水上LNG加注站选址

刘志仁 ， 余 伟

(1.江苏海企港华燃气股份有限公司，江苏南京210009；2.扬州市燃气热力管理中心，江苏扬州225002)

1 概述

发展LNG燃料动力船，对改善江河水质和沿岸城市空气质量有良好的积极作用。近年来，我国主要推进内河水域船舶的LNG应用，江苏海企港华燃气股份有限公司投资建设的“海港星l号”水上趸船式LNG加注站于2013年9月建成投入试运行，拉开了国内水上LNG加注站建设的序幕。截至2017年底，我国已建成19座水上LNG加注站，主要分布在长江干线、西江、京杭运河等流域，见表1。

表1 我国已建成水上LNG加注站分布数量

2 站址选择存在的问题

趸船式水上LNG加注站的选址依据海事局文件《水上液化天然气加注站安全监督管理暂行规定》(海危防[2014]825号)进行。该规定对LNG加注站的站址选择仅提出原则性要求，并未对LNG工艺装置与周边的防火间距等作出明确规定。

行业标准JTS 196-11-2016《内河液化天然气加注码头设计规范(试行)》要求，内河LNG加注码头前沿停泊水域和回旋水域的设计尺度和设计水深应按照现行行业标准JTJ 212-2006《河港工程总体设计规范》的有关规定。目前京杭运河已建岸基式水上LNG加注站的码头大部分不符合相关要求，且其中个别岸基式水上LNG加注站的码头前沿水深不足，存在LNG燃料动力船舶满载时无法靠泊码头，仅空载时方能靠泊加注的情况。

国家主管部门未发布相关管理规定，对在什么区域进行加注，如何管理等进行明确。因此，国内对LNG加注船允许航行及加注区域、补给地点、运力指标、水上过驳安全操作和管理等问题存在争议，相关问题有待解决。

3 站址选择需注意的事项

3.1 水上LNG加注站主要功能的确定

水上LNG加注站是为LNG燃料动力船舶加注LNG的场所，通常具有LNG的补给、储存、加注等功能，并提供其他便利性服务[1]。水上LNG加注站LNG的补给可通过陆上LNG槽车、水上LNG加注船或者两者联合的方式进行补给。考虑到部分LNG燃料动力船舶采用混燃模式(即采用燃油和天然气在缸内按照比例混合燃烧的发动机)或双燃料模式(采用既能单独使用天然气燃料又可单独使用燃油的发动机)，其都有加注柴油的需求，为避免一艘船舶需到两个不同站加注时靠离泊时间长、效率低，并节约土地、水域等资源，部分水上LNG加注站与加油站合建。水上LNG加注站内的设施通常按功能分区布置，常用分区见表2。

表2 水上LNG加注站常用分区及其主要建(构)筑物

3.2 水上LNG加注站的加注能力测算

水上LNG加注站合理加注规模是布局规划的重要内容。由于水上LNG加注站的加注作业是通过前沿靠泊的加注泊位进行，其加注能力也以加注泊位为单位测算。加注泊位的规模与地区LNG加注需求总量直接相关。由于内河航运往往途经多个地区，船舶选择在哪里加注属于市场行为，并非所有的船舶都会在本地区进行加注。因此，LNG加注泊位数量计算公式[2]为：

(1)

式中n——水上LNG加注泊位数量，个

q——地区水上LNG加注年需求总量，t/a

q1——单个加注泊位年设计加注能力，t/a

α——加注概率，即船舶选择在本地区加注的比例

根据相关已建水上LNG加注站数据并结合相关资料，单个加注泊位年设计加注能力可按下式计算：

(2)

式中t——泊位年可运营时间，d/a

i——泊位有效利用率，根据受注船每艘次加注量、加注效率、泊位数、年可运营时间等因素综合确定

td——每天加注作业时间，h/d

tz——平均一艘受注船的净加注时间，h

tf——平均一艘受注船的辅助作业时间，h

m——平均每艘次加注量，t，结合受注船的LNG罐容和营运组织情况等综合分析确定，一般可按LNG罐容的70%～80%考虑

3.3 水上LNG加注站的等级划分

水上LNG加注站的等级划分主要用来确定防火间距。LNG储罐的总容积及单罐容积与事故后果有一定的关联性，国内外的标准规范也对LNG储罐的总容积及单罐容积做了相关规定。水上LNG加注站的等级划分与陆上车用加气站一样，需综合考虑的因素主要有：一是LNG加注站设置的规模与周围环境的协调，同时应考虑到服务对象的特殊性；二是依据其为LNG燃料动力船舶加注的业务量，通常考虑到LNG补给问题，LNG储罐总容积按1～3 d的销售量进行配置；三是LNG储罐的单罐容积应考虑能够接受进站槽车的卸载量。

