LNG動力船加注技術研究

楊江輝

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

LNG動力船加注技術研究

楊江輝

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

液化天然氣(LNG)是一種清潔能源，在安全性、經濟性、環保性等方面優勢明顯，未來將成為船用燃料的首選。在對比研究國內外LNG動力船加注標準的基礎上，對LNG加注工藝流程、加注類型、加注特殊性及加注站的建設方案與規模等多個方面進行綜合研究，提煉出一套適用于我國內河流域和沿海的LNG動力船的加注方案和應用原則，可保障加注作業順利進行。研究結果將為我國LNG動力船加注技術的推廣應用提供一定的借鑒。

LNG動力船；加注模式；低溫儲罐；船基加注

0 引 言

據統計，世界航運業每年要消耗燃油20億桶，排放CO2超過12億噸，約占全球總排放量的6%。為應對世界氣候變化，國際海事組織(IMO)出臺了環保規則，規定了船舶污染防治、減少排放的標準和時限。IMO海洋環境保護委員會所制定的《船舶污染防治國際公約》規定：要求2010年7月以后在排放管制區域(ECA)航行船只所用燃料含硫量不能超過1%(質量分數)，2015年1月1日后不能超過0.1%。ECA范圍目前包括波羅的海和北海到英吉利海峽南端的連續海域，未來北美部分地區和亞洲香港地區也極有可能納入。

目前中國大部分船舶如果要在歐盟港口停靠只能采用兩種方式：一是提前關閉引擎靠岸；二是使用液化天然氣(LNG)等清潔能源。在此背景下，根據綠色航運能源發展趨勢，LNG作為船舶能源在安全性、經濟性、環保性等方面優勢明顯，逐漸成為了未來船用燃料的首選。相比同熱值的燃油，LNG可減少CO2排放15%～20%，減少NOx排放80%～90%，完全沒有SOx排放。根據交通運輸部《關于推進水運行業應用液化天然氣的指導意見》，預計有數萬艘內河船舶符合改燃條件，每年新增內河船舶4 000～5 000艘，到 2016 年中國內河流域 LNG-柴油雙燃料動力船舶保有量將達2.38 萬艘[1]。

隨著LNG動力船的快速推廣應用，其燃料加注技術愈發受到人們關注。本文以LNG動力船加注技術為研究對象，重點研究了加注工藝流程、加注類型、加注特殊性及加注站的建設方案與規模等多個方面，為我國LNG動力船加注技術的推廣應用提供一定的借鑒。

1 LNG動力船加注技術標準研究

1.1 國際標準

國際上關于LNG生產、儲存和運輸的標準較多，但關于LNG加注的標準卻較少，目前主要有：

(1) 美國消防協會 NFPA52車載燃料系統規范；

(2) 美國消防協會 NFPA59A LNG生產、儲存和裝運。

以上國外標準強調本質化安全和小型設施簡單寬松的原則。NFPA52與NFPA59A比較，更加注重科學合理原則，對加注設施安全標準要求寬松。

1.2 國內標準

由于LNG屬新興產業，國內標準化工作還處于起步階段。目前只有一些指導性的意見，尚無具體的實施細則、具體參數、標準。與LNG相關的標準如下[2]：

(1) GB/T 24963—2010 《液化天然氣設備與安裝船岸界面》；

(2) GB/T 26980—2011 《液化天然氣(LNG)車輛燃料加注系統規范》；

(3) GB17422—1998 《液化氣體船水上過駁作業安全準則》；

(4) NB/T 1001—2011 《液化天然氣(LNG)汽車加氣站技術規范》；

(5) 中華人民共和國海事局于2012年印發的《LNG燃料動力試點船舶技術要求》和《LNG燃料動力試點船舶關鍵設備技術要求》。

國內針對LNG船基加注方面的規范還沒有出臺，也沒有針對LNG岸基加注站的施工規范文件。

2 LNG動力船加注技術

2.1 概述

LNG動力船儲罐中液體溫度為-165 ℃。為防止加注過程中LNG吸熱氣化，必須對管線進行相應保溫。LNG動力船儲罐在加注前需進行氮氣置換或抽真空處理，保證含氧量小于3%才可進行加注[3]。同時，加注前還需做好噴霧預冷工作，噴霧預冷應緩慢進行，保證溫度升至-150 ℃后才可緩慢加注LNG液體。LNG動力船加注的主要工藝流程如圖1所示。世界上主要的LNG動力船應用情況如圖2～4所示。

圖1 LNG動力船加注工藝流程圖Fig.1 Filling process of LNG fueled ship

圖2 世界首艘LNG燃料動力船:Viking Fig.2 The first LNG fueled ship: Viking

圖3 世界首艘改裝LNG燃料動力成品油輪，LNG燃料容量 2×500 m3Fig.3 The first modified LNG fueled ship.Its LNG fuel capacity is 2×500 m3

圖4 世界首艘LNG燃料集裝箱船5000TEU Maersk Drury 號Fig.4 The first LNG fueled container ship 5000TEU Maersk Drury

