LNG 燃料動(dòng)力船舶常見的燃料補(bǔ)給方式對(duì)比

孫樹海，何金平

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司銷售服務(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)

0 引 言

隨著傳統(tǒng)燃料價(jià)格的不斷上漲，國(guó)際海事組織對(duì)船舶排放新法規(guī)的不斷出臺(tái)，以及國(guó)家關(guān)于“節(jié)能減排”的政策要求，人們對(duì)作為清潔燃料的LNG的需求正不斷增加。隨著LNG燃料在船舶動(dòng)力燃料上的應(yīng)用，其替代傳統(tǒng)燃油作為船舶動(dòng)力燃料成為航運(yùn)行業(yè)的趨勢(shì)。近年來(lái)，在各類型船舶的建造中，船東對(duì)船舶采用LNG燃料動(dòng)力越來(lái)越青睞。但是隨著采用LNG作為燃料的船舶數(shù)量越來(lái)越多，對(duì)LNG燃料的加注方式選擇是船舶運(yùn)營(yíng)中不得不考慮的一個(gè)重要問(wèn)題[1]。

目前國(guó)內(nèi)LNG燃料動(dòng)力船舶主要集中在渤海、長(zhǎng)三角、珠三角和南海與長(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、珠海、粵東、莆田、寧波、上海和天津等LNG接收站。但是受限于大型接收站的燃料加注各方面因素的影響，LNG燃料動(dòng)力船舶對(duì)多樣化的加注需求日益凸顯。

1 LNG燃料動(dòng)力船舶燃料加注方式

1.1 槽車對(duì)船舶加注

通過(guò)槽車的液罐向停泊在港口的LNG燃料動(dòng)力船舶充裝LNG，稱為TTS(Tank truck-to-ship bunkering)。通常在危險(xiǎn)品碼頭將槽車從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槽車液罐通常裝載約49m3的LNG，約1h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同時(shí)進(jìn)行加注。槽車加注方式具有很大的靈活性，為船東、管理公司和加注方提供了便利。

槽車加注以其諸多優(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)品碼頭從事LNG加注，地址選擇范圍廣，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)。

槽車加注對(duì)小艙容船舶的加注具有較大優(yōu)勢(shì)，但是對(duì)大艙容需求的加注有其自身不足，其充裝速度有限，同時(shí)對(duì)于大型艙容船舶加注能力具有局限性。槽車加注通常采用槽車自身儲(chǔ)罐自增壓或移動(dòng)式加注撬。LNG槽車儲(chǔ)罐本身屬于危險(xiǎn)品且槽車安全閥起跳壓力約為0.75MPag，如操作不當(dāng)會(huì)存在安全風(fēng)險(xiǎn)，相比岸站對(duì)船和船對(duì)船加注方式，此加注方式對(duì)公眾的風(fēng)險(xiǎn)更大。對(duì)比其他方案，槽車加注可以作為初始的解決方案，便于在進(jìn)行大規(guī)模LNG加注設(shè)施投資前詳細(xì)地了解市場(chǎng)狀況[3]。

1.2 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)岸上儲(chǔ)氣、靠岸加氣的功能。岸站對(duì)船加注(LNG intermediary terminal-to-ship via pipeline，簡(jiǎn)稱TPS)如圖1所示，其作業(yè)方案是在岸上的站場(chǎng)進(jìn)行LNG的卸車與儲(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。

圖1 碼頭式固定LNG加氣站 Fig.1 Dock-type fixed LNG bunkering station

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?xiàng)l件上看仍然存在約束，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[4]。

岸站加注相對(duì)來(lái)說(shuō)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、安全可靠性強(qiáng)，且即將有國(guó)家規(guī)范作為依據(jù)，便于接收陸上槽車運(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，建立水陸兩用的LNG加注站。

但是，由于LNG加注站為?；反a頭，岸站要求加注口周邊25m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)住建部門和海事部門的共同批復(fù)，前期審批較為復(fù)雜[5]。另外，其固定設(shè)備的投入和站址的建設(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加注 靈活。