水上LNG加注站的位置通常靠近通航航道，在可供LNG燃料动力船舶安全靠、离泊的水域，位于港口、水上服务区等，远离城镇人口密集区和工业厂区，与城镇燃气和汽车加气站LNG设施位于城镇规划区不同，因此发生事故时对周边的影响要小于陆上LNG加注站。根据中国船级社的规范《液化天然气燃料加注趸船规范》(2017)，对于仅加注LNG燃料的加注趸船，其等级划分见表3。对于加注LNG燃料和加注燃油合建的加注趸船，其等级划分见表4。

表3 LNG加注趸船等级划分

表4 LNG、燃油加注趸船等级划分

3.4 水上LNG加注站布置间距的确定

我国对水上LNG加注站布置间距没有明文规定，但《交通运输部办公厅关于印发长江干线京杭运河西江航运干线液化天然气加注码头布局方案(2017—2025年)的通知》(交办规划[2017]109号)提出“根据LNG动力船舶储罐容量的续航里程测算，LNG加注码头布置间距原则不超过150 km，并对长江干线中下游、京杭运河江浙段等船流密度较大的航段适当加密”。《江苏省内河船用液化天然气加气站发展专项规划》提出“原则上按50 km平均间距布局加气站”。

按照均衡性原则，水上LNG加注站宜沿着航道相对均匀布置。为了满足LNG燃料动力船舶需求，应保证在燃料即将耗尽时，可及时找到水上LNG加注站。通常LNG储罐剩余10%时将发出声光报警，因此船舶剩余LNG达到LNG储罐容量的10%时，即要寻找水上LNG加注站加注。船舶LNG燃料液位下限报警时剩余燃料可支撑的航行距离为水上LNG加注站的最小间距。以某63 m长的集散两用LNG燃料动力船为例，其为56TEU集装箱船，载质量为1 500 t，设置有1台10 m3的LNG储罐和2台350 kW的双燃料发动机，设计续航能力为600 km，因此10%的航行距离为60 km，则站点布置间距以60 km为宜。

借鉴江苏省水上服务区实践经验，水上LNG加注站的布置间距可参照不同等级航道服务区布置间距要求，具体见表5。

表5 不同等级航道服务区布置间距要求

4 水上LNG加注站选址要求

4.1 水上LNG加注站选址的约束因素

① 航运发展规划

航运发展规划对水上LNG加注站建设的约束主要体现在它对LNG燃料动力船舶的影响上。未来航道条件、航道货运量分布，决定了LNG加注需求分布；未来改造及建设LNG燃料动力船舶的数量决定LNG加注需求的大小。水上LNG加注站的布局必须满足航运未来发展的需求。

② LNG的供给

LNG作为水上LNG加注站的加注燃料，其供给能力和状态，直接影响到水上LNG加注站的生产和服务，因此发展LNG燃料动力船舶，充足的LNG供给条件是必不可少的。

③ 资源有效利用

土地、岸线和水域等是水上LNG加注站的工作基础，是水上LNG加注站正常运作的重要保障，航道附近土地使用的调整和布局，将对水上LNG加注站布局和建设产生重要的影响，是选址不可忽略的约束因素之一。

④ 满足用户需求

水上LNG加注站的主要功能就是向LNG燃料动力船舶提供安全、便捷和高效的LNG加注服务，用户的希望和要求就是水上LNG加注站工作的目标，LNG燃料动力船舶的数量是水上LNG加注站点布局规模的重要约束因素，因此水上LNG加注站的布局应该充分考虑使用者的要求，以目标需求为重要导向。

⑤ 确保安全

水上LNG加注站的LNG泄漏可能造成天然气扩散、火灾等事故，可能对周围社会环境产生危害和引起安全风险，给周边居民、相邻企业和航道交通带来影响，因此水上LNG加注站选址必须遵循确保安全的原则，选址时充分考虑船舶靠离泊安全、航道航行安全、周边码头安全，与周边建构筑物距离满足防火间距要求等。