2.2 加注類型

LNG動力船加注類型主要有槽車碼頭或換罐加注、岸基加注和船基加注[4]，分別介紹如下。

(1) 槽車加注是指由岸上LNG槽車向水中船舶加氣。同時，對于小型漁船、貨船、渡輪也可采用換瓶方式，LNG船載瓶容量一般小于275 m3。

(2) 岸基加注是指在海岸線碼頭建立LNG終端接收站，通過低溫保冷管線(加注軟管或者加料臂)向船舶加注LNG，接收站用于接收、儲存、氣化并外輸天然氣。歐盟部分接收站已經具備對LNG動力船舶進行加注的能力。

(3) 船基加注是通過LNG運輸船對LNG動力船進行船對船加注，類似于燃油船對船加注模式。這種方式有較強的靈活性，不需要固定地點，尤其是對于不能進港的超大型集裝箱船或油輪特別適用。加注船停泊時須把握好停泊時機，還應配置適當的護舷和充足牢靠的錨繩/錨索[5]。加注系統的設計應保證加注船和接收船均能安全、有效地移動，加注船的系泊時間應根據接收船的周轉時間決定。船基加注將成為未來LNG燃料動力船的主要加注模式，主要是因為船基加注具有高度靈活性，可以在碼頭和海上對各種類型的船舶進行加注，而且船基加注的裝載率高、加注容量大。

2.3 加注類型對比

加注類型對比見表1。

表1 LNG動力船加注類型對比Table 1 Comparison of LNG fueled ship filling type

2.4 加注特殊性

(1) LNG船舶加注不同于陸地槽車加注。陸地加注時，加氣和進氣設施處于同一平面；碼頭加注時，船舶可能晃動；躉船加注時，躉船和船舶同時晃動，必須考慮高低位和船舶晃動產生的不利影響。

(2) 水位落差。有時水位落差幾十米，LNG動力船不能靠岸，只能偏向航道中心停泊加注，加注碼頭的加氣管道可能長達120 m；躉船如向航道中心移動，補給燃料時卸料軟管要足夠長，或需將LNG動力船拖至岸邊補給。LNG動力船加注口高差很大，海浪、漲潮、洋流、風速、能見度等因素將對加注造成不利影響。

2.5 加注站建設方案與規模

(1) 對于我國內河水域，選擇合適的加注方案還需要考慮水域特點、輸送距離、交通狀況、容量、加注頻次、安全性、周邊其他加注站以及岸上LNG需求等。對于長江流域，采用布置于江面中心的加注躉船是經濟合理的加注模式；對于運河或者河道較窄的河流，一般采用岸基加注模式；對于沿海或者遠洋LNG動力船加注，一般采用船基加注模式。

(2) LNG加注站通過低溫卸料臂向船舶加注LNG。這種卸料臂操作簡單，出現緊急情況時卸料臂會自動與被加注船脫離并同時切斷LNG加注。

(3) 因LNG動力船舶加注量大，故碼頭加注站儲存規模應大于陸地普通汽車加注站，一般低溫儲罐單罐容積以350 m3為宜，總儲量以1 400 m3為宜，LNG加注躉船規模一般為4×350 m3。

(4) 內河LNG改造船舶噸級為2 000 t左右。考慮到LNG船舶夜間作業的安全隱患，加注一般應在白天進行，加注時間控制在1 h以內。

3 結 語

詳細介紹了LNG動力船加注的工藝流程、加注類型、加注特殊性及加注站建設方案等，同時進一步研究了適合于我國內河和沿海的加注模式、LNG加注站儲存規模和加注時間要求。上述研究結果可為我國LNG動力船加注技術的推廣應用提供一定的借鑒。

[1] 中國船舶工業集團公司.LNG燃料動力試點船舶關鍵設備技術要求[S].2012.

[2] 中國船級社.氣體燃料動力船檢驗指南[S].2011.

[3] 王仲玨，詹水芬，張曉春.液化天然氣船舶加注問題的研究[J].山西建筑，2012，38(19)：274.

[4] 李超，王立席，杜太利，等.LNG動力船舶加氣技術[J].油氣儲運，2013，32(9)：997.

[5] 石國政，張暉，范洪軍.天然氣燃料動力船燃料加注模式研究[J].船海工程，2013，42(6)：57.

LNGFueledShipFillingTechnology

YANG Jiang-hui

(OffshoreOilEngineeringCo.,Ltd.,Tianjin300451,China)

Liquefied natural gas (LNG) is a kind of clean energy,which has obvious advantages in safety,economy,environmental protection and other aspects.LNG will become the preferred fuel for ships in the future.Based on the comparison of domestic and foreign LNG fueled ship’s filling standards,the comprehensive research about the LNG filling process,filling type,filling particularity,as well as the construction scheme and scale of the filling station are completed to ensure the safety of filling operations.Filling scheme and application principle capable of inland river and coastal LNG fueled ships are abstracted.The results can provide a certain reference for the promotion and application of the LNG fueled ship filling technology in China.

LNG fueled ship; filling mode; low-temperature tank; ship to ship filling

U473.2+4; TE835

A

2095-7297(2014)03-0263-04

2014-08-06

楊江輝(1981—)，男，碩士，工程師，主要從事LNG低溫工程和海洋油氣工程結構設計研究。