LNG燃料動(dòng)力船舶燃料補(bǔ)給方式

孫樹(shù)海，何金平

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司 銷(xiāo)售服務(wù)分公司，天津 300452；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司 采油服務(wù)分公司，天津 300452)

國(guó)內(nèi)LNG燃料動(dòng)力船舶主要集中在渤海、長(zhǎng)三角、珠三角、南海及長(zhǎng)江內(nèi)河航道，運(yùn)輸路線經(jīng)歷沿海主要LNG接收站，如大連LNG、珠海LNG、粵東LNG、莆田L(fēng)NG、寧波LNG、上海LNG和天津LNG等接收站。但是受限于大型接收站的燃料加注各方面的影響，LNG燃料動(dòng)力船舶對(duì)多樣化的加注需求日益凸顯。目前，實(shí)現(xiàn)對(duì)LNG燃料動(dòng)力船舶的LNG加注主要有槽車(chē)對(duì)船加注 、岸站對(duì)船加注、便攜式液罐加注、船對(duì)船加注等4種方式。實(shí)際應(yīng)用中，目前使用最廣泛的是槽車(chē)對(duì)船的加注方式，北歐大部分LNG動(dòng)力船采用這種方式加注，中海油LNG燃料動(dòng)力拖輪LNG加注及海南LNG接收站對(duì)實(shí)驗(yàn)船的LNG加注工作都采用這種方式。岸站對(duì)船的加注方式在挪威已有應(yīng)用，我國(guó)尚無(wú)首例。加注船加注方式的應(yīng)用發(fā)展相對(duì)較晚，2013年世界首艘LNG加注船在Viking Line投入運(yùn)營(yíng)，該船由瑞典的Cryo AB公司建造。我國(guó)近年來(lái)在LNG加注船領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展較快，國(guó)內(nèi)船廠已承接和交付多艘LNG加注船，但是船舶大都運(yùn)營(yíng)于歐洲海域，國(guó)內(nèi)船東新奧燃?xì)釲NG加注船即將完工交付，中海油等多家船東也已啟動(dòng)LNG加注船的建造，為此，對(duì)常見(jiàn)的LNG燃料動(dòng)力船舶燃料補(bǔ)給方式進(jìn)行探討、總結(jié)。

1 槽車(chē)對(duì)船舶加注

槽車(chē)對(duì)船舶加注是通過(guò)槽車(chē)的液罐向停泊在港口的LNG燃料動(dòng)力船舶充裝LNG(tank truck-to-ship bunkering,TTS)。通常在危險(xiǎn)品碼頭，將槽車(chē)從LNG站運(yùn)來(lái)的LNG采用撓性連接臂或低溫軟管來(lái)加注，也可通過(guò)連接移動(dòng)式 LNG加注撬進(jìn)行加注。1輛LNG槽車(chē)液罐通常裝載約49 m的LNG，約1 h可以完成全部LNG的加注。根據(jù)目標(biāo)船舶配置LNG儲(chǔ)罐的情況，通常需要采用多輛槽車(chē)同時(shí)進(jìn)行加注。槽車(chē)加注方式具有很大的靈活性，為船東、管理公司及加注方提供了便利。

槽車(chē)加注以其諸多優(yōu)點(diǎn)，如LNG便于操作、方案投入低、作業(yè)靈活，幾乎可以在任何危險(xiǎn)品碼頭進(jìn)行LNG加注，址選擇范圍廣，目前該加注方式應(yīng)用比較廣泛，相對(duì)其他方案具有優(yōu)勢(shì)。

槽車(chē)加注對(duì)于小艙容船舶加注具有較大優(yōu)勢(shì)，但是對(duì)大艙容則存在不足，其充裝速度有限，注能力有限。槽車(chē)加注通常采用槽車(chē)自身儲(chǔ)罐自增壓或移動(dòng)式加注撬，LNG槽車(chē)儲(chǔ)罐本身屬于危險(xiǎn)品且槽車(chē)安全閥起跳壓力約為0.75 MPa，操作存在安全風(fēng)險(xiǎn)；相比岸站對(duì)船和船對(duì)船加注方式，此加注方式的公眾風(fēng)險(xiǎn)更大。相比其他方案，槽車(chē)加注可以作為初始的解決方案，在進(jìn)行大規(guī)模LNG加注設(shè)施投資前應(yīng)詳細(xì)了解市場(chǎng)狀況。

2 岸站對(duì)船加注

LNG岸基加注站主要是將LNG的裝卸、儲(chǔ)存及配套的供電、消防、控制設(shè)施設(shè)在岸上的LNG站區(qū)內(nèi)，配套設(shè)置LNG加注臂或軟管等加注設(shè)施，實(shí)現(xiàn)進(jìn)行岸上儲(chǔ)氣、靠岸加氣作業(yè)的功能。岸站對(duì)船加注(LNG intermediary terminal-to-ship via pipeline,TPS),其作業(yè)方案是在岸上的站場(chǎng)進(jìn)行LNG的卸車(chē)與儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，對(duì)外加注LNG時(shí)，儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG經(jīng)LNG低溫泵加壓后通過(guò)LNG加注臂或軟管向船舶加注LNG燃料，同時(shí)將船舶LNG儲(chǔ)罐產(chǎn)生的蒸發(fā)氣BOG返回到岸上。

