内河LNG动力船加注方案研究

赵亚彬，秦冬冬，韩 星，王晓东，任玉鸿

（中国石油大学（北京），北京 102249）

内河LNG动力船加注方案研究

赵亚彬，秦冬冬，韩 星，王晓东，任玉鸿

（中国石油大学（北京），北京 102249）

介绍了岸基加注、罐车加注、趸船加注、移动加注船、浮仓加注以及储罐换装六种 LNG动力船加注方式，并详细分析了各加注方式的优缺点。再结合我国内河水域的不同特点，主要以长江和京杭大运河为例，对不同内河水域的LNG动力船加注方案进行了系统、分类研究，最终得出了较为完备的中国内河LNG动力船加注方案。

LNG 动力船；内河；LNG加注方案；LNG加注站

LNG作为一种清洁能源，在安全性、经济性以及环保性等方面具有明显优势，已成为世界公认的未来船舶能源首选［1］。目前，国内“气化长江”、“气化珠江”等内河船舶“油改气”项目正稳步推进，长江、珠江以及京杭大运河等内河水域是我国船舶气代油改造的重点［2］。2013年至今，一系列船用LNG政策的出台标志着我国船用 LNG产业进入了快速发展阶段。《交通运输部关于推进水运行业应用液化天然气的指导意见》提出：到2020年，中国内河运输船舶能源消耗中LNG的比例要达到10%以上。这是世界上首次由国家政府层面为推动船用 LNG的发展应用而发布的文件，是今后指导我国水运行业应用LNG燃料的纲领性文件。LNG 作为船舶燃料的最大障碍之一就是LNG加注站建设滞后［3］，LNG加注站的快速发展依赖于安全、可靠的LNG动力船加注方案，完善的内河LNG动力船加注方案是LNG动力船可持续发展的关键。

1 LNG动力船加注现状

LNG作为船舶燃料最早应用于LNG运输船，直至2000年才发展到其他船型［4］。国内LNG动力船以改造在内河航行的散货船为主，内河船舶大多采用轻柴油作为推进燃料，改造后既可以单独烧柴油，也可以实现柴油和LNG的混合燃烧，常用工况下的天然气掺烧比可达 70%左右［5］，混合比例可根据不同工况进行调整。LNG动力船自身配备一定容量的LNG储罐，如何通过最佳的加注方案对其进行加注是需要解决的关键问题［6］。

目前，国内外的LNG动力船主要有岸基加注、罐车加注、趸船加注、移动加注船、浮仓加注、储罐换装六种加注方式。国外的LNG动力船多为在沿海区域航行的滚装船和平台供应船［7］，主要采用岸基加注及罐车加注的方式。国内在岸基 LNG加注站、LNG加注趸船等设施建成之前，主要采用LNG罐车进行近岸加注或利用换装 LNG储罐的方式进行加注［8］。根据我国《LNG燃料动力试点船舶技术要求》，船用LNG储罐的有效容积不大于20 m3，船舶加气时间不超过1 h。

2 LNG动力船加注方式及特点

2.1 岸基加注

岸基加注方式是指通过岸上固定设施对 LNG动力船进行加气的固定式加注站，根据码头类型的不同可分为栈桥式码头岸基加注站和岸壁式码头岸基加注站。岸基加注站主要由LNG储罐、充装系统、卸车系统、加注系统及安全控制系统等组成，利用充装撬及管线将 LNG从储罐输送至加注系统给目标船只加气［9］。其中，充装系统是给船舶加注 LNG的低温潜液泵、仪表、阀门及其它配套设备的集成撬体，加注系统主要由低温加气臂或加气机、加气软管等组成。

岸基加注站的各类装置均设置在岸边及码头上，安全性及可靠性高，适合内河LNG动力船的快速加注，而且还可以与LNG汽车加气站合建。但岸基加注站属于固定式加注站，需要占用一定岸线，且船舶加注码头属于危险品码头，对船舶的靠泊操作以及周围水域的交通条件要求较高。岸基加注站的低温加气臂或加气机均固定设置，当水位变化较大时 LNG动力船可能无法靠近码头与加注系统正常对接［10］，影响岸基加注站的正常运营。此外，由于LNG通过管线输送，产生的残液需要采取措施回收处理。

