內河LNG加注碼頭應用前景及工藝系統分析

林佐輪

（湖南省交通規劃勘察設計院有限公司，湖南 長沙 410008）

內河水運積極推廣LNG 清潔能源步伐正在加快，除大力推動LNG 動力船舶建造和改造外，LNG 加注碼頭設計和建設工作正全面鋪開。水上LNG 加注碼頭屬于危險品碼頭，安全責任大，涉及影響因素較多，碼頭設計除需充分考慮其安全、防洪、通航和環保等專項問題外，更要重視其核心的工藝加注和補給系統的設計。

1 國內外LNG 船舶和加注碼頭現狀及趨勢分析

（1）國外LNG 船舶起步早、規模不大。據英國SEA-LNG 在2020年2月發布數據，全球有175 艘LNG動力海船，在造203 艘，另有141 艘LNG 動力預留船在運行或在造訂單上，主要為集裝箱運輸船、客渡船和滾裝船。

（2）根據2020年12月22日《中國交通的可持續發展》白皮書：我國已建成290 多艘LNG 動力船，大部分已投運，主要航行于長江、京杭運河及黃浦江等水域。

（3）預計到2025年長江水系LNG 動力船舶的加注需求量將達到199.1 萬t，船舶規模達19040 艘。

（4）長江、京杭運河及西江航線共規劃有74 座LNG 加注碼頭，其中，長江45 座，京杭運河19 座，西江10 座。

（5）截止2021年12月底，國內已建成內河LNG加注碼頭達22 個，其中長江已建成9 座，見表1，另有多個LNG 加注碼頭已開工建設。其余內河航線建成的多座LNG 加注站受LNG 動力船舶限制，目前基本還未實質投入使用。

表1 長江已建成的液化天然氣加注碼頭表

2 LNG 加注碼頭的問題分析

（1）受市場價格因素影響，航運企業新建改造LNG 動力船舶的意愿不足，船舶保有量較少，LNG 加注碼頭工程投資大，運行成本高，整體發展緩慢。

（2）LNG 加注碼頭敏感性較高，安全責任大，建設運營涉及部門多，各部門對LNG 使用管理認識不一、審批依據不完善，客觀上造成LNG 加注碼頭建設運營審批困難。

（3）現有港口總體規劃大多未考慮LNG 加注碼頭功能及其規劃方案，需加快推進港口總體規劃的調整。

3 內河LNG 加注碼頭補液、加注工藝

補液、加注工藝系統是內河LNG 加注碼頭的核心，補液工藝主要依托LNG 儲罐、運輸船或罐車三種補給方式完成；加注工藝則依托LNG 儲罐、加注泵撬、真空絕熱管、BOG 系統、儲罐調壓系統、放散系統、吹掃裝置等設備聯合完成。

3.1 加注方式

目前，LNG 加注碼頭加注工藝分為四種方式：罐車加注、岸基加注、躉船加注、LNG 加注船加注，其優缺點見表2。

表2 加注模式優缺點對比

其中，罐車加注其加注能力小，一般只在陸域儲罐未建成之前作為過渡的一種加注形式；LNG 加注船加注工藝方式受安全監管和航道條件限制，可操作性差，在內河無實際應用案例；我國內河已建成LNG 加注碼頭主要為岸基加注(儲罐位于陸域)、躉船加注(儲罐位于躉船)兩種工藝加注形式，LNG 主要加注碼頭典型結構形式見圖1。

圖1 罐車加注（左）、岸基加注（中）和躉船加注（右）

內河LNG 加注碼頭加注方式的選擇與其泊位等級和水位差密切相關。以長江干流為例，蕪湖港以下至長江口通航船舶大多在10000 噸級以上，其最大水位落差12m 左右且低水位工況維持時間較短，為保證加注工藝操作的便捷性和靠泊的安全性，其下游LNG 加注碼頭優先采用直立式碼頭，配合岸基加注方式；蕪湖以上至重慶段，通航船舶大多在10000 噸級以下，其最大水位落差達18m 左右，大多碼頭優先采用加注操作性好、投資省的浮式躉船結構，采用的加注工藝方式既有躉船加注，也有岸基加注。

3.2 加注、補液及掃線工藝流程

（1）躉船加注：LNG 罐車→卸車平臺卸車撬（含計量）→引橋真空絕熱管線→真空軟管→躉船真空絕熱管線→躉船LNG 儲罐→加注泵撬（含計量）→液相和氣相真空絕熱管線及閘閥系統→真空軟管加注連接（軟管吊/加注臂）→貨船。躉船碼頭可通過水上LNG 運輸船和陸上補給。其工藝流程見圖2。

圖2 躉船加注及補液工藝流程圖

（2）岸基加注：LNG 罐車/管道→潛液泵→碼頭陸域LNG 儲罐→引橋真空絕熱管線→碼頭平臺→加液泵撬（含計量）→真空軟管連接（軟管吊/加注臂）→貨船。岸基加注不應從水上補給。

