尹 琳

（中國海洋石油集團有限公司 北京100010）

引 言

隨著原油消耗，隨之帶來的就是排放污染。近10年來，國際海事組織（IMO）和歐洲、美國當局出臺了一系列日趨嚴格的排放標準。IMO相關資料表明，船舶年排放硫氧化物約占世界排放總量的4%，年排放氮氧化物約占世界排放總量的7%，特別是在港口、海峽和一些航線密集、船舶流量大的海區(qū)，船舶排放已成為該地區(qū)的主要污染源。

對于我國內河水域，2015年12月15日交通運輸部發(fā)布了中國領土水域3個汚染排放控制區(qū)——珠三角、長三角、環(huán)北海（京津冀）的相關法律。從2018年1月1日起，硫含量低于0.5%m/m的燃料使用要求擴大至污染排放控制區(qū)內的所有港口，從2019年1月1日起，該法規(guī)的覆蓋范圍擴大至汚染排放控制區(qū)內的所有水域運營的船舶，2019年12月31日前，評估前述控制措施的實施效果，確定是否采取進一步行動。

LNG作為一種清潔能源，可以減少氮氧化物和二氧化碳的排放，消除硫化物和微小顆粒等排放［1］。綜合考慮，LNG替代船用燃油的競爭優(yōu)勢有：有利于節(jié)能減排，發(fā)展低碳經濟；有利于降低物流運輸業(yè)整體成本，提高經濟效益；安全可靠性高，隱患小［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、安裝氣體吸收裝置，以及使用LNG燃料，大力扶持內河LNG動力船舶的開發(fā)應用。但使用LNG需對燃料系統(tǒng)重新設計，需要在船舶上存放較大的LNG儲存罐，對內河航行安全也帶來隱患和風險。本文針對應用LNG作為船舶動力燃料在主機選型、LNG燃料補給和LNG運輸作業(yè)安全等三個關鍵問題上進行研究分析。

1 內河船舶LNG應用情況

LNG燃料早在1964年就開始應用于LNG運輸船，但直到2000年才開始應用于其他類型船舶，2005年法國大西洋船廠建造了當時世界第一艘最大的雙燃料LNG船。LNG動力船發(fā)展至今，國外比較有代表性的LNG動力船有：挪威2000年建造的渡船“M/F Glutra”號，Eidesvik公司2003年建造的世界首艘LNG燃料供應船“Viking Energy”號，2012年STX挪威近海公司建造的LNG燃料平臺供應船“PSV06”， 德國航運公司Reederei Stefan Patjens公司建造的1艘5 000 TEU集裝箱船“Maersk Drury”號，2017年俄羅斯國有航運公司Sovcomflot建造的4艘LNG動力1A冰級阿芙拉型原油船。動力1A冰級阿芙拉型原油船見圖1。

圖1 LNG動力1A冰級阿芙拉型原油船

國內LNG燃料動力應用始于2009年，起步較晚。武漢輪渡公司“輪渡302”是國內首個向中國船級社（簡稱CCS）申請LNG雙燃料船舶改建的項目，實現了中國內河LNG動力船舶“零”的突破［3］。之后，CCS參與了長航集團“長迅三號”集裝箱船的改造工作。3 100 t LNG動力散貨船是首個入級CCS的新建LNG動力船。2015年，中海油成功建造了當時國內首艘3萬 m3LNG運輸船“海洋石油301”號，該船也是當時全球最大的C型LNG運輸船（見圖2）。

圖2 “海洋石油301”LNG運輸船

實例證明，隨著LNG燃料的推廣，其安全性通過實踐得以證明并獲得認可，與此同時，國內LNG燃料動力船應用也越來越普及（見表1）。

表1 國內LNG動力船情況

由于使用LNG作為船舶燃料從營運費用到排放指標都非常令人滿意，LNG作為船舶燃料得到了較好的應用，目前考慮使用LNG作為燃料的船舶主要包括海洋工程供應船、海上浮式儲油輪、渡輪、滾裝船和集裝箱船，這些船舶航線相對固定，能夠得到LNG補給。［4］

