LNG動(dòng)力船及其過閘可行性分析

■ 朱時(shí)俊

（長江航運(yùn)公安局宜昌分局水上消防支隊(duì)，湖北 宜昌 443003）

0 引言

LNG是一種混合氣體，其主要成分為甲烷，根據(jù)GB 12668—2005《危險(xiǎn)貨物品名表》，屬冷凍液態(tài)天然氣，聯(lián)合國編號(hào)為UN 1972，危險(xiǎn)品分類號(hào)2.1類，為無色、無嗅、易燃?xì)怏w。LNG體積約為同量氣態(tài)天然氣體積的1/600，重量僅為同體積水的45%左右，燃點(diǎn)為650℃。 LNG氣液之間的臨界溫度是-82.5℃，液固之間的臨界溫度是-186℃。大氣壓力下，LNG沸點(diǎn)都在-162℃左右。在此低溫下LNG蒸氣密度大于環(huán)境空氣。通常LNG是作為一種沸騰液體儲(chǔ)存在絕熱儲(chǔ)氣罐中。以LNG作為船用動(dòng)力燃料，需要進(jìn)行LNG動(dòng)力船舶改造。

1 LNG動(dòng)力船舶改造

LNG燃料動(dòng)力改造是在船舶現(xiàn)有柴油機(jī)的基礎(chǔ)上，增加一套LNG供氣系統(tǒng)和柴油LNG雙燃料噴射系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)單純柴油燃料狀態(tài)下和油、氣雙燃料狀態(tài)下兩種運(yùn)行模式，將船舶單一的柴油動(dòng)力改造為柴油LNG雙燃料動(dòng)力，通過采用LNG部分替代柴油燃料，達(dá)到節(jié)省燃油和降低排放的雙重目的。不僅新造船可以采用LNG作為燃料，現(xiàn)役船舶也可以通過改裝，使用LNG/柴油雙燃料主機(jī)?，F(xiàn)有的船舶要以柴油為燃料，通常情況下需要加裝的主要系統(tǒng)包括LNG儲(chǔ)罐和氣體處理系統(tǒng)，此外還需安裝一些輔助系統(tǒng)，如通風(fēng)系統(tǒng)、ECU、安全系統(tǒng)、自控系統(tǒng)等。最易于改裝的船型包括干雜貨船、散貨船，改裝難度較大的船型為客船、渡船、集裝箱船，難度最大的則是大型集裝箱船、危險(xiǎn)品船。改裝的難點(diǎn)主要在于如何布置儲(chǔ)罐以及其他氣體燃料系統(tǒng)的子系統(tǒng)，以及LNG在液化、儲(chǔ)存、運(yùn)輸時(shí)所帶來的麻煩。改燃船型有散貨和拖船兩類，發(fā)動(dòng)機(jī)功率覆蓋330 kW、440 kW和105 kW等多種規(guī)格。經(jīng)過空載和滿載航行表明，采用混合動(dòng)力后，動(dòng)力完全滿足原船的要求，速度和原船相當(dāng)，并且運(yùn)行穩(wěn)定，柴油的平均替代率達(dá)到60%～70%；在混燃模式下，SOX百分之百實(shí)現(xiàn)了減排，NOX減排85%～90%，CO2也可減排15%～20%，同時(shí)噪音、煙塵和廢油水的排放也大為降低。據(jù)一艘5000 t級(jí)散貨加注船船主介紹，受到發(fā)動(dòng)設(shè)備等制約，目前該船動(dòng)力由70%液化天然氣及30%燃油組成，加注一次液化天然氣可沿內(nèi)河航線航行1萬km以上，航船從武漢到上海的雙向航程可節(jié)省燃料費(fèi)9000元，1年將節(jié)約10余萬元。

不過，其間也有不少問題有待解決：續(xù)航能力較差、船舶建造及改裝成本高、前期的基礎(chǔ)設(shè)施投資巨大。在政策層面，需要完善相關(guān)的法律法規(guī)和技術(shù)規(guī)范，解決各地實(shí)際航運(yùn)情況中的政策“瓶頸”，進(jìn)行穩(wěn)定的、有一定覆蓋面的補(bǔ)貼經(jīng)濟(jì)激勵(lì)；在技術(shù)層面，盡管LNG動(dòng)力船的設(shè)備技術(shù)已近成熟，但由于缺乏相關(guān)安全、技術(shù)指南以及我國內(nèi)河航運(yùn)船員科學(xué)文化素質(zhì)不高，船舶運(yùn)營潛在操作風(fēng)險(xiǎn)過高；從航運(yùn)市場來看，由于LNG動(dòng)力船改造技術(shù)剛剛起步，新建船和改造船都無法達(dá)到規(guī)模經(jīng)濟(jì)的效果，導(dǎo)致船東積極性不高；在燃料供應(yīng)補(bǔ)給方面，缺乏國家層面的燃料補(bǔ)給規(guī)劃等。