2.2 罐车加注

罐车加注方式是指利用 LNG 罐车在岸边码头直接给 LNG动力船加气的加注方式［11］，LNG 罐车通过自增压或利用低温潜液泵增压的方式对 LNG动力船补充燃料［12］。目前，罐车式加注仍然是国内最常用的LNG动力船加注方式。

现阶段，国内最大的LNG罐车罐容约56 m3，LNG罐车的生产及加注技术均已发展成熟。与其他加注方式相比，LNG罐车加注工序简单，机动灵活，投资和操作成本较低。但LNG罐车加注方式的加注量小、加注效率低，主要适用于内河小型船舶加注。而且国内没有统一的罐车加注规范、随意性较大，其安全性易受人为等因素影响，操作及管理上存在一定风险。

2.3 趸船加注

趸船加注方式是指利用水上趸船作为加气船的水上加注站，根据趸船自身是否配备储罐可分为独立式趸船加注站和接管道式趸船加注站，主要由LNG储罐、低温潜液泵、低温加气臂及其他配套系统组成，加注趸船通过低温加气臂向船舶加注LNG。目前，国内已建趸船加注站绝大部分是独立式趸船加注站。

趸船加注站具有加注速度快、加注效率高的优点，而且由于趸船布置于河道上，可以随水位变化情况进行相应调整，环境适应性较好。接管道式加注趸船的LNG储罐固定于岸边，需要建设连接趸船和岸边储罐的架空斜坡道来敷设管道，通过斜坡道来消除水位变化对管道的影响［13］。独立式加注趸船自身配备储罐，可以建设成“油气合一”的LNG—柴油双燃料加注站，为LNG动力船同时补充LNG与柴油。但独立式趸船加注站的各类系统均设置在趸船上，水面上下浮动产生的不稳定性会对LNG的储存和加注产生一定影响。

2.4 移动加注船

移动加注船是指利用自身具备动力、专门为LNG动力船提供补充燃料服务的移动送供船，主要由LNG储存及加注系统等系统组成。

移动式加注船不像岸基加注站和加注趸船需要固定的加注地点，具有很强的机动性，而且加注效率高，适合大中型LNG动力船的加注，根据需要还可以在沿海区域提供加注服务［14］。移动加注船可由LNG运输船改造而成或新建，投资和操作成本较高，新建5 000 m3的移动送供船造价约8 000万元。目前国内还没有移动式LNG加注船，主要原因是国内还未允许LNG运输船进入内河水域。此加注方式受国家政策的影响较大，若政府批准LNG运输船进入内河水域，移动加注船即可具备由海进江的功能，承接沿海LNG接收站分拨的LNG资源，起到内河中转运输和LNG动力船加注的双重作用。

2.5 浮仓式加注

浮仓式加注是通过大型 LNG槽船漂浮于固定海面或有足够吃水的江面上，LNG动力船靠近浮仓后连接管道即可加气。这种加注方式的加注量大，加注效率很高，尤其适合难于进港加气的超大型LNG动力船［6］。但其投资很大，需要适合停靠大型LNG槽船的港湾或内河水域，而且加注地点固定，主要适用于沿海水域或者锚地加注。国内现阶段暂无浮仓式LNG加注站，对其研究也比较少。

2.6 储罐换装

储罐换装加注方式是利用 LNG储罐整体吊换到目标船舶的方式来实现加注的，主要适用于内河岸线紧张的地区和航线、加注频次固定的LNG动力船，尤其适用于耗气量小且航线固定的旅游船。由于储罐换装式加注操作复杂且没有统一的操作规范，风险较大，经济性也较差［1］，在国内只作为岸基加注站或趸船加注站建设过程中的一种过渡加气方式。

