LNG動力船及其過閘可行性分析

■ 朱時俊

（長江航運公安局宜昌分局水上消防支隊，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GB 12668—2005《危險貨物品名表》，屬冷凍液態天然氣，聯合國編號為UN 1972，危險品分類號2.1類，為無色、無嗅、易燃氣體。LNG體積約為同量氣態天然氣體積的1/600，重量僅為同體積水的45%左右，燃點為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沸點都在-162℃左右。在此低溫下LNG蒸氣密度大于環境空氣。通常LNG是作為一種沸騰液體儲存在絕熱儲氣罐中。以LNG作為船用動力燃料，需要進行LNG動力船舶改造。

1 LNG動力船舶改造

LNG燃料動力改造是在船舶現有柴油機的基礎上，增加一套LNG供氣系統和柴油LNG雙燃料噴射系統，可實現單純柴油燃料狀態下和油、氣雙燃料狀態下兩種運行模式，將船舶單一的柴油動力改造為柴油LNG雙燃料動力，通過采用LNG部分替代柴油燃料，達到節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，現役船舶也可以通過改裝，使用LNG/柴油雙燃料主機。現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包括LNG儲罐和氣體處理系統，此外還需安裝一些輔助系統，如通風系統、ECU、安全系統、自控系統等。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、危險品船。改裝的難點主要在于如何布置儲罐以及其他氣體燃料系統的子系統，以及LNG在液化、儲存、運輸時所帶來的麻煩。改燃船型有散貨和拖船兩類，發動機功率覆蓋330 kW、440 kW和105 kW等多種規格。經過空載和滿載航行表明，采用混合動力后，動力完全滿足原船的要求，速度和原船相當，并且運行穩定，柴油的平均替代率達到60%～70%；在混燃模式下，SOX百分之百實現了減排，NOX減排85%～90%，CO2也可減排15%～20%，同時噪音、煙塵和廢油水的排放也大為降低。據一艘5000 t級散貨加注船船主介紹，受到發動設備等制約，目前該船動力由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省燃料費9000元，1年將節約10余萬元。

不過，其間也有不少問題有待解決：續航能力較差、船舶建造及改裝成本高、前期的基礎設施投資巨大。在政策層面，需要完善相關的法律法規和技術規范，解決各地實際航運情況中的政策“瓶頸”，進行穩定的、有一定覆蓋面的補貼經濟激勵；在技術層面，盡管LNG動力船的設備技術已近成熟，但由于缺乏相關安全、技術指南以及我國內河航運船員科學文化素質不高，船舶運營潛在操作風險過高；從航運市場來看，由于LNG動力船改造技術剛剛起步，新建船和改造船都無法達到規模經濟的效果，導致船東積極性不高；在燃料供應補給方面，缺乏國家層面的燃料補給規劃等。

2 LNG作為船用動力燃料的優、缺點

2.1 LNG作為船用動力燃料的優點

我國內河及長江航運普遍存在船舶機型復雜、技術裝備陳舊老化、能耗高等問題，發展LNG燃料動力船舶對于我國內河航運的節能減排具有十分重要的意義，LNG作為船用動力燃料具有清潔、環保、經濟等優點，在我國內河推廣LNG燃料動力船舶既能滿足國家對環境保護的嚴格要求，又能解決船東對船舶燃油成本居高不下的燃眉之急，LNG是我們在船舶燃料方面發展可循環經濟及綠色經濟的首選。

2.2 LNG作為船用動力燃料的缺點

1）傳統的船艙設計不適合作為LNG儲罐，而為了安全地儲存LNG，對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時間消耗和生產的安全風險；船只通過三峽船閘被要求必須將氣罐內燃料全部放掉，以保證過閘的安全性。

3）目前內河約有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，加之內河航運不景氣，目前船東靠節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動力船過閘可行性分析

對LNG動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險（包括火災、爆炸、凍傷、冷脆）分析：

1）兩壩間航行。LNG動力船舶通過兩壩間水域時，影響其安全航行因素在于兩壩間復雜的通航環境，與停靠的眾多船舶。可能發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、外部通航環境和船員的駕駛狀態有關。事故后果分為碰撞時候產生的沖擊對LNG儲存罐體的損害和對LNG儲存罐內LNG沸騰液體的沖擊。

2）過閘。過閘時候船舶航行速度較小，發生碰撞事故概率較小，但其LNG罐體排放的BOG閃蒸汽（LNG蒸發氣）是主要風險源。目前，船舶過閘采用的是統一編組通過的模式，閘室內船舶間距較小，LNG船一旦發生火災可能造成其他船舶連鎖失火，過閘時LNG動力船的主要風險為火災事故。事故原因是：目前待閘周期較長，若長時間高溫，LNG儲罐內壓力增大需釋放，LNG蒸發沖透氣孔排出，閘室空間內，蒸汽濃度較外界開放空間就更高，若此時船舶內部及其附近危險區域存在有人吸煙、違規使用明火的情況，易導致火災事故的發生；閘室又是一個相對密封的空間，加上蒸汽揮發，火勢將迅速蔓延，對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重，錨地水域作業繁忙，LNG動力船在錨地進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生碰撞、觸損等，對相關作業人員、被碰撞船舶和水上水下建筑物產生較大危害。LNG動力船在錨地靠泊時候風險在于船舶碰撞和觸損。

4）燃料加注。人為操作失誤、設備品質問題、失效磨損產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，導致LNG發生泄漏。LNG在加注過程中主要風險是管道破裂和過充。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產生的電火花和電弧；LNG軟管破裂等。