内河LNG加注码头应用前景及工艺系统分析

林佐轮

（湖南省交通规划勘察设计院有限公司，湖南 长沙 410008）

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，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。

（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。

（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。

表1 长江已建成的液化天然气加注码头表

2 LNG 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 加注码头的核心，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，其优缺点见表2。

表2 加注模式优缺点对比

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。

图1 罐车加注（左）、岸基加注（中）和趸船加注（右）

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，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。

图2 趸船加注及补液工艺流程图

（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。

（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。

3.3 LNG 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50m/辆，计算装卸率0.8 后加注量为40m/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240m。

（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Q=T×N×g×10-6(t)；式中：T 为连续航行时间，取24h；N为柴油机总功率；g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2.82～16m，考虑充装率及余量后，载货量500～5000DWT 受注船LNG 储罐一般取5～20m较为合理。

（3）单船加注时间。由于受注船LNG 储罐（以10～15m为例）进料管径约40～50mm，加注流速过快，易引起静电，一般选用流量20～30m/h 加注泵，可将LNG 纯加注时间控制在20～30 分钟，单船完成加注和靠离泊作业控制在1 小时内较为合理。

（4）日均加注量。按白天12 小时工作计，每天可加注500～5000DWT 的船舶12 艘次，加注量在60～240m/天。

（5）LNG 储罐容积比较：①当泊位为500～1000吨级时，单个LNG 加注码头日均加气量约60～80m，配100m储罐较为经济。②当泊位为1000～3000 吨级时，单个LNG 加注码头日均加气量约80～180m，配200m储罐较为经济。③当泊位为3000～5000 吨级时，单个LNG 加注码头日均加气量约180～240m，配300m储罐较为经济。④当泊位为5000～10000 吨级时，单个LNG 加注码头日均加气量约240～360m，配500m储罐较为经济。

3.4 趸船加注工艺管线及设备的布置

内河某趸船LNG 加注码头工艺平面布置见图3，该LNG 加注趸船平面尺寸65×12×3.2×1.6 m（长×宽×型深×吃水）。考虑过渡期的影响，该趸船具备油气加注双重功能，考虑安全性和补给的可操作性，其柴油均从水上油船补给，油舱容量395m；LNG 既可从岸上罐车补给，又可从水上LNG 船舶补给，趸船LNG储罐容积2×100m，年加注LNG 能力1.6 万m，柴油1 万m。

图3 内河某趸船LNG 加注码头工艺平面布置图

LNG 趸船加注码头的核心工艺系统包含三部分：趸船加注、船岸连接、岸上卸车。其中，趸船加注主要包括1 惰性气体吹扫装置、2 控制柜、3 软管吊臂、4积液盘、5 拉断阀、6 加注软管、7 加注泵橇、8LNG 储罐、（9-12）LNG 回收调压装置、13 不锈钢真空绝热管路和阀门等核心部件，LNG 燃气回收调压装置布置于两个LNG 储罐中间，节约空间；船岸连接主要包括（13-14）不锈钢真空绝热管路及吹扫管线；岸上卸车包括卸车泵撬（含计量）和控制柜等。

4 结论

内河水运推广LNG 加注码头建设是实现碳达峰的重要举措。LNG加注码头补液和加注工艺是其核心内容，选用的加注方式决定了其建设的投资成本和适应性的问题。

（1）内河LNG 动力船舶燃料市场价格、燃烧热值均占明显优势，新建LNG 动力船舶吨级越大，经济性越明显，LNG 加注码头市场前景广阔。

（2）内河LNG 加注码头水位差小于等于12m 时，建议采用岸基加注的直立式码头方案；水位差大于12m时，建议采用趸船加注的浮码头结构方案。

（3）趸船加注码头LNG 储罐容积建议在泊位等级为500～1000 吨级时，配置100m；在1000～3000吨级时，配置200m；在3000～5000 吨级时，配置300m；在5000～10000 吨级时，配置500m较为经济。

（4）趸船加注码头工艺可为同类型码头设计提供参考。