4.2 水上LNG加注站选址的基本要求

综合以上分析，在水上LNG加注站的选址中，应注意考虑选址的安全性、建站条件，并充分考虑LNG燃料动力船舶的LNG加注需求量、分布及航行习惯。选址过程应按照3个阶段完成：一是根据LNG燃料船舶用户的需求和发展，确定水上LNG加注站总体规模和数量；二是充分考虑各综合因素，确定选址的初步备选方案；三是针对备选方案，进行相关的评价和优化。

根据选址的基本原则，从服务便捷和建站条件较好的角度，水上LNG加注站规划布局可优先考虑以下选址。

① 水上服务区范围内

燃料补给功能是水上服务区的基本功能，因此，结合水上服务区加油站布置LNG加注站，既有利于水上服务区功能的发挥，又方便LNG燃料动力船舶加注。

② 港口、锚地附近

港口作业区、停泊锚地的船舶装卸和停泊需求较大，所选站址位于港口作业区、锚地附近，可以方便为船舶提供能源供给，满足船舶LNG加注需求。

③ 船闸远调站附近

船闸远调站附近有大量船舶等待调度过闸需求，所选站址位于船闸远调站附近，方便为LNG燃料动力船舶提供LNG加注需求。

④ 海事签证点附近

所选站址位于海事签证点或海事所附近，可以满足过往停靠船舶LNG加注需求。

⑤ 便于发挥综合服务优势的区段

对于区段航道条件较好、船流密度较大，可充分利用加油站、码头等现有设施的站址，可以优先选择，以发挥综合服务优势。

5 选址方法的改进与应用

5.1 站址选择方法的改进

5.1.1 可行性研究站址选择中存在的问题

站址选择通常依据《水上液化天然气加注站安全监督管理暂行规定》和《内河液化天然气加注码头设计规范(试行)》进行，存在的问题主要有：后方设施的LNG设备与站外建(构)筑物的防火间距无明确要求；未考虑水上LNG加注站与大桥、饮用吸水口、客运码头等水上特有建构筑物的间距要求；LNG加注趸船站址选择未考虑水上设施如锚链等的影响。

5.1.2 改进建议

① 合理确定工艺设备与站外建(构)筑物的防火间距

除根据上述规定和规范核实满足前沿码头的前沿停泊水域、回旋水域和相邻码头净距等有定量要求以及对加注趸船和码头选址的原则性要求外，根据LNG储罐总容积和LNG单罐容积进行分级，并确定LNG储罐、放散管等工艺设备与站外建(构)筑物的防火间距。

② 合理确定与大桥、饮用吸水口、客运码头等水上特有建构物的间距要求

LNG比汽油、柴油安全，可以参考水上加油站有关选址要求。可按《水上加油站安全与防污染技术要求》第4.1.1条提出的定量要求执行，即下列水域或者区域附近不得设置水上LNG加注站：大桥上下游200 m范围内；饮用吸水口上游3 000 m、下游1 500 m范围内；客运码头200 m以内；高压电线垂直投影上下游50 m范围内；经常有明火或散发火花等场所上下游100 m水域范围内。

③ 考虑水上设施如锚链等的影响

水上LNG加注趸船与相邻独立的水上LNG加注趸船或水上加油趸船的距离，考虑到锚链长度通常为125 m，以及走锚后的缓冲，建议按250 m距离控制。

5.2 改进后的站址选择方法应用实例

5.2.1 加注能力计算(案例1)

以长江干线某水上LNG加注站为例，采用接岸趸船式水上LNG加注模式，包括3个部分：水上LNG加注趸船(船长100 m，船宽18 m)、人行栈桥和管廊、岸上卸车系统(主要包括停车位和卸车设施)。单侧设置1个加注泊位(1组装卸臂，单侧LNG加注，一次仅能加注一艘船)，LNG加注能力为34 m3/h，该水上LNG加注趸船实景见图1。

图1 接岸趸船式水上LNG加注站实景

① 参数设定

a.考虑到大风、大雾等恶劣天气时，不得进行水上LNG加注作业，每年可运营时间按330 d/a考虑。

b.泊位有效利用率通常取55%～75%，此处取65%。

c.由于水上LNG加注作业宜在能见度较好的条件下进行，宜在白天作业，因此每天加注作业时间取14 h/d。

d.长江干线水上LNG加注站的目标船型为3 000～5 000 t级船舶，这些船舶通常配备20 m3LNG储罐，按75%的LNG罐容考虑平均每艘次加注量，即15 m3LNG，即6.75 t/(艘·次)。

e.平均一艘受注船的净加注时间与水上LNG加注站配备的设备能力和加注量有关，通常按0.5 h考虑。

f.平均一艘受注船的辅助作业时间主要包括靠泊时间、结算时间和离泊时间，根据实践和统计，平均在0.5 h左右。

② 加注能力计算

根据式(2)计算可得，该水上LNG加注站年设计加注能力约为2×104t/a。

5.2.2 某站址选择实例(案例2)

