内河油轮LNG燃料动力的应用分析

尹 琳

（中国海洋石油集团有限公司 北京100010）

引 言

随着原油消耗，随之带来的就是排放污染。近10年来，国际海事组织（IMO）和欧洲、美国当局出台了一系列日趋严格的排放标准。IMO相关资料表明，船舶年排放硫氧化物约占世界排放总量的4%，年排放氮氧化物约占世界排放总量的7%，特别是在港口、海峡和一些航线密集、船舶流量大的海区，船舶排放已成为该地区的主要污染源。

对于我国内河水域，2015年12月15日交通运输部发布了中国领土水域3个汚染排放控制区——珠三角、长三角、环北海（京津冀）的相关法律。从2018年1月1日起，硫含量低于0.5%m/m的燃料使用要求扩大至污染排放控制区内的所有港口，从2019年1月1日起，该法规的覆盖范围扩大至汚染排放控制区内的所有水域运营的船舶，2019年12月31日前，评估前述控制措施的实施效果，确定是否采取进一步行动。

LNG作为一种清洁能源，可以减少氮氧化物和二氧化碳的排放，消除硫化物和微小颗粒等排放［1］。综合考虑，LNG替代船用燃油的竞争优势有：有利于节能减排，发展低碳经济；有利于降低物流运输业整体成本，提高经济效益；安全可靠性高，隐患小［2］。目前，控制硫化物和氮化物排放的主要措施包括使用低硫燃料、安装气体吸收装置，以及使用LNG燃料，大力扶持内河LNG动力船舶的开发应用。但使用LNG需对燃料系统重新设计，需要在船舶上存放较大的LNG储存罐，对内河航行安全也带来隐患和风险。本文针对应用LNG作为船舶动力燃料在主机选型、LNG燃料补给和LNG运输作业安全等三个关键问题上进行研究分析。

1 内河船舶LNG应用情况

LNG燃料早在1964年就开始应用于LNG运输船，但直到2000年才开始应用于其他类型船舶，2005年法国大西洋船厂建造了当时世界第一艘最大的双燃料LNG船。LNG动力船发展至今，国外比较有代表性的LNG动力船有：挪威2000年建造的渡船“M/F Glutra”号，Eidesvik公司2003年建造的世界首艘LNG燃料供应船“Viking Energy”号，2012年STX挪威近海公司建造的LNG燃料平台供应船“PSV06”， 德国航运公司Reederei Stefan Patjens公司建造的1艘5 000 TEU集装箱船“Maersk Drury”号，2017年俄罗斯国有航运公司Sovcomflot建造的4艘LNG动力1A冰级阿芙拉型原油船。动力1A冰级阿芙拉型原油船见图1。

图1 LNG动力1A冰级阿芙拉型原油船

国内LNG燃料动力应用始于2009年，起步较晚。武汉轮渡公司“轮渡302”是国内首个向中国船级社（简称CCS）申请LNG双燃料船舶改建的项目，实现了中国内河LNG动力船舶“零”的突破［3］。之后，CCS参与了长航集团“长迅三号”集装箱船的改造工作。3 100 t LNG动力散货船是首个入级CCS的新建LNG动力船。2015年，中海油成功建造了当时国内首艘3万 m3LNG运输船“海洋石油301”号，该船也是当时全球最大的C型LNG运输船（见图2）。

图2 “海洋石油301”LNG运输船

实例证明，随着LNG燃料的推广，其安全性通过实践得以证明并获得认可，与此同时，国内LNG燃料动力船应用也越来越普及（见表1）。

表1 国内LNG动力船情况

由于使用LNG作为船舶燃料从营运费用到排放指标都非常令人满意，LNG作为船舶燃料得到了较好的应用，目前考虑使用LNG作为燃料的船舶主要包括海洋工程供应船、海上浮式储油轮、渡轮、滚装船和集装箱船，这些船舶航线相对固定，能够得到LNG补给。［4］

2 双燃料主机选型分析

中海油计划投资建造3艘6.5万吨级油轮，由于该批油轮不仅要在沿海卸油，还需要直接进入长江，抵达南京卸油，基于LNG燃料动力的优势，首次考虑使用LNG燃料，同时将普通燃料作为备用，因此，计划使用双燃料主机。LNG燃料动力示意图见图3。

图3 LNG燃料动力示意图

国内对于小型LNG燃料动力主机已渐趋于成熟，但对于大型LNG燃料动力主机还没有应用成熟的产品。目前国际上应用LNG燃料动力的既有纯燃气机，也有燃油燃气双燃料主机，两者都比较成熟。LNG燃料船动力系统主要由瓦锡兰、MAN（曼恩）、罗尔斯·罗伊斯和三菱重工等4家公司供应，其中瓦锡兰和MAN以双燃料发电机为主，而罗尔斯·罗伊斯和三菱重工以气体发动机为主［2］。根据国内内河LNG的补给现状，从船舶运输燃料补给的安全性及可靠性来考虑，目标船型的主机建议选择双燃料型。

瓦锡兰和MAN两家双燃料发电机产品工作原理不同，技术特点也有所不同（见下页表2）。通过技术比较可以看出：MAN和瓦锡兰这两家的双燃料低速主机各有优缺点。如果考虑尾气排放系统在同一水平（即都满足Tier III），则MAN机型需要增加尾气处理系统。同时，由于这两种系统供气系统压力等级不同，也会造成配套的供气系统投资不同。

