第一章 绪论
1.1 选题背景和意义
1.1.1 选题背景
LNG 是一种清洁、高效的能源，主要成分是甲烷的低温液体，无色、无味、无毒且无腐蚀性。推广 LNG 燃料在船舶上的应用，对优化交通领域能源结构，促进能源高效利用，实现节能减排目标具有重要的战略意义和现实意义。船舶使用 LNG 一是减少污染物排放，先进的天然气发动机相比于传统燃油 CO2排放减少 30％左右，氮氧化物排放降低 80％左右，硫氧化物和颗粒物排放几乎没有；二是不污染江河水质，如有 LNG 泄露，气化后挥发，不会像溢油对水体产生污染；三是提高运输安全性，LNG 气化后着火点高且不易引爆，业内都认为 LNG 较燃油安全；四是节约船舶运输成本，船舶使用 LNG 较使用 GB 252 柴油节约燃料费用 20％左右。早在 2010 年一艘 LNG 燃料动力船舶“武拖 302”开创了我国船舶使用 LNG 的新纪元。截至 2017 年底，据交通运输部水运科学研究院统计，全国已有 LNG 燃料动力船舶 209 艘（其中新建 148 艘，改造 61 艘，较 2016 年底的127 艘增加了 65％），在国际上已后来居上，处于领先水平。预计以后几年都将保持较快的增长态势。
LNG 燃料动力船舶的燃料加注站是水运行业应用 LNG 的重要设施，随着 LNG 燃料动力船舶的增加，研究和建设水上 LNG 加注站的必要性突显。交通运输部于 2013 年 10 月完成了水运行业应用 LNG 的顶层设计，即制订了《关于推进水运行业应用液化天然气的指导意见》（交水发[2013]625 号），明确提出开展加注方式的研究，合理规划设置加注站点，通过市场机制，有序推进加注设施建设，形成较为完善的加注服务体系。国家《天然气发展“十三五”规划》中提出“鼓励在内河、湖泊和沿海发展以 LNG 为燃料的运输船舶。2020 年配套建设船用加注站超过 200 座”。由上可知，未来水上 LNG 加注站的建设将逐渐增多，作为项目决策依据的可行性研究显得十分必要。
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1.2 国内外研究综述
1.2.1 国外研究现状
欧洲是将LNG作为船用燃料的最初开拓者，欧洲推动LNG燃料动力船舶主要是为了应对排放控制区要求，驱动力来自航运业内部。
Germanischer Lloyd[1]给天然气燃料动力船舶进行加注总体上的分类，并对各加注模式的特点、适应性进行了分析。①气体燃料储罐整体更换（OTS）；②罐车加注（TTS）；③岸站加注（TPS）；④趸船加注（PTS）；⑤加注船加注（STS）。
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第二章 水上 LNG 加注站及其建站可行性研究的现状
2.1 船舶动力能源及 LNG 加注站发展现状
2.1.1 内河航道和船舶现状
2.1.1.1 我国内河航道等级划分
内河航道按照可通航内河船舶的吨级划分为 7 级，等级划分情况见表 2-1。
2.1.1.2 我国内河航道通航里程
根据《2017 年交通运输行业发展统计公报》，截止 2017 年底[18]，全国内河航道通航里程 12.70万公里。等级航道 6.62 万公里，占总里程 52.1％。其中三级及以上航道 1.25 万公里，占总里程 9.8％。
各等级内河航道通航里程分别为：一级航道 1546 公里，二级航道 3999 公里，三级航道 6913 公里，四级航道 10781 公里，五级航道 7566 公里，六级航道 18007 公里，七级航道 17348 公里。等外航道 6.09 万公里[18]。
各水系内河航道通航里程分别为：长江水系 64857 公里，珠江水系 16463 公里，黄河水系 3533公里，黑龙江水系 8211 公里，京杭运河 1438 公里，闽江水系 1973 公里，淮河水系 17507 公里[18]。
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2.2 水上 LNG 加注站可行性研究现状及存在的主要问题
2.2.1 水上 LNG 加注站可行性研究现状
目前水上 LNG 加注站的投资建设属于战略投资，但我国绝大部分水上 LNG 加注站却未做可行性研究。经查阅相关论文，也少见相关研究成果。即使在部分做了可行性研究的已建成水上 LNG加注站的可行性研究报告中也未认真进行市场预测、加注模式论证和站址选择论证。
2.2.2 水上 LNG 加注站可行性研究存在的主要问题
2.2.2.1 市场预测问题
（1）服务对象定位太宽泛
我国现有水上 LNG 加注站可行性研究报告未针对性的分析服务对象，笼统将流域中的 LNG 燃料动力船舶作为服务对象，目标市场不明确。按照船舶的用途分类，分为军用和民用两大类，而军用船舶由于航线极其特殊，无论是国外还是国内，通常都不属于水上 LNG 加注考虑对象，主要考虑对民用船舶进行加注。根据《交通运输部关于推进水运行业应用液化天然气的指导意见》，我国按照“先示范引领、后推广应用，先内河、再沿海、后远洋，先普通货船和客船、再港作船和工程船，后危险品船和远洋运输船”的原则，在长江干线、西江干线、京杭运河以及长三角水网等水域的普通货船、客船以及港作船进行了 LNG 燃料动力的试点和推广。
由于不同类型船舶设置的储罐位置不一致，目前国内主要是运输船，大部分储罐和 LNG 加注口设置在船舶尾部，正在设计中海油海工平台供应 LNG 燃料动力船舶和国外的 LNG 燃料动力油船储罐的 LNG 加注口设置在船舶中部，由于 LNG 通常采用保温硬管输送和对软管长度限制，储罐和 LNG加注口位置的不同对水上 LNG 加注站系缆、平面布置带来不便。