2 LNG作為船用動(dòng)力燃料的優(yōu)、缺點(diǎn)

2.1 LNG作為船用動(dòng)力燃料的優(yōu)點(diǎn)

我國內(nèi)河及長江航運(yùn)普遍存在船舶機(jī)型復(fù)雜、技術(shù)裝備陳舊老化、能耗高等問題，發(fā)展LNG燃料動(dòng)力船舶對(duì)于我國內(nèi)河航運(yùn)的節(jié)能減排具有十分重要的意義，LNG作為船用動(dòng)力燃料具有清潔、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，在我國內(nèi)河推廣LNG燃料動(dòng)力船舶既能滿足國家對(duì)環(huán)境保護(hù)的嚴(yán)格要求，又能解決船東對(duì)船舶燃油成本居高不下的燃眉之急，LNG是我們?cè)诖叭剂戏矫姘l(fā)展可循環(huán)經(jīng)濟(jì)及綠色經(jīng)濟(jì)的首選。

2.2 LNG作為船用動(dòng)力燃料的缺點(diǎn)

1）傳統(tǒng)的船艙設(shè)計(jì)不適合作為LNG儲(chǔ)罐，而為了安全地儲(chǔ)存LNG，對(duì)艙室及管線的要求較高，由此增加了船東的前期投入，建造LNG動(dòng)力船舶的成本大約為普通船舶的120%或更高。此外，在相同能量輸出條件下，LNG需要的體積相當(dāng)于2倍的燃油體積，這就需要更大的空間去貯存LNG。

2）目前長江上LNG水上加注站還未建立起來，船舶無法直接靠岸加氣，因此，船只加氣還必須采取將氣罐拆卸后，用汽車運(yùn)到岸上加氣站的方式，這不僅增加了加氣成本，更重要的是增加了作業(yè)時(shí)間消耗和生產(chǎn)的安全風(fēng)險(xiǎn)；船只通過三峽船閘被要求必須將氣罐內(nèi)燃料全部放掉，以保證過閘的安全性。

3）目前內(nèi)河約有3萬艘船只符合改造條件，而每艘船的改造成本在100～200萬元之間，LNG動(dòng)力船相比普通柴油燃料船舶的建造成本增加30%以上，加之內(nèi)河航運(yùn)不景氣，目前船東靠節(jié)省的燃料成本收回增加的建造投資基本要在10 a以上。

3 LNG動(dòng)力船過閘可行性分析

對(duì)LNG動(dòng)力船在三峽大壩與葛洲壩之間水域（“兩壩間”水域）航行、過閘、錨地靠泊、燃料加注情況下的風(fēng)險(xiǎn)（包括火災(zāi)、爆炸、凍傷、冷脆）分析：

1）兩壩間航行。LNG動(dòng)力船舶通過兩壩間水域時(shí)，影響其安全航行因素在于兩壩間復(fù)雜的通航環(huán)境，與停靠的眾多船舶?？赡馨l(fā)生事故的因素在于觸礁、觸損和碰撞事故。事故原因主要與船舶安全性、外部通航環(huán)境和船員的駕駛狀態(tài)有關(guān)。事故后果分為碰撞時(shí)候產(chǎn)生的沖擊對(duì)LNG儲(chǔ)存罐體的損害和對(duì)LNG儲(chǔ)存罐內(nèi)LNG沸騰液體的沖擊。

2）過閘。過閘時(shí)候船舶航行速度較小，發(fā)生碰撞事故概率較小，但其LNG罐體排放的BOG閃蒸汽（LNG蒸發(fā)氣）是主要風(fēng)險(xiǎn)源。目前，船舶過閘采用的是統(tǒng)一編組通過的模式，閘室內(nèi)船舶間距較小，LNG船一旦發(fā)生火災(zāi)可能造成其他船舶連鎖失火，過閘時(shí)LNG動(dòng)力船的主要風(fēng)險(xiǎn)為火災(zāi)事故。事故原因是：目前待閘周期較長，若長時(shí)間高溫，LNG儲(chǔ)罐內(nèi)壓力增大需釋放，LNG蒸發(fā)沖透氣孔排出，閘室空間內(nèi)，蒸汽濃度較外界開放空間就更高，若此時(shí)船舶內(nèi)部及其附近危險(xiǎn)區(qū)域存在有人吸煙、違規(guī)使用明火的情況，易導(dǎo)致火災(zāi)事故的發(fā)生；閘室又是一個(gè)相對(duì)密封的空間，加上蒸汽揮發(fā)，火勢將迅速蔓延，對(duì)閘室和其他船舶造成安全威脅。

3）錨地靠泊。待閘船舶積壓的情況嚴(yán)重，錨地水域作業(yè)繁忙，LNG動(dòng)力船在錨地進(jìn)出過程中可能與其他航行船舶、錨泊船舶以及水下建筑物發(fā)生碰撞、觸損等，對(duì)相關(guān)作業(yè)人員、被碰撞船舶和水上水下建筑物產(chǎn)生較大危害。LNG動(dòng)力船在錨地靠泊時(shí)候風(fēng)險(xiǎn)在于船舶碰撞和觸損。

4）燃料加注。人為操作失誤、設(shè)備品質(zhì)問題、失效磨損產(chǎn)生的密閉性不好等原因可能引起加注軟件破損、法蘭連接處失效等狀況，導(dǎo)致LNG發(fā)生泄漏。LNG在加注過程中主要風(fēng)險(xiǎn)是管道破裂和過充。事故原因包括加注管路法蘭連接處泄漏；LNG槽車的接地線與固定線連接不當(dāng)產(chǎn)生的電火花和電??；LNG軟管破裂等。