LNG岸站加注不僅能進(jìn)行大容量的充裝，也可對(duì)便攜式液罐進(jìn)行充裝。岸站加注方式的加注速度比槽車(chē)加注快很多，在傳輸速度和容量的設(shè)計(jì)上也很靈活，能滿足特定客戶或普通客戶的需求。但是從地理上看仍然存在約束，因?yàn)榘墩炯幼⑿枰形挥诖a頭附近的固定設(shè)施，船舶與岸站需要系泊等各系統(tǒng)的兼容。

岸站加注相對(duì)來(lái)說(shuō)該建站方案投資較小，儲(chǔ)氣罐布置于岸上，目前陸上LNG儲(chǔ)存和運(yùn)輸技術(shù)比較成熟，其安全可靠性強(qiáng)，且即將有國(guó)家規(guī)范作為依據(jù)；同時(shí)，便于接收陸上槽車(chē)運(yùn)輸?shù)腖NG氣源，在岸上LNG卸氣的同時(shí)可以進(jìn)行船上LNG加氣作業(yè)，也可以實(shí)現(xiàn)功能的擴(kuò)充，實(shí)現(xiàn)水陸兩用的LNG加注站。

但是，LNG加注站為危化品碼頭，岸站要求加注口周邊25 m半徑范圍內(nèi)不應(yīng)布置和作業(yè)無(wú)關(guān)的設(shè)施，所需岸上的地面積較大，在報(bào)批報(bào)建的審核方面需要通過(guò)住建部門(mén)和海事部門(mén)的共同批復(fù)，前期的審批較為復(fù)雜。另外，其固定設(shè)備的投入以及站址的建設(shè)使本方案的靈活性較差，需要相對(duì)穩(wěn)定的加注市場(chǎng)來(lái)滿足經(jīng)營(yíng)，投資與收益方面均不如槽車(chē)加注靈活。

3 便攜式液罐傳輸

便攜式液罐傳輸與槽車(chē)、岸站加注存在本質(zhì)差別，便攜式液罐傳送方案并非現(xiàn)場(chǎng)對(duì)LNG船舶的加注，而是通過(guò)更換LNG標(biāo)準(zhǔn)燃料罐實(shí)現(xiàn)。便攜式液罐可直接被吊到船上用作燃料儲(chǔ)存，這種方式下LNG加注量很靈活，可根據(jù)便攜式液罐的數(shù)量而定。

便攜式液罐替換加注十分方便，可在低峰期通過(guò)槽車(chē)完成便攜式液罐的加注，待LNG船舶用戶到港后提供LNG便攜式儲(chǔ)罐替換。

便攜式液罐傳送方案的優(yōu)點(diǎn)是操作便捷，加注船舶頻率高，方案投資成本低，碼頭條件約束低。不足是方案要求船舶必須使用便攜式液罐且液罐和船舶設(shè)計(jì)必須兼容，另外，便攜式液罐需要更多的連接，會(huì)增加泄漏的概率，增加便攜式液罐操作風(fēng)險(xiǎn)。

4 躉船加注

躉船加注(pontoon-to-ship bunkering，PTS)，是通過(guò)一艘LNG加注躉船為L(zhǎng)NG燃料動(dòng)力船舶提供LNG燃料。

LNG加注躉船主要由躉船的船體、輪機(jī)、電氣和加注系統(tǒng)等部分組成。躉船加注系統(tǒng)主要有LNG低溫儲(chǔ)罐、加注臂或軟管、工藝管路和控制系統(tǒng)等部分組成。

LNG加注躉船是將LNG的儲(chǔ)存、加氣設(shè)施及配套的供電、消防設(shè)施均設(shè)在位于河道的LNG躉船上，岸上設(shè)置地中衡、LNG槽車(chē)回車(chē)場(chǎng)，纜車(chē)絞車(chē)房、生產(chǎn)輔助用房等設(shè)施，在LNG加注躉船上儲(chǔ)氣、加氣，其平面布置圖見(jiàn)圖1。

圖1 LNG躉船加注方案總平面布置示意

LNG躉船加注其優(yōu)點(diǎn)是LNG加注躉船作業(yè)時(shí)加氣受水位變化的影響小，適應(yīng)性強(qiáng)，加氣操作方便；同時(shí)LNG輸送管道短，管道LNG損耗小；另外，岸上占地面積較小，所涉及到的報(bào)批報(bào)建手續(xù)涉及到的單位相對(duì)比較單一，目前相關(guān)的規(guī)范《液化天然氣燃料水上加注躉船入級(jí)與建造規(guī)范》已頒布實(shí)施。

