王紅堯，覃杰，陳良志

（中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510230）

0 引言

液化天然氣（LNG）作為可代替柴油等清潔能源，因其環(huán)境效益顯著，正成為未來(lái)船用燃料的首選。目前長(zhǎng)江、西江、京杭運(yùn)河等內(nèi)河沿線城市已完成了部分內(nèi)河液化天然氣加注碼頭的布點(diǎn)及建設(shè)，同時(shí)也在加快推進(jìn)更大范圍的內(nèi)河液化天然氣加注碼頭的選址及建設(shè)工作。

目前，內(nèi)河液化天然氣加注碼頭在國(guó)內(nèi)建成營(yíng)運(yùn)的成熟案例較少，且多以躉船式為主，可參照的岸基式加注碼頭設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)欠缺，主要包括已建的重慶巴南區(qū)麻柳嘴鎮(zhèn)加注碼頭和京杭運(yùn)河上鎮(zhèn)江諫壁站加注碼頭等，在建的長(zhǎng)江干線上鎮(zhèn)江港高橋港區(qū)加注碼頭和蕪湖港三山港區(qū)加注碼頭等。同時(shí)，國(guó)內(nèi)外液化天然氣受注船數(shù)量有限，受注船船型相關(guān)參數(shù)及特性不統(tǒng)一。為了推進(jìn)內(nèi)河岸基式加注碼頭的規(guī)劃建設(shè)，需對(duì)受注船型相關(guān)要素及不同于常規(guī)碼頭的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)分析。結(jié)合國(guó)內(nèi)已建、在建及設(shè)計(jì)中的內(nèi)河液化天然氣岸基式加注碼頭項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，初步分析歸納了受注船型的要素以及主要的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

1 受注船型要素分析

國(guó)內(nèi)外新建或改造完成的液化天然氣受注船整體數(shù)量有限，包括以液化天然氣為單一燃料的船舶、以液化天然氣和燃油為雙燃料的船舶、以液化天然氣燃料和其他能源為混合動(dòng)力的船舶等[1]，根據(jù)相關(guān)調(diào)研整理受注船型主要要素如下：

1）液化天然氣受注船現(xiàn)狀以改造為主，改造后主要以雙燃料或混合燃料為主，燃料罐容較小。結(jié)合相關(guān)環(huán)保政策及船舶自身的動(dòng)力技術(shù)發(fā)展，未來(lái)主要是以液化天然氣為單一燃料的受注船。

2）考慮內(nèi)河水運(yùn)條件及改造成本，結(jié)合地方政府對(duì)受注船改造的政策文件，內(nèi)河液化天然氣受注船目前最小改造船型約為400噸級(jí)，大的內(nèi)河改造受注船型基本在10000噸級(jí)以內(nèi)。內(nèi)河水上移動(dòng)式的船對(duì)船加注監(jiān)管難度大，地方海事監(jiān)管可操作性低，因此內(nèi)河主要還是采用碼頭的形式進(jìn)行加注?？紤]未來(lái)大型海輪受注量大，航程遠(yuǎn)，可通過(guò)沿海船對(duì)船或沿海碼頭加注等形式完成加注。內(nèi)河加注站儲(chǔ)罐整體容量受限，LNG加注站總儲(chǔ)量在1000～2000 m3、單罐容積在250 m3以內(nèi)[2]，因此內(nèi)河加注碼頭目前主要考慮10000噸級(jí)以內(nèi)的受注船，遠(yuǎn)期對(duì)于長(zhǎng)江等干線航區(qū)可考慮碼頭結(jié)構(gòu)預(yù)留，運(yùn)河及其他支線河流需通過(guò)航道規(guī)劃及船型分析來(lái)確定受注船型等級(jí)。

3）參照國(guó)內(nèi)新建及改造的LNG燃料動(dòng)力船的調(diào)研情況，3000噸級(jí)及以下LNG燃料動(dòng)力船的LNG燃料罐多為20 m3及以下。其主要按照海事局公布的《內(nèi)河天然氣燃料動(dòng)力船舶法定檢驗(yàn)暫行規(guī)定（2013）》，對(duì)于放置在開(kāi)敞式船艙的LNG燃料罐最大容積不得超過(guò)20 m3，因此開(kāi)敞式船艙的小型LNG動(dòng)力船每次加注量一般不會(huì)超過(guò)20 m3。

