LNG加注需求。

③ 船閘遠調站附近

船閘遠調站附近有大量船舶等待調度過閘需求，所選站址位于船閘遠調站附近，方便為LNG燃料動力船舶提供LNG加注需求。

④ 海事簽證點附近

所選站址位于海事簽證點或海事所附近，可以滿足過往停靠船舶LNG加注需求。

⑤ 便于發揮綜合服務優勢的區段

對于區段航道條件較好、船流密度較大，可充分利用加油站、碼頭等現有設施的站址，可以優先選擇，以發揮綜合服務優勢。

5 選址方法的改進與應用

5.1 站址選擇方法的改進

5.1.1 可行性研究站址選擇中存在的問題

站址選擇通常依據《水上液化天然氣加注站安全監督管理暫行規定》和《內河液化天然氣加注碼頭設計規范(試行)》進行，存在的問題主要有：后方設施的LNG設備與站外建(構)筑物的防火間距無明確要求；未考慮水上LNG加注站與大橋、飲用吸水口、客運碼頭等水上特有建構筑物的間距要求；LNG加注躉船站址選擇未考慮水上設施如錨鏈等的影響。

5.1.2 改進建議

① 合理確定工藝設備與站外建(構)筑物的防火間距

除根據上述規定和規范核實滿足前沿碼頭的前沿停泊水域、回旋水域和相鄰碼頭凈距等有定量要求以及對加注躉船和碼頭選址的原則性要求外，根據LNG儲罐總容積和LNG單罐容積進行分級，并確定LNG儲罐、放散管等工藝設備與站外建(構)筑物的防火間距。

② 合理確定與大橋、飲用吸水口、客運碼頭等水上特有建構物的間距要求

LNG比汽油、柴油安全，可以參考水上加油站有關選址要求。可按《水上加油站安全與防污染技術要求》第4.1.1條提出的定量要求執行，即下列水域或者區域附近不得設置水上LNG加注站：大橋上下游200 m范圍內；飲用吸水口上游3 000 m、下游1 500 m范圍內；客運碼頭200 m以內；高壓電線垂直投影上下游50 m范圍內；經常有明火或散發火花等場所上下游100 m水域范圍內。

③ 考慮水上設施如錨鏈等的影響

水上LNG加注躉船與相鄰獨立的水上LNG加注躉船或水上加油躉船的距離，考慮到錨鏈長度通常為125 m，以及走錨后的緩沖，建議按250 m距離控制。

5.2 改進后的站址選擇方法應用實例

5.2.1 加注能力計算(案例1)

以長江干線某水上LNG加注站為例，采用接岸躉船式水上LNG加注模式，包括3個部分：水上LNG加注躉船(船長100 m，船寬18 m)、人行棧橋和管廊、岸上卸車系統(主要包括停車位和卸車設施)。單側設置1個加注泊位(1組裝卸臂，單側LNG加注，一次僅能加注一艘船)，LNG加注能力為34 m3/h，該水上LNG加注躉船實景見圖1。

圖1 接岸躉船式水上LNG加注站實景

① 參數設定

a.考慮到大風、大霧等惡劣天氣時，不得進行水上LNG加注作業，每年可運營時間按330 d/a考慮。

b.泊位有效利用率通常取55%～75%，此處取65%。

c.由于水上LNG加注作業宜在能見度較好的條件下進行，宜在白天作業，因此每天加注作業時間取14 h/d。

d.長江干線水上LNG加注站的目標船型為3 000～5 000 t級船舶，這些船舶通常配備20 m3LNG儲罐，按75%的LNG罐容考慮平均每艘次加注量，即15 m3LNG，即6.75 t/(艘·次)。

e.平均一艘受注船的凈加注時間與水上LNG加注站配備的設備能力和加注量有關，通常按0.5 h考慮。

f.平均一艘受注船的輔助作業時間主要包括靠泊時間、結算時間和離泊時間，根據實踐和統計，平均在0.5 h左右。

② 加注能力計算

根據式(2)計算可得，該水上LNG加注站年設計加注能力約為2×104t/a。

5.2.2 某站址選擇實例(案例2)

