内河LNG加注码头应用前景及工艺系统分析

来源:用户上传      作者:林佐轮

　　摘要：内河推广LNG清洁能源步伐正在加快，除大力推动LNG动力船舶建造和改造外，LNG加注码头设计和建设工作正全面铺开。本文从经济性角度分析了内河LNG加注码头的市场应用前景，结合已建成的某LNG加注码头设计经验，分析了内河LNG加注码头基本的平面布置、加注工艺类型及工艺系统设计重点，提出经济可靠的工程应用方案，可为内河其它LNG加注码头设计提供参考。
　　关键词：内河;液化天然气（LNG）;油气加注;加注工艺
　　中图分类号：U656.1文献标识码：A文章编号：1006―7973（2022）07-0134-03
　　内河水运积极推广LNG清洁能源步伐正在加快，除大力推动LNG动力船舶建造和改造外，LNG加注码头设计和建设工作正全面铺开。水上LNG加注码头属于危险品码头，安全责任大，涉及影响因素较多，码头设计除需充分考虑其安全、防洪、通航和环保等专项问题外，更要重视其核心的工艺加注和补给系统的设计。
　　1国内外LNG船舶和加注码头现状及趋势分析
　　（1）国外LNG船舶起步早、规模不大。据英国SEA-LNG在2020年2月发布数据，全球有175艘LNG动力海船，在造203艘，另有141艘LNG动力预留船在运行或在造订单上[1]，主要为集装箱运输船、客渡船和滚装船。
　　（2）根据2020年12月22日《中国交通的可持续发展》白皮书：我国已建成290多艘LNG动力船，大部分已投运，主要航行于长江、京杭运河及黄浦江等水域。
　　（3）预计到2025年长江水系LNG动力船舶的加注需求量将达到199.1万t，船舶规模达19040艘[2]。
　　（4）长江、京杭运河及西江航线共规划有74座LNG加注码头，其中，长江45座，京杭运河19座，西江10座[3]。
　　（5）截止2021年12月底，国内已建成内河LNG加注码头达22个，其中长江已建成9座，见表1，另有多个LNG加注码头已开工建设。其余内河航线建成的多座LNG加注站受LNG动力船舶限制，目前基本还未实质投入使用。
　　2LNG加注码头的问题分析
　　（1）受市场价格因素影响，航运企业新建改造LNG动力船舶的意愿不足，船舶保有量较少，LNG加注码头工程投资大，运行成本高，整体发展缓慢。
　　（2）LNG加注码头敏感性较高，安全责任大，建设运营涉及部门多，各部门对LNG使用管理认识不一、审批依据不完善，客观上造成LNG加注码头建设运营审批困难。
　　（3）现有港口总体规划大多未考虑LNG加注码头功能及其规划方案，需加快推进港口总体规划的调整。
　　3内河LNG加注码头补液、加注工艺
　　补液、加注工艺系统是内河LNG加注a头的核心，补液工艺主要依托LNG储罐、运输船或罐车三种补给方式完成;加注工艺则依托LNG储罐、加注泵撬、真空绝热管、BOG系统、储罐调压系统、放散系统、吹扫装置等设备联合完成。
　　3.1加注方式
　　目前，LNG加注码头加注工艺分为四种方式：罐车加注、岸基加注、趸船加注、LNG加注船加注[4]，其优缺点见表2。
　　其中，罐车加注其加注能力小，一般只在陆域储罐未建成之前作为过渡的一种加注形式;LNG加注船加注工艺方式受安全监管和航道条件限制，可操作性差，在内河无实际应用案例;我国内河已建成LNG加注码头主要为岸基加注（储罐位于陆域）、趸船加注（储罐位于趸船）两种工艺加注形式，LNG主要加注码头典型结构形式见图1。
　　内河LNG加注码头加注方式的选择与其泊位等级和水位差密切相关。以长江干流为例，芜湖港以下至长江口通航船舶大多在10000吨级以上，其最大水位落差12m左右且低水位工况维持时间较短，为保证加注工艺操作的便捷性和靠泊的安全性，其下游LNG加注码头优先采用直立式码头，配合岸基加注方式;芜湖以上至重庆段，通航船舶大多在10000吨级以下，其最大水位落差达18m左右[5]，大多码头优先采用加注操作性好、投资省的浮式趸船结构，采用的加注工艺方式既有趸船加注，也有岸基加注。
　　3.2加注、补液及扫线工艺流程
　　（1）趸船加注：LNG罐车→卸车平台卸车撬（含计量）→引桥真空绝热管线→真空软管→趸船真空绝热管线→趸船LNG储罐→加注泵撬（含计量）→液相和气相真空绝热管线及闸阀系统→真空软管加注连接（软管吊/加注臂）→货船。趸船码头可通过水上LNG运输船和陆上补给。其工艺流程见图2。
　　（2）岸基加注：LNG罐车/管道→潜液泵→码头陆域LNG储罐→引桥真空绝热管线→码头平台→加液泵撬（含计量）→真空软管连接（软管吊/加注臂）→货船。岸基加注不应从水上补给[6]。
　　（3）扫线流程：卸车前先用氮气将工艺管道内部空气惰化，再通过BOG系统将低压天然气吹扫置换管内氮气，置换完毕再进行卸车补液操作;卸车完毕后通过BOG系统将低压天然气吹扫管内残液至LNG储罐，再利用氮气吹扫置换BOG气体，置换完毕后方可拆卸加注或卸车用软管。
　　3.3LNG储罐容积确定
　　趸船LNG储罐容积大小取决于日均LNG气源补给量和加注需求量。由于LNG加注特殊性，从安全角度考虑，补给和加注不能同时进行，LNG加注作业只能在白天进行，作业按12小时计;LNG罐车补给在晚间进行，作业按9小时计。
　　（1）日均补给量。LNG罐车容积约为50m3/辆，计算装卸率0.8后加注量为40m3/辆，一般情况下卸完1辆车约1.5小时，每天单线最多装卸6辆，单线日均补给量240m3。
　　（2）单船加注量。载货量500～5000吨运输船，柴油机总功率300～1700kW：按柴油机总功率计算燃油消耗量QZ=T×NeZ×gez×10-6（t）;式中：T为连续航行时间，取24h;NeZ为柴油机总功率;gez为柴油机燃油消耗率，一般取220g/kW.h，则油耗为1.584～8.98t，换算后500～5000DWT货船按300公里行程所需LNG为2.82～16m3，考虑充装率及余量后，载货量500～5000DWT受注船LNG储罐一般取5～20m3较为合理。

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