不同的船舶设置的储罐容量相差很大，国内 LNG 燃料动力船舶设置储罐目前有 1.8m3、3m3、5m3、8m3、10m3、15m3、20m3、60m3等多个规格，正在规划的 LNG 燃料动力船舶储罐最大达到 2000m3，LNG 加注口也未形成系列化和规格化，国内大部分船东为节省投资，仅在一侧船舷设置 LNG 加注口，并未和加油口一样，双侧设置，这些都对水上 LNG 加注站单次 LNG 加注量、加注时间和市场预测造成影响。
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第三章 水上 LNG 加注站可行性研究中市场预测的研究 ................................... 213.1 水上 LNG 加注站市场预测的类型及影响因素 ..................................... 21
3.1.1 水上 LNG 加注站市场预测常用类型 .......................................... 21
3.1.2 适用于水上 LNG 加注站市场预测方法选择 ................................ 23
第四章 水上 LNG 加注站可行性研究中加注模式选择的研究 ................................... 33
4.1 水上 LNG 加注站功能的确定 ..................................... 33
4.1.1 水上 LNG 加注站服务对象特点 ......................... 33
4.1.2 选择水上 LNG 加注站模式需要解决的问题 ............................ 34
第五章 水上 LNG 加注站可行性研究中站址选择的研究 ........................................ 45
5.1 水上 LNG 加注站可行性研究中站址选择方面的问题分析 ............................. 45
5.1.1 水上 LNG 加注站加注能力测算中的问题分析 .............................. 45
5.1.2 水上 LNG 加注站等级划分的问题分析 ................................... 45
第五章 水上 LNG 加注站可行性研究中站址选择的研究
5.1 水上 LNG 加注站可行性研究中站址选择方面的问题分析
5.1.1 水上 LNG 加注站等级划分的问题分析
水上 LNG 加注站的等级划分主要用来确定防火间距。LNG 储罐的总容积及单罐容积确定与事故后果有一定的关联性，国内外的标准规范也对 LNG 储罐的总容积及单罐容积做了相关规定。水上LNG 加注站的等级划分与陆上车用加气站一样，需综合考虑的因素主要有：一是 LNG 加注站设置的规模与周围环境的协调，同时应考虑到服务对象的特殊性；二是依据其为 LNG 燃料动力船舶加注的业务量，通常考虑到 LNG 补给问题，LNG 储罐容量按 1-3d 的销售量进行配置；三是 LNG 储罐的单罐容量应考虑能够接受进站槽车的卸载量。
水上 LNG 加注站的位置通常靠近通航航道，在具备提供 LNG 燃料动力船舶的安全靠、离泊的水域，位于港口、水上服务区等，远离城镇人口密集区和工业厂区，与城镇燃气和汽车加气站 LNG设施位于城镇规划区不同，因此发生事故较城镇燃气 LNG 相关场站对生命财产的损失较轻，现行国家标准《城镇燃气设计规范》（GB 50028-2006）及《汽车加油加气站设计与施工规范》）LNG 相关场站分级具有借鉴意义。
《城镇燃气设计规范》适用于 LNG 储罐总容积不大于 2000m3的城镇 LNG 供应站[33]。考虑到水上 LNG 加注站的目标船型为载重吨万吨以下的中小型船舶，此类船舶设置的 LNG 燃料储罐通常不大于 200m3。现有水上 LNG 加注站最大小时加注能力约 34m3/h，因此通常水上 LNG 加注站设计的 LNG 储罐总容积不大于 2000m3应能满足需求。所以，水上 LNG 加注站的等级划分 LNG 储罐总容积不应大于 2000m3。
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第六章 成果与展望
6.1 成果
LNG 燃料动力船舶的燃料加注是推进水运行业应用 LNG 的重要组成部分，随着 LNG 燃料动力船舶的增加，研究和建设水上 LNG 加注站的必要性突显。因水上 LNG 加注站服务对象在水上前后左右上下六个纬度的运动性，水上 LNG 加注站可行性研究中对其市场预测、加注模式及站址选择是关键。本文对水上 LNG 加注站可研中的关键问题进行研究，主要结论如下：
（1）提出在水上 LNG 加注站可研中通过断面流量、船型分布、进站率和一次燃料加注量来预测 LNG 加注需求。
（2）水上 LNG 加注站需求预测既要做宏观市场需求预测，也要做针对项目的 LNG 加注需求预测。
（3）在水上 LNG 加注站可研的加注模式选择中，提出趸船式加注、岸基式加注和加注船加注三种水上 LNG 加注模式比较适合 LNG 燃料动力船舶加注，其中趸船式加注比较适合于长江干线、西江干线航道，对于京杭运河某些宽阔水域段，也可采用趸船式加注模式；岸基式加注模式（不采用趸船辅助）不适用于水位高差变化大的航道，比较适合京杭运河和沿海；加注船加注在锚地或海事指定码头比较适合，也适合于在湖区、库区和沿海营运。
（4）根据现行规范和工程实际，在分析水上 LNG 加注站危险特性和对比类似项目的基础上，提出了水上 LNG 加注站根据 LNG 储罐总容积和单罐容积上限分为五级，并对其划分标准提出建议；水上 LNG 加注趸船与相邻独立的水上 LNG 加注趸船或水上加油趸船的距离按 250m 距离控制。
参考文献（略）