長江干線江蘇段是長江黃金水道入海的龍頭區段，貨運量占整個長江干線貨運量的77%，港口貨物吞吐量占70%，萬噸級以上泊位數占80%，年消費柴油超過100×104t，約占整個長江水系柴油消費量的70%。考慮到船舶能源將多種形式并存，部分LNG燃料動力船舶采用混燒或雙燃料發動機，同時有LNG和油品加注需求，從集約發展出發，采用油品和LNG合建躉船。躉船長136 m，寬18 m，型深3.2 m，設置LNG儲罐500 m3(2臺250 m3)和油艙約2 000 m3，屬于三級水上LNG加注站。考慮到長江干線江蘇段船舶燃料補給均在上行時進行，躉船式水上LNG加注站供上行船舶靠泊補給，船舶隨停隨走，不設回旋水域，不設接岸引橋，人員來往依靠自身配套工作船。躉船式水上LNG加注站平面布置見圖2(圖中虛線均為錨鏈)。

圖2 躉船式水上LNG加注站平面布置

經對長江干線江蘇段26個水上服務區現場勘查，站址選定在南通5號水上服務區的南通水道32#和33#黑色浮標北側，華能碼頭上游2 870 m處。站址位于在建的滬通鐵路大橋下游約3 km，蘇通長江大橋上游35 km，具體位置見圖3。

圖3 躉船式水上LNG加注站站址

站址位于南通水道的北側，不占用航道，與航道間有足夠的安全距離。站址距規劃中的橫港沙作業區(通用碼頭區)250 m，下距5號水上服務區及某電廠碼頭分別約為1 270 m、2 000 m，躉船南邊界與上下游碼頭平齊。站址選擇距相關碼頭、服務區及規劃港口碼頭有一定的安全距離，為進出船舶留出了足夠的通航水域。該河段水流平穩，河床穩定，岸線順直，躉船拋錨定位具有較好的地質條件。

5.2.3 規劃布點

根據預測，長江水系2020年LNG燃料動力船舶的LNG總需求為22.40×104t，長江江蘇段約占整個長江水系柴油消費量的70%，因此長江江蘇段的LNG加注需求約16×104t。根據上文可知，單側加注的躉船式水上LNG加注站(即單個LNG加注泊位)年設計加注能力約2×104t/a，則2020年需要8個加注泊位。考慮到后期建設的躉船式水上LNG加注站采用雙側加注居多，在規劃布局時適度超前，形成便利的加注網絡，規劃建設7座水上LNG加注站。前期以新增站點為主，結合服務區空余位置非均勻布置。后期隨著LNG加注需求的增加，再通過現有加油躉船改擴建增加LNG加注功能，使得任意2座水上LNG加注站間距小于60 km。經對長江干線江蘇段水上服務區現場勘查，在南京八卦洲水上LNG加注站已投運的基礎上，新增6個水上LNG加注站，均位于水上服務區，分別位于南京(26號和19號)、儀征(17號)、泰興(9號)、張家港(6號)和南通(5號)，具體布局截圖見圖4。

圖4 長江干線江蘇段水上LNG加注站布局截圖

6 結語

推廣LNG在船舶上的應用，對優化我國交通領域能源結構，促進能源高效利用，實現節能減排目標具有重要的戰略意義和現實意義[3]。水上LNG加注站是為航運提供基本保障的公共服務設施，選址應遵循“統籌協調、全面覆蓋、服務便捷、安全環保”的總體原則。

水上LNG加注站的選址應充分考慮船舶加注需求、航行習慣、航道已有設施、LNG補給和加注等需求，選擇合理區位進行布局，從而減少船舶專為LNG加注造成的航程和操作，減輕對航道通航的影響，提升服務效率。

同時做好與相關規劃的銜接，確保安全環保。一是水上LNG加注站應做好與港口、航道服務區、錨地、城鎮布局、飲用水源地等規劃的充分銜接；二是要做好與天然氣專項規劃的銜接；三是水上LNG加注站布局應充分考慮城市建成區、規劃核心區、飲用水源地、取水口、易燃易爆危險源、水域與主航道關系等，做到安全環保。