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(fā)展LNG燃料動力船，對改善江河水質(zhì)和沿岸城市空氣質(zhì)量有良好的積極作用。近年來，我國主要推進內(nèi)河水域船舶的LNG應(yīng)用，江蘇海企港華燃氣股份有限公司投資建設(shè)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(nèi)水上LNG加注站建設(shè)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(shù)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(jù)海事局文件《水上液化天然氣加注站安全監(jiān)督管理暫行規(guī)定》(海危防[2014]825號)進行。該規(guī)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(guī)定。

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTS 196-11-2016《內(nèi)河液化天然氣加注碼頭設(shè)計規(guī)范(試行)》要求，內(nèi)河LNG加注碼頭前沿停泊水域和回旋水域的設(shè)計尺度和設(shè)計水深應(yīng)按照現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTJ 212-2006《河港工程總體設(shè)計規(guī)范》的有關(guān)規(guī)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(guān)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(fā)布相關(guān)管理規(guī)定，對在什么區(qū)域進行加注，如何管理等進行明確。因此，國內(nèi)對LNG加注船允許航行及加注區(qū)域、補給地點、運力指標(biāo)、水上過駁安全操作和管理等問題存在爭議，相關(guān)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(wù)[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(lián)合的方式進行補給?？紤]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(nèi)按照比例混合燃燒的發(fā)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(fā)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(jié)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(nèi)的設(shè)施通常按功能分區(qū)布置，常用分區(qū)見表2。

表2 水上LNG加注站常用分區(qū)及其主要建(構(gòu))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(guī)模是布局規(guī)劃的重要內(nèi)容。由于水上LNG加注站的加注作業(yè)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(guī)模與地區(qū)LNG加注需求總量直接相關(guān)。由于內(nèi)河航運往往途經(jīng)多個地區(qū)，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(qū)進行加注。因此，LNG加注泊位數(shù)量計算公式[2]為：

(1)

式中n——水上LNG加注泊位數(shù)量，個

q——地區(qū)水上LNG加注年需求總量，t/a

q1——單個加注泊位年設(shè)計加注能力，t/a

α——加注概率，即船舶選擇在本地區(qū)加注的比例

根據(jù)相關(guān)已建水上LNG加注站數(shù)據(jù)并結(jié)合相關(guān)資料，單個加注泊位年設(shè)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(jù)受注船每艘次加注量、加注效率、泊位數(shù)、年可運營時間等因素綜合確定

td——每天加注作業(yè)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(yè)時間，h

m——平均每艘次加注量，t，結(jié)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?cè)莘e及單罐容積與事故后果有一定的關(guān)聯(lián)性，國內(nèi)外的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也對LNG儲罐的總?cè)莘e及單罐容積做了相關(guān)規(guī)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(shè)置的規(guī)模與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)，同時應(yīng)考慮到服務(wù)對象的特殊性；二是依據(jù)其為LNG燃料動力船舶加注的業(yè)務(wù)量，通常考慮到LNG補給問題，LNG儲罐總?cè)莘e按1～3 d的銷售量進行配置；三是LNG儲罐的單罐容積應(yīng)考慮能夠接受進站槽車的卸載量。

水上LNG加注站的位置通?？拷ê胶降溃诳晒㎜NG燃料動力船舶安全靠、離泊的水域，位于港口、水上服務(wù)區(qū)等，遠離城鎮(zhèn)人口密集區(qū)和工業(yè)廠區(qū)，與城鎮(zhèn)燃氣和汽車加氣站LNG設(shè)施位于城鎮(zhèn)規(guī)劃區(qū)不同，因此發(fā)生事故時對周邊的影響要小于陸上LNG加注站。根據(jù)中國船級社的規(guī)范《液化天然氣燃料加注躉船規(guī)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(guī)定，但《交通運輸部辦公廳關(guān)于印發(fā)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(guī)劃[2017]109號)提出“根據(jù)LNG動力船舶儲罐容量的續(xù)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(dāng)加密”。《江蘇省內(nèi)河船用液化天然氣加氣站發(fā)展專項規(guī)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(yīng)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(fā)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(zhì)量為1 500 t，設(shè)置有1臺10 m3的LNG儲罐和2臺350 kW的雙燃料發(fā)動機，設(shè)計續(xù)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(wù)區(qū)實踐經(jīng)驗，水上LNG加注站的布置間距可參照不同等級航道服務(wù)區(qū)布置間距要求，具體見表5。