4）對(duì)于5000～10000噸級(jí)的內(nèi)河貨船、江海直達(dá)型貨輪或海輪，國(guó)內(nèi)外已進(jìn)行LNG燃料動(dòng)力改造或新造的船只很少，此種船只燃料倉(cāng)的大小及每次燃料加注量與其噸位和航線距離有關(guān)，且采用LNG燃料動(dòng)力后仍需使用常規(guī)柴油或燃料油。根據(jù)已有資料分析，國(guó)內(nèi)5000～10000噸級(jí)LNG燃料動(dòng)力船的燃料倉(cāng)容量普遍較小，基本在25～100 m3。國(guó)外5000～10000噸級(jí)LNG燃料動(dòng)力船以海船為主，燃料倉(cāng)容普遍較大，結(jié)合LNG與油品的熱值比，根據(jù)現(xiàn)有船只燃料倉(cāng)容積換算，5000～10000噸級(jí)LNG燃料動(dòng)力船的燃料倉(cāng)容積約150～500 m3。

5）根據(jù)調(diào)研受注船型情況，內(nèi)河受注船LNG燃料罐基本布置于發(fā)動(dòng)機(jī)同側(cè)，以船尾為主，加注口以右舷為主，也存在位于左舷需通過(guò)軟管跨船加注情況，或者加注口布置于船舶中間，適應(yīng)左右加注需求的情況。

目前，國(guó)內(nèi)新建或者改造完成的液化天然氣受注船主要分布在長(zhǎng)江、西江及京杭運(yùn)河等主力航運(yùn)干線上，受注船型統(tǒng)計(jì)樣本有限，通過(guò)調(diào)研及搜集的部分內(nèi)河受注船船型參數(shù)，見(jiàn)表1。

表1 部分內(nèi)河受注船船型參數(shù)一覽表Table 1 Reference list of type parameters of LNG fueled vessels

2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

岸基式加注碼頭具有實(shí)用性好、加注量大、加注快速等優(yōu)點(diǎn)[3]，為了更好地分析岸基式加注碼頭有別于其他常規(guī)碼頭的技術(shù)要點(diǎn)，針對(duì)已建及在建的碼頭分析總結(jié)如下。

2.1 內(nèi)河岸基式加注碼頭建設(shè)規(guī)模的確定

內(nèi)河岸基式加注碼頭的建設(shè)規(guī)模應(yīng)與所在河段航道的通航標(biāo)準(zhǔn)、航道等級(jí)、尺度、船舶數(shù)量等條件相適應(yīng)，并結(jié)合遠(yuǎn)期需求，適當(dāng)留有發(fā)展余地[1]。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)內(nèi)河已建及在建加注碼頭和受注船型的情況分析，碼頭建設(shè)等級(jí)主要考慮400～10000噸級(jí)，對(duì)于長(zhǎng)江等干線航區(qū)可考慮適當(dāng)?shù)拇a頭結(jié)構(gòu)等級(jí)預(yù)留。目前水上LNG燃料動(dòng)力船舶主要是使用LNG作為燃料替代部分燃油，項(xiàng)目吞吐量預(yù)測(cè)需要對(duì)目標(biāo)市場(chǎng)的燃油等燃料消費(fèi)需求現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研分析[4]，結(jié)合內(nèi)河船舶發(fā)展現(xiàn)狀及燃料消耗發(fā)展趨勢(shì)、目標(biāo)市場(chǎng)內(nèi)河貨物周轉(zhuǎn)量發(fā)展現(xiàn)狀及預(yù)測(cè)[5]，得出目標(biāo)市場(chǎng)船用LNG消費(fèi)需求，結(jié)合項(xiàng)目自身的區(qū)位優(yōu)勢(shì)對(duì)比最終確定項(xiàng)目LNG加注的吞吐量規(guī)模以及加注碼頭數(shù)量規(guī)模，見(jiàn)圖1。

圖1 船用LNG吞吐量預(yù)測(cè)思路示意圖Fig.1 Schematic diagram of marine LNG throughput forecast

2.2 碼頭加注點(diǎn)布置

通過(guò)內(nèi)河受注船相關(guān)要素分析，岸基式加注碼頭加注點(diǎn)盡可能布置在受注船的尾部（發(fā)動(dòng)機(jī)端），考慮船舶進(jìn)出港及加注的適應(yīng)性，加注點(diǎn)考慮受注船頂流靠泊及右舷加注的便利性。由于部分內(nèi)河航道規(guī)定除指定調(diào)頭區(qū)外，禁止航行船舶調(diào)頭，碼頭加注點(diǎn)的布局還應(yīng)考慮航道上水、下水不同航向加注碼頭的平衡[6]。對(duì)于受注船型跨度較大的連片式布置泊位，需對(duì)受注船型進(jìn)行劃分，開(kāi)展船型組合，結(jié)合船型組合的靠泊需求布置相應(yīng)加注點(diǎn)。對(duì)于單個(gè)加注泊位，可以適當(dāng)考慮加注點(diǎn)位置的預(yù)留，提高不同類型受注船的適應(yīng)性。