2 雙燃料主機選型分析

中海油計劃投資建造3艘6.5萬噸級油輪，由于該批油輪不僅要在沿海卸油，還需要直接進入長江，抵達南京卸油，基于LNG燃料動力的優(yōu)勢，首次考慮使用LNG燃料，同時將普通燃料作為備用，因此，計劃使用雙燃料主機。LNG燃料動力示意圖見圖3。

圖3 LNG燃料動力示意圖

國內對于小型LNG燃料動力主機已漸趨于成熟，但對于大型LNG燃料動力主機還沒有應用成熟的產品。目前國際上應用LNG燃料動力的既有純燃氣機，也有燃油燃氣雙燃料主機，兩者都比較成熟。LNG燃料船動力系統(tǒng)主要由瓦錫蘭、MAN（曼恩）、羅爾斯·羅伊斯和三菱重工等4家公司供應，其中瓦錫蘭和MAN以雙燃料發(fā)電機為主，而羅爾斯·羅伊斯和三菱重工以氣體發(fā)動機為主［2］。根據國內內河LNG的補給現狀，從船舶運輸燃料補給的安全性及可靠性來考慮，目標船型的主機建議選擇雙燃料型。

瓦錫蘭和MAN兩家雙燃料發(fā)電機產品工作原理不同，技術特點也有所不同（見下頁表2）。通過技術比較可以看出：MAN和瓦錫蘭這兩家的雙燃料低速主機各有優(yōu)缺點。如果考慮尾氣排放系統(tǒng)在同一水平（即都滿足Tier III），則MAN機型需要增加尾氣處理系統(tǒng)。同時，由于這兩種系統(tǒng)供氣系統(tǒng)壓力等級不同，也會造成配套的供氣系統(tǒng)投資不同。

LNG為燃料時，主機排放可滿足低于0.1% m/m燃油硫含量的標準，MAN的雙燃料主機在燃氣模式下可滿足Tier II的NOx排放要求，而瓦錫蘭的雙燃料主機在燃氣模式下直接可滿足Tier III的NOx排放要求，而且由于LNG的碳轉換系數為2.75，較MDO等燃油的碳轉換系數小15%左右，因此更容易滿足EEDI指數的相關要求。從長遠考慮，如果船舶放都滿足Tier III，則MAN機型需增加尾氣處理系統(tǒng)，而WINGD機型則無需增加附屬設施。此外，MAN 機型采用的高壓供氣系統(tǒng)壓力為300 bar（1 bar=0.1 MPa），其泄漏風險要比采用低壓系統(tǒng)的瓦錫蘭機型高，且國內低壓供氣系統(tǒng)技術及其設備更為成熟，造價也相對較低。

因此，經過綜合考慮，對于6.5萬t油輪的雙燃料主機，建議采用瓦錫蘭機型。

表2 兩種雙燃料低速主機性能的比較

3 LNG燃料補給

LNG加注站是整個LNG產業(yè)鏈上的重要環(huán)節(jié)，加注站的布局和普及率也制約著LNG燃料動力應用的發(fā)展。目前，實現對船舶的LNG加注有4種方式：

（1）槽車對船

該加注方式較為普及，北歐大部分LNG動力船采用此種方式加注。

（2）岸站對船

該加注方式已在挪威應用，我國尚無首例。

（3）便攜式液罐

其可直接被裝在船上作為燃料儲存，但必須和船舶設計兼容。由于存在一定的泄漏風險，且占用船舶的空間和承載，因此使用并不廣泛。

（4）船對船

該加注方式的應用發(fā)展相對較晚，2013年初，世界首艘LNG加注船在Viking Line投入運營。

推廣應用LNG作為船舶燃料，最大的障礙之一是配套基礎設施建設落后。我國內河LNG燃料動力船配套水上加注站未成規(guī)模，主要是專業(yè)的加注碼頭的建設處于起步階段，中石油、中石化、中海油等雖然都在規(guī)劃建設LNG加注碼頭，部分項目已開展前期研究工作。除自身的安全因素外，因為相關部門行政審批手續(xù)不一、無水上氣源、選址與岸線利用、港口規(guī)劃、對周邊碼頭作業(yè)影響、建設成本、運營成本等因素都制約LNG加注站在內河的發(fā)展。［5］

