船用LNG加注技术探讨与研究

摘 要：目前船用LNG加注主要选择趸船-船、岸站-船、船-船3种加注模式；前期可以以重点港口作为试点；建设场地条件具备及用气市场成熟的地方，可考虑车船两用加注模式，以提高加注站利用率，增加建站收益，推动加注站建设。《液化天然气燃料水上加注趸船入级与建造规范》（2014）中部分条款较之《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156-2012及其他相关规范内容上有重叠，但设计要求有差别，设计过程中应引起注意，避免习惯性错误。

关键词：船用LNG 加注站 规范

中图分类号：U674 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）10（a）-0060-03

国家经济的发展离不开水上运输，目前，国内船舶主要使用柴油作为燃料，燃料费用较高、环保效果不佳。部分港口未规划船舶燃料加注泊位，无规范的加油设施。内河及沿海船舶的燃料环保化、经济化改造势在必行。

液化天然气（liquefied natural gas，简称LNG）作为低碳、清洁的能源，具有环保性、经济性好的双重特性，船运领域以气代油市场空间广阔。据测算，使用LNG做燃料可节约20%～30%的燃料费用，可有效降低船舶运输企业的运营成本。国家已在多地开展试点，与船用LNG相关的法律、规范也相继出台，为船舶“油改气”提供了政策支持。

1 船用LNG加注目标船舶

现代船舶的种类很多，可以有各种各样的分类方法，如：（1）按船体材料分，有木船、钢船、水泥船和玻璃钢船等；（2）按航行区域分，有远洋船、近洋船、沿海船和内河船等；（3）按动力装置分，有蒸汽机船、内燃机船、汽轮机船、电动船和核动力船等；（4）按推进方式分，有明轮船、螺旋桨船、平旋推进器船和风帆助航船等；（5）按航行方式分，有自航船和非自航船；（6）按航行状态分，有排水型船和非排水型船。

而最能说明船舶特征的是按照船舶的用途来分类，大体可分为军用和民用两大类，军用船舶由于航线极其特殊，通常不属于LNG加注考虑对象，主要对民用船舶进行加注。

民用船舶主要分为运输船、工程船、渔业船、港作船、海洋开发船、拖船和推船、高速船艇等。

根据交通运输部《推进水运行业应用液化天然气的指导意见》要求，到2020年，LNG加注设施基本适应水运发展需要，在全国主要内河水域推广LNG在普通货船和客船、港作船和工程船等船舶的应用，稳步开展危险品船、沿海客船和普通货船LNG应用试点示范项目，启动远洋运输船舶应用LNG的试点工作。

因此，现阶段用气的目标船型主要包括运输船里的客船（客货船）和货船、渔业船、部分工程船和港作船。其中客船主要考虑客班船、旅游船；货船主要考虑干散货船、集装箱船、滚装船等用气需求。

2 船用LNG加注技术

2.1 船用LNG加注模式

2.1.1 加注模式分类

目前，LNG燃料水上加注方式总体上可分为如下5类（见图1）[1]。

（1）岸站-船加注（LNG intermediary terminal-to-ship via pipeline，简称TPS），TPS也可结合趸船使用，趸船的作用是适应水位高差。LNG储罐及加注泵位于岸上，加气机设在趸船上；（2）趸船-船加注（Pontoon to ship，简称PTS），LNG储罐及加注设施均设置在趸船上，储罐容积100～500 m3；（3）槽车-船加注（Tank truck-to-ship bunkering，简称TTS），用槽车直接给LNG动力船加注；（4）船-船加注（Ship-to-ship bunkering，简称STS），STS在码头、锚地、航行中均可进行；（5）海上浮式设施-船加注（Pffshore unit to ship，简称PTS）。

2.1.2 各种加注模式的优缺点

各种加注模式的优缺点见表1。

2.2 常用船用LNG加注站技术方案

结合国内外发展情况，目前船用LNG加注主要选择趸船-船、岸站-船、船-船3种加注模式；前期可以以重点港口作为试点；建设场地条件具备及用气市场成熟的地方，可考虑车船两用加注模式，以提高加注站利用率，增加建站收益，推动加注站建设。

2.2.1 岸基式加注站

采用岸站-船加注模式的加注站，简称为岸基式加注站。将LNG的装卸、储存及配套的供电、消防、控制设施设在岸上；水上设置趸船，其作用是适应水位高差，趸船上不设LNG储罐，只设LNG加气机、加气臂等加气设施，进行岸上储气、船上加气作业。

（1）主要设施及总图布置。（见图2）

岸基式加注站主要分为陆域设施及水工设施及趸船三大部分。陆域设施主要包括LNG的装卸设施、储存设施（储罐）、加注泵、BOG处理设施、放散设施，以及管理用房和辅助用房、供配电设施、给排水及消防设施；水工设施主要包括码头、港池疏浚等，以及连接陆域设施及趸船用于铺设管道的钢引桥；趸船停泊在码头上用于燃料船停泊并加气，也可用于LNG运输船停泊卸气。

（2）工艺流程。

岸基式加注站可以接收来自陆上的LNG汽车槽车来气，也可以接收来自海上的近海小型LNG运输船来气。方框流程图见图3。

汽车槽车卸气流程。LNG槽车进站后停在卸车台指定位置，将卸车台上的卸车臂（或软管）接通槽车接口，启动卸车增压器给槽车气相空间加压，与站内储罐之间形成0.2～0.4 MPa的压差，槽车内LNG通过压差流入站内储罐中储存。