2.3 碼頭主尺度要點(diǎn)

岸基式加注碼頭的布置型式需要充分考慮水位及加注工藝的適應(yīng)性。當(dāng)水位變化較大時(shí)，LNG動(dòng)力船可能無(wú)法靠近碼頭與加注系統(tǒng)正常對(duì)接，影響岸基加注碼頭的正常運(yùn)營(yíng)[7]，因此需要采用斜坡加注碼頭或者浮式加注碼頭。當(dāng)水位變化不大時(shí)，可采用固定式的加注碼頭。

內(nèi)河岸基式碼頭主尺度計(jì)算主要還是依托相關(guān)的行業(yè)規(guī)范，對(duì)于受注船型跨度大、規(guī)模等級(jí)高的加注碼頭，其長(zhǎng)度的確定需要充分考慮不同船型組合對(duì)于岸線需求的影響，結(jié)合受注點(diǎn)的布置來(lái)計(jì)算碼頭所需的長(zhǎng)度。

通過(guò)對(duì)目前國(guó)內(nèi)已建及在建的岸基式加注碼頭情況分析，內(nèi)河岸基式加注碼頭若不考慮檢修車輛的通行，主要包括前方加注作業(yè)區(qū)及后方管線的布置，一般都在10～15 m之間，但在碼頭設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮目前受注船船型存在的不確定性以及受注口位置的不一致性，要保留碼頭平面尺度對(duì)于營(yíng)運(yùn)期不同受注船型的適應(yīng)性需求。對(duì)于后續(xù)營(yíng)運(yùn)受注船型參數(shù)及需求相對(duì)明確的可以考慮采用墩式布置形式，滿足加注平臺(tái)功能即可。若碼頭規(guī)模較大，且需要考慮檢修車輛的通行及補(bǔ)償需求，其碼頭寬度一般需要20 m左右。

2.4 加注設(shè)備的確定

目前改造的受注船主要以雙燃料或混合燃料為主，LNG燃料罐容普遍較小。內(nèi)河沿線3000噸級(jí)及以下的小型受注船每次加注量基本在20 m3及以下，若加注泊位的加注流量確定為30 m3/h，單艘船舶凈加注時(shí)間約為0.5 h。考慮3000噸級(jí)及以下小型受注船加注流量較小，受注船甲板高度差也較小，加注設(shè)備采用金屬軟管，一方面能夠適應(yīng)各種不同船型，另一方面也便于在碼頭上設(shè)置多個(gè)LNG加注點(diǎn)，覆蓋范圍更廣。

對(duì)于5000～10000噸級(jí)內(nèi)河貨船、江海直達(dá)型貨輪或海輪，根據(jù)現(xiàn)有船只的燃料倉(cāng)容積換算出此類船只改造成LNG燃料動(dòng)力后燃料倉(cāng)的容積在150～500 m3左右，一次加注量較大?？紤]船舶受注時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，該類受注船加注點(diǎn)加注流量需300 m3/h，加注點(diǎn)LNG管線管徑相應(yīng)較大，如使用金屬軟管，則會(huì)因?yàn)檐浌苓^(guò)重而導(dǎo)致操作困難，因此，對(duì)于該類受注船型的加注點(diǎn)需采用LNG加注臂的配置。

目前純LNG燃料大型受注船較少，因此在長(zhǎng)江等內(nèi)河干線上布置LNG加注碼頭需要一定的加注臂設(shè)置或預(yù)留，以便于適應(yīng)未來(lái)的加注需求。