近年來，我國主要推進內河水域船舶的LNG應用，因此現在的加注站主要分布在內河水域。在國內，現有約10個加注站在運營，這些加注站主要是分布在長江干線、西江干線和京杭運河。中海油作為全球第三、中國最大的LNG進口商，也在積極開展LNG資源供應能力建設，如推動沿?！拔甯垡画h(huán)”LNG加注站投資建設，并對沿海LNG接收站進行反輸功能改造，配套建造多艘LNG移動加注船，實現沿海LNG資源進長江；同時沿長江中、下游布局建設LNG接收中轉站、加注躉船及岸基式加注站等，確保LNG資源的充足供應，以便于大型海船LNG加注。

從長遠來看，內河LNG燃料動力的推廣應用，必須加大對船舶加注設施的統(tǒng)一規(guī)劃，將LNG加注站相關布點或改造時間表提上日程，加快加注LNG配套設施的投資。隨著越來越多的LNG加注站建設到位以及加注船的建造完成，LNG燃料動力的補給將不存在問題。

4 LNG燃料動力油輪作業(yè)安全

長期以來，我國安全監(jiān)管部門對LNG動力船的安全屬性一直未予以明確界定，由于LNG燃料動力船攜帶較大的LNG儲存罐，部分行業(yè)管理人員傾向于將其視為危險品船管理［6］。LNG燃料動力油輪的安全作業(yè)主要考慮LNG作為一種液態(tài)危險品，如何避免在內河或港口運輸時發(fā)生危險。因此，移動安全區(qū)設置、港口氣象條件、航道富余水深等都是影響LNG燃料動力進出港的重要因素。對于航道繁忙的港口，封航管制措施時常造成其他類型船舶靠泊計劃延誤或取消，也限制了油輪進港數量和時間。

目前，我國對LNG動力船還缺乏統(tǒng)一的監(jiān)管模式，標準執(zhí)行情況紊亂，缺乏統(tǒng)一的實施程序。但可喜的是，近年來我國在LNG動力船改造與新建、動力系統(tǒng)、船舶安全檢驗、主要設備方面的技術標準與規(guī)范正在逐步建設。從2008年開始，中國船級社先后頒布《氣體燃料動力船檢驗指南》、《雙燃料動力船檢驗驗船師須知》、《天然氣燃料動力船規(guī)范》和《雙燃料發(fā)動機系統(tǒng)及設計與安裝指南》等關于LNG動力船方面的規(guī)范，頒布了《關于明確LNG動力船舶改造試點工作有關事宜的通知》、《LNG燃料動力試點船舶技術要求》和《內河天然氣燃料動力船舶法定檢驗暫行規(guī)定（2013）》等船用LNG方面的指導性文件。這些規(guī)范性文件為LNG船舶的發(fā)展提供了政策指導。

2016年1月1日，交通運輸部頒布了《液化天然氣碼頭設計規(guī)范》，提出LNG船舶在海港航道進出港航行時的移動安全區(qū)設置建議，如與其他同向行駛的船舶的移動安全區(qū)尺度為船首和船尾各1～2 n mile，穿越航道的船舶與LNG船舶的移動安全區(qū)尺度為船首1.5 n mile、船尾0.5 n mile，對左右移動安全區(qū)尺度沒有明確規(guī)定。相關限制條件的合理設置與不斷完善，為LNG動力船舶在內河的應用提供了政策依據，也必將提高船舶的運營效率。

因此，只要我們繼續(xù)加快技術攻關和相關規(guī)范制定，深入研究，總結前期實際運營船舶的經驗與不足，結合內河船舶的特點，不斷提高規(guī)范的適用性，便能對LNG燃料動力油輪在進出港時進行合理管制，從而有效提高運輸效率，保障作業(yè)安全。

5 結 語

低碳、環(huán)保已成為全球航運業(yè)發(fā)展的方向。雖然LNG燃料動力油輪在內河領域推廣應用尚存在一定困難，但只要能加強技術方案的研究，合理地進行設備配置，加大LNG加注基礎設施建設確保燃料的供給，不斷完善各項法規(guī)與規(guī)范，從而對LNG燃料動力予以支持，輔以一定的行業(yè)激勵政策，必然能極大地推動LNG燃料動油輪在內河取得良好的實際應用，為持續(xù)打贏“藍天保衛(wèi)戰(zhàn)”和“污染防治攻堅戰(zhàn)”作出積極貢獻。