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LNG燃料邁向新高度

LNG燃料應用走向新高度

液化天然氣促進了航運業的發展。海上移動設備將來能否使用LNG燃料驅動?

來自 | Upstream
編譯 | 錢佳成

近年來,限制船用燃料硫含量的環境法規越來越嚴格,而且將來還會更加嚴格。國際海事組織最近頒布了全球法規,要求到2020年,相關單位要將硫氧化物(SOx)排放量從目前燃料含量的3.5%(上限)降低到0.5%以下。

再加上氮氧化物(NOx)和顆粒物的排放限制,這一新方針為許多非常規的船用燃料提供了發展的契機,比如液化天然氣(LNG)。由于鉆井船、自升式鉆井平臺、施工船以及半潛式鉆井平臺等經常在環保區域作業,所以它們都受到這一環保法規的約束。

其支持者指出,LNG符合SOx、NOx和顆粒物三種物質的排放標準,天然氣是一種比較便宜的、可以替代船用柴油和輕柴油的燃料。但海上作業行業也承認使用LNG仍存在一定的后勤和技術挑戰。

Douwe de Jong(荷蘭海洋設計與工程公司GustoMSC研發部門項目經理)想改變這種觀點。De Jong最近完成了一項研究,研究了與LNG最相關的技術、運營和經濟因素,然后提出了一些優化方案,在改動最少的前提下,將LNG用到其雙燃料系統中去。

他說,業內的一些疑慮并不是毫無根據的。存儲LNG需要較高的壓力和較低的溫度,并且LNG能量密度比傳統船用燃料低得多。LNG的存儲空間是傳統船用柴油或輕柴油的2.5倍,且LNG通常需要集中存儲在一個或幾個較大的船艙中,而船用柴油或汽柴油只需要用較小的儲罐分散存儲在船上即可。

“這幾年我們一直在關注船用LNG的發展。幾年前,我們開始了一個項目,這個項目只是為了了解海上設備使用LNG燃料的影響和可行性?,F在,這個項目變得越來越有意義了。我們的結論是,如果不使用LNG特有的設計,我們極有可能要擴大船體結構,從而無法降低排放處理和燃料成本,而這本是使用LNG的重要目的?!八f。

注:能量密度(Energy density)是指在一定的空間或質量物質中儲存能量的大小。

設計挑戰

GustoMSC確定了四種船舶類型,它們被認為是應用LNG燃料的優秀候選者,分別是:海上風機基礎安裝船、海上風電設備安裝船、深水鉆井船以及半潛式鉆井平臺。

de Jong說,海上風電設備安裝船是一個“非常好的選擇,因為它們會在排放控制區域和相對靠近岸邊的地方作業”。他說,根據操作剖面平均值,LNG系統可以利用風電設備安裝船的“可預測的運行狀況”進行優化。LNG運輸則可以借助于當地LNG基礎設施。

他說,在相對較短的時間內,海上作業和勘探設備的電力需求可能會有很大的差異,項目與項目之間,船舶往往需要航行較遠的距離。為了保證操作靈活性,目前,單獨使用LNG需要非常大的儲罐,因此船會變得更大,造價更昂貴。

De Jong提出了幾個可以幫助克服這些問題的方法。但是,他們需要船東要有一些新思維,也需要進一步發展LNG基礎設施,還有海上船對船加油技術的發展。

動力定位鉆井船和半潛式平臺,特別是那些專為惡劣環境設計的鉆井平臺,需要使用大量的燃料。他說,這意味著低成本的LNG可以“顯著”降低成本?!斑@些公司的財務狀況可能會變得非常有趣”,但他們的財務狀況的好壞很大程度上取決于他們的商品以及原油和天然氣的價格。

另一方面,用于惡劣環境設備的作業區一般遠離海岸和LNG基礎設施,這使得燃料供應的難度更大?!癲e Jong說。但是海上船對船加油的方式卻為這一問題的解決提供了新思路。他說:“我認為在未來一到兩年內這種船對船加油的方式會逐漸成熟,對這些專門在苛刻環境下作業海上設備來說,很有可能會用上LNG燃料?!?/span>

他補充說:“鹿特丹—安特衛普地區將會有兩艘容量5000~6500立方米的燃料船?!坝辛舜瑢Υ腖NG傳輸方式,將極大地提高作業船的機動性以及可用的燃料量。

他說,在美國墨西哥灣,另一個較為嚴格的排放控制區,正在計劃引進LNG傳輸鉸接式推駁來實現船對船的燃料補給。

De Jong說,“GustoMSC鉆井船概念”是用不同的角度思考問題并采用多種方法使用LNG的一個實例?!澳梢試L試使用大型儲罐來解決LNG供應難題,這樣可以加強自主性,但如果您嘗試使用LNG,我們有個建議,以墨西哥灣的一艘鉆井船為例,這艘鉆井船可以由平臺供應船供應鏈提供補給。您可以使用可替換儲罐,然后利用現有的供應鏈與岸上基地建立連接,這樣,陸上LNG設施就可以為海上設備供應燃料。對于那些尚無海上LNG加油服務的地區,這不失為進行LNG試點的一個好方法。

C型高壓罐已廣泛用于LNG燃料船舶,在它基礎上稍作改變便可以將其用作可替換LNG燃料罐。目前,易運輸的集裝箱版LNG高壓罐已普遍用于LNG的公路和鐵路運輸。這種圓筒形儲罐采用自支撐式設計,制造相對簡單,并且容許蒸氣聚集,這可以解決燃料熱氣遇冷產生水蒸氣的問題,因此具有極高的操作靈活性。

其他LNG存儲方式包括使用周圍支撐結構的膜式罐以及自支撐式罐體外部有絕緣層的B型罐。de Jong指出,這兩種罐型都要比C型罐的容量存儲利用率(volumetric fuel storage efficiency)高,但對蒸發氣體而言,操作靈活性也就相應地有所降低。

他說,膜式罐在全球LNG運輸船隊中已經應用的十分廣泛,而且該技術也正在積極尋找其他市場,例如LNG燃料船。企業正在進行著重于提高容量存儲利用率的研究。

雖然提出了改進C型容器作為LNG存儲設備的想法,但半潛式平臺等存儲容量較大的海上工程船也是替代LNG存儲設備的一個不錯的選擇。

雖然從設計的角度來看,造一艘使用LNG燃料的新船是“最佳的”選擇,但是De Jong表示,改裝現有的船也不失為一個好辦法,特別是C型罐。

靈活的思維

我們需要做一些事情來推動LNG燃料在海上的應用?,F在我們正在做一些工作來完善LNG供應設施。de Jong說,LNG燃料在海上的應用并沒有重大的技術障礙,但是這一技術的繼續發展則需要更多地關注自主性,例如,根據船舶的用途和使用環境,LNG是否可以在雙重燃料系統中發揮作用。

“我認為,這些船舶能否在海上進行船對船加油將是LNG是否可以應用到海上作業,特別是海上油氣行業的主要驅動力?!彼f。

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白礬
石油圈認證作者
畢業于中國石油大學(華東),油氣井工程碩士,長期聚焦國內外石油行業前沿技術裝備信息,具有數十萬字技術文獻翻譯經驗。
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