LNG动力船及其过闸可行性分析

■ 朱时俊

（长江航运公安局宜昌分局水上消防支队，湖北 宜昌 443003）

0 引言

LNG是一种混合气体，其主要成分为甲烷，根据GB 12668—2005《危险货物品名表》，属冷冻液态天然气，联合国编号为UN 1972，危险品分类号2.1类，为无色、无嗅、易燃气体。LNG体积约为同量气态天然气体积的1/600，重量仅为同体积水的45%左右，燃点为650℃。 LNG气液之间的临界温度是-82.5℃，液固之间的临界温度是-186℃。大气压力下，LNG沸点都在-162℃左右。在此低温下LNG蒸气密度大于环境空气。通常LNG是作为一种沸腾液体储存在绝热储气罐中。以LNG作为船用动力燃料，需要进行LNG动力船舶改造。

1 LNG动力船舶改造

LNG燃料动力改造是在船舶现有柴油机的基础上，增加一套LNG供气系统和柴油LNG双燃料喷射系统，可实现单纯柴油燃料状态下和油、气双燃料状态下两种运行模式，将船舶单一的柴油动力改造为柴油LNG双燃料动力，通过采用LNG部分替代柴油燃料，达到节省燃油和降低排放的双重目的。不仅新造船可以采用LNG作为燃料，现役船舶也可以通过改装，使用LNG/柴油双燃料主机。现有的船舶要以柴油为燃料，通常情况下需要加装的主要系统包括LNG储罐和气体处理系统，此外还需安装一些辅助系统，如通风系统、ECU、安全系统、自控系统等。最易于改装的船型包括干杂货船、散货船，改装难度较大的船型为客船、渡船、集装箱船，难度最大的则是大型集装箱船、危险品船。改装的难点主要在于如何布置储罐以及其他气体燃料系统的子系统，以及LNG在液化、储存、运输时所带来的麻烦。改燃船型有散货和拖船两类，发动机功率覆盖330 kW、440 kW和105 kW等多种规格。经过空载和满载航行表明，采用混合动力后，动力完全满足原船的要求，速度和原船相当，并且运行稳定，柴油的平均替代率达到60%～70%；在混燃模式下，SOX百分之百实现了减排，NOX减排85%～90%，CO2也可减排15%～20%，同时噪音、烟尘和废油水的排放也大为降低。据一艘5000 t级散货加注船船主介绍，受到发动设备等制约，目前该船动力由70%液化天然气及30%燃油组成，加注一次液化天然气可沿内河航线航行1万km以上，航船从武汉到上海的双向航程可节省燃料费9000元，1年将节约10余万元。

不过，其间也有不少问题有待解决：续航能力较差、船舶建造及改装成本高、前期的基础设施投资巨大。在政策层面，需要完善相关的法律法规和技术规范，解决各地实际航运情况中的政策“瓶颈”，进行稳定的、有一定覆盖面的补贴经济激励；在技术层面，尽管LNG动力船的设备技术已近成熟，但由于缺乏相关安全、技术指南以及我国内河航运船员科学文化素质不高，船舶运营潜在操作风险过高；从航运市场来看，由于LNG动力船改造技术刚刚起步，新建船和改造船都无法达到规模经济的效果，导致船东积极性不高；在燃料供应补给方面，缺乏国家层面的燃料补给规划等。

2 LNG作为船用动力燃料的优、缺点

2.1 LNG作为船用动力燃料的优点

我国内河及长江航运普遍存在船舶机型复杂、技术装备陈旧老化、能耗高等问题，发展LNG燃料动力船舶对于我国内河航运的节能减排具有十分重要的意义，LNG作为船用动力燃料具有清洁、环保、经济等优点，在我国内河推广LNG燃料动力船舶既能满足国家对环境保护的严格要求，又能解决船东对船舶燃油成本居高不下的燃眉之急，LNG是我们在船舶燃料方面发展可循环经济及绿色经济的首选。

2.2 LNG作为船用动力燃料的缺点

1）传统的船舱设计不适合作为LNG储罐，而为了安全地储存LNG，对舱室及管线的要求较高，由此增加了船东的前期投入，建造LNG动力船舶的成本大约为普通船舶的120%或更高。此外，在相同能量输出条件下，LNG需要的体积相当于2倍的燃油体积，这就需要更大的空间去贮存LNG。

2）目前长江上LNG水上加注站还未建立起来，船舶无法直接靠岸加气，因此，船只加气还必须采取将气罐拆卸后，用汽车运到岸上加气站的方式，这不仅增加了加气成本，更重要的是增加了作业时间消耗和生产的安全风险；船只通过三峡船闸被要求必须将气罐内燃料全部放掉，以保证过闸的安全性。

3）目前内河约有3万艘船只符合改造条件，而每艘船的改造成本在100～200万元之间，LNG动力船相比普通柴油燃料船舶的建造成本增加30%以上，加之内河航运不景气，目前船东靠节省的燃料成本收回增加的建造投资基本要在10 a以上。

3 LNG动力船过闸可行性分析

对LNG动力船在三峡大坝与葛洲坝之间水域（“两坝间”水域）航行、过闸、锚地靠泊、燃料加注情况下的风险（包括火灾、爆炸、冻伤、冷脆）分析：

1）两坝间航行。LNG动力船舶通过两坝间水域时，影响其安全航行因素在于两坝间复杂的通航环境，与停靠的众多船舶。可能发生事故的因素在于触礁、触损和碰撞事故。事故原因主要与船舶安全性、外部通航环境和船员的驾驶状态有关。事故后果分为碰撞时候产生的冲击对LNG储存罐体的损害和对LNG储存罐内LNG沸腾液体的冲击。

2）过闸。过闸时候船舶航行速度较小，发生碰撞事故概率较小，但其LNG罐体排放的BOG闪蒸汽（LNG蒸发气）是主要风险源。目前，船舶过闸采用的是统一编组通过的模式，闸室内船舶间距较小，LNG船一旦发生火灾可能造成其他船舶连锁失火，过闸时LNG动力船的主要风险为火灾事故。事故原因是：目前待闸周期较长，若长时间高温，LNG储罐内压力增大需释放，LNG蒸发冲透气孔排出，闸室空间内，蒸汽浓度较外界开放空间就更高，若此时船舶内部及其附近危险区域存在有人吸烟、违规使用明火的情况，易导致火灾事故的发生；闸室又是一个相对密封的空间，加上蒸汽挥发，火势将迅速蔓延，对闸室和其他船舶造成安全威胁。

3）锚地靠泊。待闸船舶积压的情况严重，锚地水域作业繁忙，LNG动力船在锚地进出过程中可能与其他航行船舶、锚泊船舶以及水下建筑物发生碰撞、触损等，对相关作业人员、被碰撞船舶和水上水下建筑物产生较大危害。LNG动力船在锚地靠泊时候风险在于船舶碰撞和触损。

4）燃料加注。人为操作失误、设备品质问题、失效磨损产生的密闭性不好等原因可能引起加注软件破损、法兰连接处失效等状况，导致LNG发生泄漏。LNG在加注过程中主要风险是管道破裂和过充。事故原因包括加注管路法兰连接处泄漏；LNG槽车的接地线与固定线连接不当产生的电火花和电弧；LNG软管破裂等。