表5 不同等級航道服務(wù)區(qū)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(fā)展規(guī)劃

航運發(fā)展規(guī)劃對水上LNG加注站建設(shè)的約束主要體現(xiàn)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(shè)LNG燃料動力船舶的數(shù)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(fā)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(tài)，直接影響到水上LNG加注站的生產(chǎn)和服務(wù)，因此發(fā)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(chǔ)，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(diào)整和布局，將對水上LNG加注站布局和建設(shè)產(chǎn)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(wù)，用戶的希望和要求就是水上LNG加注站工作的目標(biāo)，LNG燃料動力船舶的數(shù)量是水上LNG加注站點布局規(guī)模的重要約束因素，因此水上LNG加注站的布局應(yīng)該充分考慮使用者的要求，以目標(biāo)需求為重要導(dǎo)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(zāi)等事故，可能對周圍社會環(huán)境產(chǎn)生危害和引起安全風(fēng)險，給周邊居民、相鄰企業(yè)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(gòu)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(yīng)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(xí)慣。選址過程應(yīng)按照3個階段完成：一是根據(jù)LNG燃料船舶用戶的需求和發(fā)展，確定水上LNG加注站總體規(guī)模和數(shù)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(guān)的評價和優(yōu)化。

根據(jù)選址的基本原則，從服務(wù)便捷和建站條件較好的角度，水上LNG加注站規(guī)劃布局可優(yōu)先考慮以下選址。

① 水上服務(wù)區(qū)范圍內(nèi)

燃料補給功能是水上服務(wù)區(qū)的基本功能，因此，結(jié)合水上服務(wù)區(qū)加油站布置LNG加注站，既有利于水上服務(wù)區(qū)功能的發(fā)揮，又方便LNG燃料動力船舶加注。

② 港口、錨地附近

港口作業(yè)區(qū)、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(yè)區(qū)、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(diào)站附近

船閘遠調(diào)站附近有大量船舶等待調(diào)度過閘需求，所選站址位于船閘遠調(diào)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(fā)揮綜合服務(wù)優(yōu)勢的區(qū)段

對于區(qū)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(xiàn)有設(shè)施的站址，可以優(yōu)先選擇，以發(fā)揮綜合服務(wù)優(yōu)勢。

5 選址方法的改進與應(yīng)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(jù)《水上液化天然氣加注站安全監(jiān)督管理暫行規(guī)定》和《內(nèi)河液化天然氣加注碼頭設(shè)計規(guī)范(試行)》進行，存在的問題主要有：后方設(shè)施的LNG設(shè)備與站外建(構(gòu))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(gòu)筑物的間距要求；LNG加注躉船站址選擇未考慮水上設(shè)施如錨鏈等的影響。

5.1.2 改進建議

① 合理確定工藝設(shè)備與站外建(構(gòu))筑物的防火間距

除根據(jù)上述規(guī)定和規(guī)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(jù)LNG儲罐總?cè)莘e和LNG單罐容積進行分級，并確定LNG儲罐、放散管等工藝設(shè)備與站外建(構(gòu))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(gòu)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(guān)選址要求。可按《水上加油站安全與防污染技術(shù)要求》第4.1.1條提出的定量要求執(zhí)行，即下列水域或者區(qū)域附近不得設(shè)置水上LNG加注站：大橋上下游200 m范圍內(nèi)；飲用吸水口上游3 000 m、下游1 500 m范圍內(nèi)；客運碼頭200 m以內(nèi)；高壓電線垂直投影上下游50 m范圍內(nèi)；經(jīng)常有明火或散發(fā)火花等場所上下游100 m水域范圍內(nèi)。