长江干线江苏段是长江黄金水道入海的龙头区段，货运量占整个长江干线货运量的77%，港口货物吞吐量占70%，万吨级以上泊位数占80%，年消费柴油超过100×104t，约占整个长江水系柴油消费量的70%。考虑到船舶能源将多种形式并存，部分LNG燃料动力船舶采用混烧或双燃料发动机，同时有LNG和油品加注需求，从集约发展出发，采用油品和LNG合建趸船。趸船长136 m，宽18 m，型深3.2 m，设置LNG储罐500 m3(2台250 m3)和油舱约2 000 m3，属于三级水上LNG加注站。考虑到长江干线江苏段船舶燃料补给均在上行时进行，趸船式水上LNG加注站供上行船舶靠泊补给，船舶随停随走，不设回旋水域，不设接岸引桥，人员来往依靠自身配套工作船。趸船式水上LNG加注站平面布置见图2(图中虚线均为锚链)。

图2 趸船式水上LNG加注站平面布置

经对长江干线江苏段26个水上服务区现场勘查，站址选定在南通5号水上服务区的南通水道32#和33#黑色浮标北侧，华能码头上游2 870 m处。站址位于在建的沪通铁路大桥下游约3 km，苏通长江大桥上游35 km，具体位置见图3。

图3 趸船式水上LNG加注站站址

站址位于南通水道的北侧，不占用航道，与航道间有足够的安全距离。站址距规划中的横港沙作业区(通用码头区)250 m，下距5号水上服务区及某电厂码头分别约为1 270 m、2 000 m，趸船南边界与上下游码头平齐。站址选择距相关码头、服务区及规划港口码头有一定的安全距离，为进出船舶留出了足够的通航水域。该河段水流平稳，河床稳定，岸线顺直，趸船抛锚定位具有较好的地质条件。

5.2.3 规划布点

根据预测，长江水系2020年LNG燃料动力船舶的LNG总需求为22.40×104t，长江江苏段约占整个长江水系柴油消费量的70%，因此长江江苏段的LNG加注需求约16×104t。根据上文可知，单侧加注的趸船式水上LNG加注站(即单个LNG加注泊位)年设计加注能力约2×104t/a，则2020年需要8个加注泊位。考虑到后期建设的趸船式水上LNG加注站采用双侧加注居多，在规划布局时适度超前，形成便利的加注网络，规划建设7座水上LNG加注站。前期以新增站点为主，结合服务区空余位置非均匀布置。后期随着LNG加注需求的增加，再通过现有加油趸船改扩建增加LNG加注功能，使得任意2座水上LNG加注站间距小于60 km。经对长江干线江苏段水上服务区现场勘查，在南京八卦洲水上LNG加注站已投运的基础上，新增6个水上LNG加注站，均位于水上服务区，分别位于南京(26号和19号)、仪征(17号)、泰兴(9号)、张家港(6号)和南通(5号)，具体布局截图见图4。

图4 长江干线江苏段水上LNG加注站布局截图

6 结语

推广LNG在船舶上的应用，对优化我国交通领域能源结构，促进能源高效利用，实现节能减排目标具有重要的战略意义和现实意义[3]。水上LNG加注站是为航运提供基本保障的公共服务设施，选址应遵循“统筹协调、全面覆盖、服务便捷、安全环保”的总体原则。

水上LNG加注站的选址应充分考虑船舶加注需求、航行习惯、航道已有设施、LNG补给和加注等需求，选择合理区位进行布局，从而减少船舶专为LNG加注造成的航程和操作，减轻对航道通航的影响，提升服务效率。

同时做好与相关规划的衔接，确保安全环保。一是水上LNG加注站应做好与港口、航道服务区、锚地、城镇布局、饮用水源地等规划的充分衔接；二是要做好与天然气专项规划的衔接；三是水上LNG加注站布局应充分考虑城市建成区、规划核心区、饮用水源地、取水口、易燃易爆危险源、水域与主航道关系等，做到安全环保。