LNG运输船卸气流程。小型LNG运输船进港后依靠趸船停泊，将趸船上的卸车臂接通运输船接口，启动运输船上的低温泵，将船内LNG加压过钢引桥上的管道泵入站内储罐中储存。

LNG加注流程。LNG燃料船进港后依靠趸船停泊，将趸船上的加注臂接通燃料船接口，操作趸船上的加气机，加气机会通过指令启动岸上加注站内的低温泵，将储罐中的LNG加压经过钢引桥上的管道泵入燃料船储罐中使用。

加气机计量要求。在LNG的加注过程中，为了加快速度，可进行气相平衡操作。加气机应采用双向质量计量，在将液相LNG加注到燃料船的同时，也将燃料船返回到岸上储罐的气相天然气质量计量并减去，计算出实际加注的天然气质量。

辅助流程。卸车、卸船等过程中，也会适当进行气相平衡操作；加注站内设BOG储罐，可回收BOG气体并进行利用，达到减少放散浪费、节能的目的。

（3）岸基式加注站特点。

①优点：LNG储存、卸车等主要设施位于岸上，LNG储存容积可以更大；趸船上只有加气机及加注臂，没有储存设施，抵抗台风等自然灾害的能力更强；一个岸基式加注站可以配置多个加注码头泊位，可同时为多艘船加注燃料，加注能力大。

②缺点：陆域设施需要占用港口岸线土地，部分港口选址较困难。

2.2.2 趸船式加注站（加注趸船）

采用趸船-船加注模式的加注站，简称为趸船式加注站，或叫加注趸船。是将LNG的储存、加注及配套的供电、消防、控制设施均设置在趸船上，在船上储气、船上加气。

（1）主要设施：趸船式加注站主要为水工设施及趸船两大部分，以及配套的陆域设施。水工设施主要包括码头、港池；趸船停泊在码头上用于燃料船停泊并加气，也可用于LNG运输船停泊卸气；陆域设施主要包括LNG的装卸设施，以及管理用房、供配电设施、消防设施。根据水文及岸线条件，有些站可以将LNG的装卸设施也设在趸船上；有些站需要修建供汽车槽车开上趸船的引桥。

（2）工艺流程：趸船式加注站可以接收来自陆上的LNG汽车槽车来气，也可以接收来自水上小型LNG运输船来气。

其汽车槽车及LNG运输船卸气流程、LNG加注流程、加气机计量要求、辅助流程等与岸基式加气站基本相似，区别仅在于部分设施的设置位置不同。

（3）趸船式加注站特点：①优点：陆域设施需要占用港口岸线土地相比岸基式加注站较小，选址容易一些。②缺点：汽车槽车卸气不方便；LNG储罐容积受趸船尺寸限制，容积相对小一些；加注能力相比岸基式小一些。

2.2.3 加注船

加注船与加注趸船有很多相似之处，主要的区别在于加注船设置有动力系统，可以在水上航行，开至需要的位置对燃料船进行加注；而加注趸船没有动力，停泊在码头使用。

2013年初，世界首艘LNG加注船在Viking Line投入运营，该船由瑞典的Cryo AB公司建造，储罐采用真空绝热罐，容量为180 m3。另有FKAB、川崎、TGE、Rolls-Royce、瓦锡兰等公司也正在着手设计LNG加注船（或LNG加注/运输两用船）。

加注船特点：采用加注船方式进行加注最大优点是机动性好，便于对岸线条件紧张的大型综合港口各类船舶加注；并且加注半径可辐射周边海域。但也存在造价较高、LNG储罐容积受船体尺寸限制等缺点。

3 规范探讨

我国自2010年开展将LNG作为船用燃料试点工程以来，中国海事局、国家能源局、中国船级社（CCS）等各方积极推动LNG水上加注规范和标准的制定，为未来LNG加注趸船、加注船、岸站等的设计和建造奠定了基础。

截至当前，以2014年3月1日中国船级社最新颁布的《液化天然气燃料水上加注趸船入级与建造规范》（2014）最具代表性。其对水上加注趸船的设计、制造、安全运营等方面提出了一系列强制要求。

4 船用LNG存在的问题

船用LNG的应用目前在我国存在以下主要问题。

（1）LNG燃料系统体积大，占用船舶空间大。LNG燃料系统所占空间大，重量重，影响载货量。在同等续航能力情况下，需配置的LNG储罐及其配套设施所占空间比传统的柴油燃料储存所占空间大2～4倍，重量也是后者的1.5倍，部分小型船舶没有安装空间，对其推广有很大影响。

（2）LNG燃料船的造价较高。新建LNG燃料船的造价高于传统柴油燃料船5%～20%左右，会带来一定的成本压力。

（3）港口LNG加注设施不配套。LNG船舶用及港口LNG加注站的建设属于相辅相成的项目。目前均处于起步阶段，建成投运的船用LNG加注站极其有限，对于船用LNG的推广有一定制约。

5 结语

大力发展以液化天然气为燃料的低碳、环保船运业，对发展低碳经济，减少污染物，保护生态环境，实施“节能减排”等国家战略具有积极的意义。国家层面应尽快完善“油改气”相关的法律环境，统一现有船舶的改装标准。各地方应加强对船用LNG的宣传工作；积极争取国家相关财政补助资金，出台地方鼓励政策的实施细则；通过减税、补贴、贴息等方式，鼓励加注站建设、船舶燃料系统改造及新建LNG动力船。

参考文献

[1] 中国市政工程中南设计研究总院有限公司.海南省船用LNG加注站规划[R].2015.

[2] 全国首个水上LNG加注站“海港星01号”在南京试运行[EB/OL].（2013-09-26）.http：//.cn/system/2013/09/26/018737119.shtml.