3 内河LNG动力船加注方案选择

3.1 长江、珠江等内河LNG动力船加注方案

长江、珠江等内河是国内天然河流的典型代表，下面以长江为例进行分析。长江中上游流域丰水期与枯水期的水位落差很大，尤其是重庆流域等上游区域丰、枯水期水位落差可达几十米，航道范围受水位变化的影响也较大［9］。长江下游流域是中国经济发展最高的区域，船舶航行密度高，LNG需求量也大，但岸线已被充分利用，能用于建设LNG加注站的岸线非常稀少［1］。

岸基加注站，尤其是岸壁式码头岸基加注站，对长江中上游水位变化的适应性较差，而且岸基加注站需要占用一定的岸线，所以岸基加注方式在此并不适用。接管道式趸船加注站自身不配备储罐，在水位变化较大的情况下无法保证敷设于架空斜坡道上低温管道的安全性和可靠性。独立式趸船加注站的LNG储罐设置于趸船上，减少了岸基式加注和接管道式趸船管道输送LNG的环节，而且占用岸线少，对长江水位变化的适应性较强。罐车加注方式不需要占用岸线建设专用码头，在岸线紧缺的区域可以作为辅助性加注方式。在我国现行内河加注规范及政策下，移动加注船无法进入内河水域，但由于它机动性好、加注量大及适用性强的特点，移动加注船是未来长江水域 LNG动力船加注的发展方向，尤其适用于长江下游水域。因此，现阶段长江、珠江等天然河流宜采取“独立式趸船加注为主，罐车加注为辅”的加注方案，未来宜采取“独立式趸船加注为主，移动加注船为辅”的加注方案。

3.2 京杭运河LNG动力船加注方案

京杭运河是我国最典型的人工河道，主要特点是航道宽度有限，岸线整齐，水位高差随季节变化不大，船舶吨位较小但航行密集度高［1］。

趸船加注站占用岸线较少，但会进一步挤占狭窄的航道，对京杭运河上其他船舶的通行产生不利的影响，所以趸船加注方式并不适用。栈桥式码头岸基加注站的栈桥码头会影响航道宽度，同样不适用于京杭运河。移动加注船建造、运营成本较高，不适合单次加注量很少的小型船舶。岸壁式码头岸基加注站的加注系统等装置均固定设置在岸上，不影响航道宽度，适合航道狭窄、岸线整齐的京杭运河。与长江、珠江等天然河流类似，罐车加注方式同样可以作为京杭运河的辅助性加注方式。因此，京杭运河宜采取“岸壁式码头岸基加注站为主，罐车加注为辅”的LNG动力船加注方案。

4 结束语

我国内河船舶“油改气”技术正处于由试验向规划化、规模化推广阶段，但我国的LNG动力船配套设施建设不完善，尤其是LNG动力船加注站点没有形成规模化和网络化，这严重制约了我国船用LNG产业的快速发展。本文针对国内不同内河水域的复杂情况，对LNG动力船不同加注方案进行了深入的分析、对比，形成的内河LNG动力船加注方案对于国内 LNG动力船加注站的规划和建设具有一定的指导意义。

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Research on Bunkering Mode of LNG Powered Ship in Inland River

ZHAO Ya-bin，QIN Dong-dong，HAN Xing，WANG Xiao-dong，REN Yu-hong
（China University of Petroleum （Beijing），Beijing 102249，China）

Six kinds of LNG powered ship's gas filling methods were described， including shore base， barge base，LNG storage tank， ship base， floating chamber and replacement of the storage tank. advantages and disadvantages of the different gas filling methods were analyzed. Combined with the characteristics of the different inland rivers， taking Changjiang River and the Grand Canal as the examples， a systematic and comprehensive research of LNG powered ships gas filling methods in different inland rivers was carried out， a relatively perfect bunkering mode for LNG powered ship in inland rivers was determined.

LNG powered ship； Inland river； LNG bunkering mode； LNG bunkering station

TE 624

A

1671-0460（2015）12-2876-03

2015-07-07

赵亚彬（1990-），男，河北石家庄人，中国石油大学（北京）在读研究生，研究方向：天然气与LNG相关技术研究。E-mail：393846158@qq.com。