③ 考慮水上設(shè)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(yīng)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(tǒng)(主要包括停車位和卸車設(shè)施)。單側(cè)設(shè)置1個加注泊位(1組裝卸臂，單側(cè)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(shù)設(shè)定

a.考慮到大風(fēng)、大霧等惡劣天氣時，不得進行水上LNG加注作業(yè)，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(yè)宜在能見度較好的條件下進行，宜在白天作業(yè)，因此每天加注作業(yè)時間取14 h/d。

d.長江干線水上LNG加注站的目標(biāo)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(shè)備能力和加注量有關(guān)，通常按0.5 h考慮。

f.平均一艘受注船的輔助作業(yè)時間主要包括靠泊時間、結(jié)算時間和離泊時間，根據(jù)實踐和統(tǒng)計，平均在0.5 h左右。

② 加注能力計算

根據(jù)式(2)計算可得，該水上LNG加注站年設(shè)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(qū)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(shù)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%?？紤]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(fā)動機，同時有LNG和油品加注需求，從集約發(fā)展出發(fā)，采用油品和LNG合建躉船。躉船長136 m，寬18 m，型深3.2 m，設(shè)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?？紤]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(shè)回旋水域，不設(shè)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(jīng)對長江干線江蘇段26個水上服務(wù)區(qū)現(xiàn)場勘查，站址選定在南通5號水上服務(wù)區(qū)的南通水道32#和33#黑色浮標(biāo)北側(cè)，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(cè)，不占用航道，與航道間有足夠的安全距離。站址距規(guī)劃中的橫港沙作業(yè)區(qū)(通用碼頭區(qū))250 m，下距5號水上服務(wù)區(qū)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(guān)碼頭、服務(wù)區(qū)及規(guī)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(wěn)，河床穩(wěn)定，岸線順直，躉船拋錨定位具有較好的地質(zhì)條件。

5.2.3 規(guī)劃布點

根據(jù)預(yù)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(jù)上文可知，單側(cè)加注的躉船式水上LNG加注站(即單個LNG加注泊位)年設(shè)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(shè)的躉船式水上LNG加注站采用雙側(cè)加注居多，在規(guī)劃布局時適度超前，形成便利的加注網(wǎng)絡(luò)，規(guī)劃建設(shè)7座水上LNG加注站。前期以新增站點為主，結(jié)合服務(wù)區(qū)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(xiàn)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(jīng)對長江干線江蘇段水上服務(wù)區(qū)現(xiàn)場勘查，在南京八卦洲水上LNG加注站已投運的基礎(chǔ)上，新增6個水上LNG加注站，均位于水上服務(wù)區(qū)，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(jié)語

推廣LNG在船舶上的應(yīng)用，對優(yōu)化我國交通領(lǐng)域能源結(jié)構(gòu)，促進能源高效利用，實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)具有重要的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)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(wù)設(shè)施，選址應(yīng)遵循“統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、全面覆蓋、服務(wù)便捷、安全環(huán)保”的總體原則。

水上LNG加注站的選址應(yīng)充分考慮船舶加注需求、航行習(xí)慣、航道已有設(shè)施、LNG補給和加注等需求，選擇合理區(qū)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(wù)效率。

同時做好與相關(guān)規(guī)劃的銜接，確保安全環(huán)保。一是水上LNG加注站應(yīng)做好與港口、航道服務(wù)區(qū)、錨地、城鎮(zhèn)布局、飲用水源地等規(guī)劃的充分銜接；二是要做好與天然氣專項規(guī)劃的銜接；三是水上LNG加注站布局應(yīng)充分考慮城市建成區(qū)、規(guī)劃核心區(qū)、飲用水源地、取水口、易燃易爆危險源、水域與主航道關(guān)系等，做到安全環(huán)保。