2.5 受注時(shí)間的控制

加注碼頭的受注時(shí)間影響項(xiàng)目的競(jìng)爭(zhēng)力及經(jīng)濟(jì)效益，受注船加注的時(shí)間不宜太長(zhǎng)。考慮受注船上安全閥的限制，加注管道壓力基本固定，對(duì)于常規(guī)內(nèi)河岸基式加注碼頭加注時(shí)間基本可控，管道預(yù)冷與船舶靠泊可以同步實(shí)施。但對(duì)于斜坡碼頭或者浮式碼頭，碼頭、斜坡道以及引橋之間的接口較多，為避免船舶靠泊過(guò)程對(duì)管道的損傷，都需要船舶靠泊完畢，再進(jìn)行管道接口的連接、管道預(yù)冷等作業(yè)。以重慶LNG加注碼頭為例，管道預(yù)冷大致需要30 min，其中20 min是從常溫降到0℃。按照單艘船單次的加注量約15.5 m3，考慮靠泊、吹掃、預(yù)冷、加注、離泊的總加注時(shí)間約3.5 h，加注整體時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，其中管道接口的連接以及管道的預(yù)冷是影響其總體受注時(shí)間的關(guān)鍵。因此對(duì)于斜坡碼頭或浮式碼頭加注工藝設(shè)計(jì)中需考慮快速接頭等措施，以提高相應(yīng)的銜接效率。

2.6 BOG的處理

根據(jù)相關(guān)規(guī)范及環(huán)保政策要求，內(nèi)河加注站相應(yīng)的BOG應(yīng)回收利用[8]，針對(duì)不同的加注碼頭選址及周邊情況合理選用BOG的處理方式。

BOG處理方式一：考慮將加注工藝系統(tǒng)BOG集中后，經(jīng)BOG處理系統(tǒng)加熱、調(diào)壓形成CNG，輸送至CNG槽車集氣管束對(duì)外銷售[9]或采用儲(chǔ)罐回收處理后通過(guò)管道供周邊居民及設(shè)施用氣。該方式BOG處理的整體效益基本是虧損的，需有一定的政策支持，如已建的重慶LNG加注碼頭。

BOG處理方式二：依托旁邊的LNG接收站，通過(guò)管道連接接收站BOG的處理區(qū)統(tǒng)一處理利用。該方式環(huán)保性好、效益高，但需依托LNG接收站，受限較大，如在建的鎮(zhèn)江LNG加注碼頭。

3 結(jié)語(yǔ)

國(guó)內(nèi)外新建或改造液化天然氣受注船整體數(shù)量有限，結(jié)合已有受注船型資料及實(shí)施項(xiàng)目情況，對(duì)受注船型的燃料組成、LNG燃料罐的位置及倉(cāng)容、受注口的分布、受注船型等級(jí)等要素進(jìn)行了分析總結(jié)。同時(shí)結(jié)合受注船型相關(guān)要素的特點(diǎn)，對(duì)岸基式加注碼頭的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了研究：

1）內(nèi)河加注碼頭建設(shè)等級(jí)主要考慮400～10000噸級(jí)，對(duì)于長(zhǎng)江等干線航區(qū)可以考慮適當(dāng)?shù)拇a頭結(jié)構(gòu)等級(jí)預(yù)留。LNG加注碼頭的吞吐量規(guī)模以及碼頭數(shù)量規(guī)模確定需要充分考慮目標(biāo)市場(chǎng)船用燃料需求、受注船的發(fā)展政策及趨勢(shì)、項(xiàng)目自身的區(qū)位優(yōu)勢(shì)等因素；

2）岸基式加注碼頭加注點(diǎn)盡可能布置在受注船的尾部（發(fā)動(dòng)機(jī)端），加注點(diǎn)充分考慮受注船頂流靠泊及右舷加注的便利性。連片式泊位需結(jié)合船型組合的靠泊需求布置相應(yīng)的加注點(diǎn)。單個(gè)加注泊位可適當(dāng)考慮加注點(diǎn)位置的預(yù)留；

3）岸基式加注碼頭長(zhǎng)度的確定需要充分考慮不同船型組合對(duì)于岸線需求的影響。碼頭寬度需要充分考慮前方加注作業(yè)區(qū)、檢修車輛的通行、工藝管線的布置及補(bǔ)償?shù)刃枨螅?/p>

4）3000噸級(jí)及以下小型受注船所需的加注流量較小，受注船甲板高度差也較小，加注設(shè)備可采用金屬軟管。對(duì)于干線航道上5000～10000噸級(jí)受注船加注流量較大，加注碼頭需要考慮一定的加注臂設(shè)置或預(yù)留；

5）對(duì)于斜坡碼頭或浮式碼頭加注工藝設(shè)計(jì)中需考慮快速接頭等措施，以提高相應(yīng)的銜接效率；

6）岸基式加注碼頭設(shè)計(jì)中針對(duì)不同的碼頭選址及周邊情況需要合理選用BOG的處理方式。