缺點(diǎn)是LNG儲(chǔ)存于躉船上，不便于接收陸域LNG氣源，利用槽車(chē)補(bǔ)充量局限性較大，小型船舶補(bǔ)充還未發(fā)展健全；另外，頒布的躉船相關(guān)規(guī)范中限定了加氣與卸氣不可同時(shí)進(jìn)行，這樣限制了加氣規(guī)模；另外，躉船的建造需要一定的時(shí)間，所選設(shè)備需得到船級(jí)社的認(rèn)證，最主要的是其建站投資比較高。

依據(jù)《液化天然氣燃料水上加注躉船入級(jí)與建造規(guī)范》中的等級(jí)劃分，加注躉船能布置的最大罐容為600 m，比較適用于小罐容天然氣燃料動(dòng)力船補(bǔ)給LNG。但在市場(chǎng)比較成熟的港口，可以采用躉船+碼頭式的建站方案，這樣可以鎖定用戶，同時(shí)操作和維護(hù)也比較簡(jiǎn)單。

5 移動(dòng)加注船加注

LNG移動(dòng)加注船加注(ship-to-ship bunkering，STS),LNG移動(dòng)加注船也是LNG加注躉船加注功能的延伸，不僅可以為停靠在碼頭的船舶進(jìn)行加注，同時(shí)能為出海的船舶在作業(yè)地點(diǎn)進(jìn)行加注，增強(qiáng)船舶的續(xù)航能力。目前移動(dòng)加注船的相關(guān)規(guī)范《液化天然氣燃料加注船舶規(guī)范》也已頒布實(shí)施。其效果見(jiàn)圖2。

圖2 移動(dòng)加注船效果

移動(dòng)加注船可以在碼頭進(jìn)行LNG加注，也可在船舶運(yùn)行時(shí)在錨地或海上進(jìn)行LNG動(dòng)力船的補(bǔ)給；船對(duì)船加注具有高度靈活性，可以在碼頭和海上對(duì)各種類(lèi)型的船舶進(jìn)行加注；另外，船對(duì)船加注LNG的裝載率高、加注容量大。LNG移動(dòng)加注船具備機(jī)動(dòng)、靈活等特點(diǎn)，服務(wù)范圍廣，比較適用于沿海水域或者錨地對(duì)外加注LNG。

移動(dòng)加注船的最大特點(diǎn)是配置高，造價(jià)比較昂貴，投資大。該方案不適合在大風(fēng)、大浪、能見(jiàn)度低、暴風(fēng)雪、急流和強(qiáng)海潮等惡劣天氣下進(jìn)行作業(yè)，停泊時(shí)須把握好停泊時(shí)機(jī)，還應(yīng)配置適當(dāng)?shù)淖o(hù)舷材和充足、牢靠的錨繩/錨索等。

6 接收站LNG返輸加注

LNG接收站通常也可提供兩種船舶補(bǔ)給方式:①利用現(xiàn)有LNG船舶的大碼頭；②利用現(xiàn)有接收站的工作船碼頭。前者可為大型LNG燃料船進(jìn)行加注，后者可為中小型船舶的船舶進(jìn)行加注。接收站返輸流程為L(zhǎng)NG經(jīng)由返輸管線從儲(chǔ)罐通過(guò)輸送泵將LNG輸送至船上的LNG燃料罐。

其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)于大型船舶比較適宜，可進(jìn)行快速、大量LNG加注作業(yè)，操作類(lèi)似于LNG外輸作業(yè)。

缺點(diǎn)是LNG接收站設(shè)計(jì)都較大，從加注量、碼頭靠泊、靠泊窗口等方面都適宜大艙容船舶的加注，對(duì)于小型LNG燃料動(dòng)力船舶無(wú)法加注，作業(yè)覆蓋面比較窄。

7 結(jié)論

在船舶實(shí)際加注設(shè)計(jì)中，針對(duì)既定的目標(biāo)船舶加注，如果采用固定碼頭加注方式，可選用在接收站直接加注或者在危險(xiǎn)品碼頭采用多輛槽車(chē)進(jìn)行加注，LNG供給側(cè)的投資成本可大幅度降低，但會(huì)增加受注船舶港口使用費(fèi)用及其進(jìn)港與燃料補(bǔ)充航程的時(shí)間；同樣，內(nèi)河航道船舶，起航線相對(duì)較為固定，在燃料加注中可以考慮使用躉船和便攜式液罐傳輸?shù)确绞剑粚?duì)于LNG燃料艙大艙容船舶的加注，在LNG燃料動(dòng)力船舶設(shè)計(jì)階段需要考慮后期的加注方式，常規(guī)通常采用移動(dòng)加注船或岸站返輸?shù)确绞剑绻２丛阱^地，可選用移動(dòng)加注船舶方式進(jìn)行加注，可以減少受注船舶的相關(guān)費(fèi)用及船舶使用時(shí)間。