（3）掃線流程：卸車前先用氮氣將工藝管道內部空氣惰化，再通過BOG 系統將低壓天然氣吹掃置換管內氮氣，置換完畢再進行卸車補液操作；卸車完畢后通過BOG 系統將低壓天然氣吹掃管內殘液至LNG 儲罐，再利用氮氣吹掃置換BOG 氣體，置換完畢后方可拆卸加注或卸車用軟管。

3.3 LNG 儲罐容積確定

躉船LNG 儲罐容積大小取決于日均LNG 氣源補給量和加注需求量。由于LNG 加注特殊性，從安全角度考慮，補給和加注不能同時進行，LNG 加注作業只能在白天進行，作業按12 小時計；LNG 罐車補給在晚間進行，作業按9 小時計。

（1）日均補給量。LNG 罐車容積約為50m/輛，計算裝卸率0.8 后加注量為40m/輛，一般情況下卸完1 輛車約1.5 小時，每天單線最多裝卸6 輛，單線日均補給量240m。

（2）單船加注量。載貨量500～5000 噸運輸船，柴油機總功率300～1700kW：按柴油機總功率計算燃油消耗量Q=T×N×g×10-6(t)；式中：T 為連續航行時間，取24h；N為柴油機總功率；g為柴油機燃油消耗率，一般取220g/kW.h，則油耗為1.584～8.98t，換算后500～5000DWT 貨船按300 公里行程所需LNG 為2.82～16m，考慮充裝率及余量后，載貨量500～5000DWT 受注船LNG 儲罐一般取5～20m較為合理。

（3）單船加注時間。由于受注船LNG 儲罐（以10～15m為例）進料管徑約40～50mm，加注流速過快，易引起靜電，一般選用流量20～30m/h 加注泵，可將LNG 純加注時間控制在20～30 分鐘，單船完成加注和靠離泊作業控制在1 小時內較為合理。

（4）日均加注量。按白天12 小時工作計，每天可加注500～5000DWT 的船舶12 艘次，加注量在60～240m/天。

（5）LNG 儲罐容積比較：①當泊位為500～1000噸級時，單個LNG 加注碼頭日均加氣量約60～80m，配100m儲罐較為經濟。②當泊位為1000～3000 噸級時，單個LNG 加注碼頭日均加氣量約80～180m，配200m儲罐較為經濟。③當泊位為3000～5000 噸級時，單個LNG 加注碼頭日均加氣量約180～240m，配300m儲罐較為經濟。④當泊位為5000～10000 噸級時，單個LNG 加注碼頭日均加氣量約240～360m，配500m儲罐較為經濟。

3.4 躉船加注工藝管線及設備的布置

內河某躉船LNG 加注碼頭工藝平面布置見圖3，該LNG 加注躉船平面尺寸65×12×3.2×1.6 m（長×寬×型深×吃水）。考慮過渡期的影響，該躉船具備油氣加注雙重功能，考慮安全性和補給的可操作性，其柴油均從水上油船補給，油艙容量395m；LNG 既可從岸上罐車補給，又可從水上LNG 船舶補給，躉船LNG儲罐容積2×100m，年加注LNG 能力1.6 萬m，柴油1 萬m。

圖3 內河某躉船LNG 加注碼頭工藝平面布置圖

LNG 躉船加注碼頭的核心工藝系統包含三部分：躉船加注、船岸連接、岸上卸車。其中，躉船加注主要包括1 惰性氣體吹掃裝置、2 控制柜、3 軟管吊臂、4積液盤、5 拉斷閥、6 加注軟管、7 加注泵橇、8LNG 儲罐、（9-12）LNG 回收調壓裝置、13 不銹鋼真空絕熱管路和閥門等核心部件，LNG 燃氣回收調壓裝置布置于兩個LNG 儲罐中間，節約空間；船岸連接主要包括（13-14）不銹鋼真空絕熱管路及吹掃管線；岸上卸車包括卸車泵撬（含計量）和控制柜等。

4 結論

內河水運推廣LNG 加注碼頭建設是實現碳達峰的重要舉措。LNG加注碼頭補液和加注工藝是其核心內容，選用的加注方式決定了其建設的投資成本和適應性的問題。

（1）內河LNG 動力船舶燃料市場價格、燃燒熱值均占明顯優勢，新建LNG 動力船舶噸級越大，經濟性越明顯，LNG 加注碼頭市場前景廣闊。

（2）內河LNG 加注碼頭水位差小于等于12m 時，建議采用岸基加注的直立式碼頭方案；水位差大于12m時，建議采用躉船加注的浮碼頭結構方案。

（3）躉船加注碼頭LNG 儲罐容積建議在泊位等級為500～1000 噸級時，配置100m；在1000～3000噸級時，配置200m；在3000～5000 噸級時，配置300m；在5000～10000 噸級時，配置500m較為經濟。

（4）躉船加注碼頭工藝可為同類型碼頭設計提供參考。