LNG为燃料时，主机排放可满足低于0.1% m/m燃油硫含量的标准，MAN的双燃料主机在燃气模式下可满足Tier II的NOx排放要求，而瓦锡兰的双燃料主机在燃气模式下直接可满足Tier III的NOx排放要求，而且由于LNG的碳转换系数为2.75，较MDO等燃油的碳转换系数小15%左右，因此更容易满足EEDI指数的相关要求。从长远考虑，如果船舶放都满足Tier III，则MAN机型需增加尾气处理系统，而WINGD机型则无需增加附属设施。此外，MAN 机型采用的高压供气系统压力为300 bar（1 bar=0.1 MPa），其泄漏风险要比采用低压系统的瓦锡兰机型高，且国内低压供气系统技术及其设备更为成熟，造价也相对较低。

因此，经过综合考虑，对于6.5万t油轮的双燃料主机，建议采用瓦锡兰机型。

表2 两种双燃料低速主机性能的比较

3 LNG燃料补给

LNG加注站是整个LNG产业链上的重要环节，加注站的布局和普及率也制约着LNG燃料动力应用的发展。目前，实现对船舶的LNG加注有4种方式：

（1）槽车对船

该加注方式较为普及，北欧大部分LNG动力船采用此种方式加注。

（2）岸站对船

该加注方式已在挪威应用，我国尚无首例。

（3）便携式液罐

其可直接被装在船上作为燃料储存，但必须和船舶设计兼容。由于存在一定的泄漏风险，且占用船舶的空间和承载，因此使用并不广泛。

（4）船对船

该加注方式的应用发展相对较晚，2013年初，世界首艘LNG加注船在Viking Line投入运营。

推广应用LNG作为船舶燃料，最大的障碍之一是配套基础设施建设落后。我国内河LNG燃料动力船配套水上加注站未成规模，主要是专业的加注码头的建设处于起步阶段，中石油、中石化、中海油等虽然都在规划建设LNG加注码头，部分项目已开展前期研究工作。除自身的安全因素外，因为相关部门行政审批手续不一、无水上气源、选址与岸线利用、港口规划、对周边码头作业影响、建设成本、运营成本等因素都制约LNG加注站在内河的发展。［5］

近年来，我国主要推进内河水域船舶的LNG应用，因此现在的加注站主要分布在内河水域。在国内，现有约10个加注站在运营，这些加注站主要是分布在长江干线、西江干线和京杭运河。中海油作为全球第三、中国最大的LNG进口商，也在积极开展LNG资源供应能力建设，如推动沿海“五港一环”LNG加注站投资建设，并对沿海LNG接收站进行反输功能改造，配套建造多艘LNG移动加注船，实现沿海LNG资源进长江；同时沿长江中、下游布局建设LNG接收中转站、加注趸船及岸基式加注站等，确保LNG资源的充足供应，以便于大型海船LNG加注。

从长远来看，内河LNG燃料动力的推广应用，必须加大对船舶加注设施的统一规划，将LNG加注站相关布点或改造时间表提上日程，加快加注LNG配套设施的投资。随着越来越多的LNG加注站建设到位以及加注船的建造完成，LNG燃料动力的补给将不存在问题。

4 LNG燃料动力油轮作业安全

长期以来，我国安全监管部门对LNG动力船的安全属性一直未予以明确界定，由于LNG燃料动力船携带较大的LNG储存罐，部分行业管理人员倾向于将其视为危险品船管理［6］。LNG燃料动力油轮的安全作业主要考虑LNG作为一种液态危险品，如何避免在内河或港口运输时发生危险。因此，移动安全区设置、港口气象条件、航道富余水深等都是影响LNG燃料动力进出港的重要因素。对于航道繁忙的港口，封航管制措施时常造成其他类型船舶靠泊计划延误或取消，也限制了油轮进港数量和时间。

目前，我国对LNG动力船还缺乏统一的监管模式，标准执行情况紊乱，缺乏统一的实施程序。但可喜的是，近年来我国在LNG动力船改造与新建、动力系统、船舶安全检验、主要设备方面的技术标准与规范正在逐步建设。从2008年开始，中国船级社先后颁布《气体燃料动力船检验指南》、《双燃料动力船检验验船师须知》、《天然气燃料动力船规范》和《双燃料发动机系统及设计与安装指南》等关于LNG动力船方面的规范，颁布了《关于明确LNG动力船舶改造试点工作有关事宜的通知》、《LNG燃料动力试点船舶技术要求》和《内河天然气燃料动力船舶法定检验暂行规定（2013）》等船用LNG方面的指导性文件。这些规范性文件为LNG船舶的发展提供了政策指导。

2016年1月1日，交通运输部颁布了《液化天然气码头设计规范》，提出LNG船舶在海港航道进出港航行时的移动安全区设置建议，如与其他同向行驶的船舶的移动安全区尺度为船首和船尾各1～2 n mile，穿越航道的船舶与LNG船舶的移动安全区尺度为船首1.5 n mile、船尾0.5 n mile，对左右移动安全区尺度没有明确规定。相关限制条件的合理设置与不断完善，为LNG动力船舶在内河的应用提供了政策依据，也必将提高船舶的运营效率。

因此，只要我们继续加快技术攻关和相关规范制定，深入研究，总结前期实际运营船舶的经验与不足，结合内河船舶的特点，不断提高规范的适用性，便能对LNG燃料动力油轮在进出港时进行合理管制，从而有效提高运输效率，保障作业安全。

5 结 语

低碳、环保已成为全球航运业发展的方向。虽然LNG燃料动力油轮在内河领域推广应用尚存在一定困难，但只要能加强技术方案的研究，合理地进行设备配置，加大LNG加注基础设施建设确保燃料的供给，不断完善各项法规与规范，从而对LNG燃料动力予以支持，辅以一定的行业激励政策，必然能极大地推动LNG燃料动油轮在内河取得良好的实际应用，为持续打赢“蓝天保卫战”和“污染防治攻坚战”作出积极贡献。