1.3 便攜式液罐替換加注

便攜式液罐傳輸與槽車、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)。便攜式液罐可直接上船用作燃料儲(chǔ)存，這種方式下的LNG加注量是很靈活的，可以根據(jù)便攜式液罐的數(shù)量而定。

1.2.1 起搏器綜合征 起搏器綜合征是指單腔心室起搏過(guò)程中，因心房收縮時(shí)恰逢心室起搏收縮、房室瓣關(guān)閉，心房血向靜脈返流并激活心房壓力感受器，引起反射性血壓下降等血流動(dòng)力障礙。發(fā)生率為5%～10%。

便攜式液罐替換加注十分方便，可在低峰期通過(guò)槽車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。

便攜式液罐傳送加注方案的不足是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管路，這會(huì)增加泄漏的概率及便攜式液罐操作風(fēng)險(xiǎn)。

1.4 躉船加注

躉船加注(Pontoon-to-ship bunkering，簡(jiǎn)稱PTS)，是通過(guò)一艘LNG加注躉船為L(zhǎng)NG燃料動(dòng)力船舶提供安全、可靠、高效的LNG燃料加注。效果圖如圖2所示。

圖2 LNG加注躉船效果圖 Fig.2 Effect diagram of LGN bunkering pontoon

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)主要由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槽車回車場(chǎng)、纜車絞車房、生產(chǎn)輔助用房等設(shè)施，在LNG加注躉船上儲(chǔ)氣、加氣，其平面布置圖如圖3所示。

圖3 LNG躉船加注方案總平面布置圖 Fig.3 General layout of LNG pontoon bunkering scheme

LNG躉船加注的優(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；LNG輸送管道短，管道LNG損耗?。涣硗?，岸上占地面積較小，所涉及的報(bào)批、報(bào)建手續(xù)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；同時(shí)，躉船的建造需要一定時(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[6]。

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600m3，比較適用于小罐容天然氣燃料動(dòng)力船補(bǔ)給LNG。在市場(chǎng)比較成熟的港口適合采用躉船+碼頭式的建站方案，這樣可以鎖定用戶，操作和維護(hù)也比較簡(jiǎn)單[7]。

1.5 移動(dòng)加注船加注

LNG移動(dòng)加注船加注(Ship-to-ship bunkering，簡(jiǎn)稱STS)，是LNG加注躉船加注功能的延伸，不僅可以為?？吭诖a頭的船舶進(jìn)行加注，而且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，如圖4所示。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。

圖4 移動(dòng)加注船效果圖 Fig.4 Effect diagram of moving bunkering pontoon

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)各種類型的船舶進(jìn)行加注，而且船對(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[8]。

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。

1.6 接收站LNG返輸加注

LNG接收站通常也可提供2種船舶補(bǔ)給方式，一是利用現(xiàn)有LNG船舶的大碼頭，二是利用現(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)，其操作類似于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)力船舶則無(wú)法加注，作業(yè)覆蓋面比較窄。

2 結(jié) 語(yǔ)

近年來(lái)LNG燃料加注產(chǎn)業(yè)在法律法規(guī)、技術(shù)等方面都取得了快速發(fā)展，從最初的槽車到多樣化加注模式，技術(shù)上都比較成熟，也各有優(yōu)缺點(diǎn)。通過(guò)深入分析以上6種加注方式，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，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)用和其進(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?；?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)往往采用移動(dòng)加注船或岸站返輸?shù)确绞?，如果停泊在錨地可選用移動(dòng)加注船舶方式進(jìn)行加注，以減少受注船舶的相關(guān)費(fèi)用及船舶使用時(shí)間。本文通過(guò)分析各種LNG加注方式，為L(zhǎng)NG燃料動(dòng)力船舶在LNG燃料加注方面的選擇提供參考?！?/p>