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LNG燃料迈向新高度

LNG燃料应用走向新高度

液化天然气促进了航运业的发展。海上移动设备将来能否使用LNG燃料驱动?

来自 | Upstream
编译 | 钱佳成

近年来,限制船用燃料硫含量的环境法规越来越严格,而且将来还会更加严格。国际海事组织最近颁布了全球法规,要求到2020年,相关单位要将硫氧化物(SOx)排放量从目前燃料含量的3.5%(上限)降低到0.5%以下。

再加上氮氧化物(NOx)和颗粒物的排放限制,这一新方针为许多非常规的船用燃料提供了发展的契机,比如液化天然气(LNG)。由于钻井船、自升式钻井平台、施工船以及半潜式钻井平台等经常在环保区域作业,所以它们都受到这一环保法规的约束。

其支持者指出,LNG符合SOx、NOx和颗粒物三种物质的排放标准,天然气是一种比较便宜的、可以替代船用柴油和轻柴油的燃料。但海上作业行业也承认使用LNG仍存在一定的后勤和技术挑战。

Douwe de Jong(荷兰海洋设计与工程公司GustoMSC研发部门项目经理)想改变这种观点。De Jong最近完成了一项研究,研究了与LNG最相关的技术、运营和经济因素,然后提出了一些优化方案,在改动最少的前提下,将LNG用到其双燃料系统中去。

他说,业内的一些疑虑并不是毫无根据的。存储LNG需要较高的压力和较低的温度,并且LNG能量密度比传统船用燃料低得多。LNG的存储空间是传统船用柴油或轻柴油的2.5倍,且LNG通常需要集中存储在一个或几个较大的船舱中,而船用柴油或汽柴油只需要用较小的储罐分散存储在船上即可。

“这几年我们一直在关注船用LNG的发展。几年前,我们开始了一个项目,这个项目只是为了了解海上设备使用LNG燃料的影响和可行性。现在,这个项目变得越来越有意义了。我们的结论是,如果不使用LNG特有的设计,我们极有可能要扩大船体结构,从而无法降低排放处理和燃料成本,而这本是使用LNG的重要目的。“他说。

注:能量密度(Energy density)是指在一定的空间或质量物质中储存能量的大小。

设计挑战

GustoMSC确定了四种船舶类型,它们被认为是应用LNG燃料的优秀候选者,分别是:海上风机基础安装船、海上风电设备安装船、深水钻井船以及半潜式钻井平台。

de Jong说,海上风电设备安装船是一个“非常好的选择,因为它们会在排放控制区域和相对靠近岸边的地方作业”。他说,根据操作剖面平均值,LNG系统可以利用风电设备安装船的“可预测的运行状况”进行优化。LNG运输则可以借助于当地LNG基础设施。

他说,在相对较短的时间内,海上作业和勘探设备的电力需求可能会有很大的差异,项目与项目之间,船舶往往需要航行较远的距离。为了保证操作灵活性,目前,单独使用LNG需要非常大的储罐,因此船会变得更大,造价更昂贵。

De Jong提出了几个可以帮助克服这些问题的方法。但是,他们需要船东要有一些新思维,也需要进一步发展LNG基础设施,还有海上船对船加油技术的发展。

动力定位钻井船和半潜式平台,特别是那些专为恶劣环境设计的钻井平台,需要使用大量的燃料。他说,这意味着低成本的LNG可以“显著”降低成本。“这些公司的财务状况可能会变得非常有趣”,但他们的财务状况的好坏很大程度上取决于他们的商品以及原油和天然气的价格。

另一方面,用于恶劣环境设备的作业区一般远离海岸和LNG基础设施,这使得燃料供应的难度更大。“de Jong说。但是海上船对船加油的方式却为这一问题的解决提供了新思路。他说:“我认为在未来一到两年内这种船对船加油的方式会逐渐成熟,对这些专门在苛刻环境下作业海上设备来说,很有可能会用上LNG燃料。”

他补充说:“鹿特丹—安特卫普地区将会有两艘容量5000~6500立方米的燃料船。“有了船对船的LNG传输方式,将极大地提高作业船的机动性以及可用的燃料量。

他说,在美国墨西哥湾,另一个较为严格的排放控制区,正在计划引进LNG传输铰接式推驳来实现船对船的燃料补给。

De Jong说,“GustoMSC钻井船概念”是用不同的角度思考问题并采用多种方法使用LNG的一个实例。“您可以尝试使用大型储罐来解决LNG供应难题,这样可以加强自主性,但如果您尝试使用LNG,我们有个建议,以墨西哥湾的一艘钻井船为例,这艘钻井船可以由平台供应船供应链提供补给。您可以使用可替换储罐,然后利用现有的供应链与岸上基地建立连接,这样,陆上LNG设施就可以为海上设备供应燃料。对于那些尚无海上LNG加油服务的地区,这不失为进行LNG试点的一个好方法。

C型高压罐已广泛用于LNG燃料船舶,在它基础上稍作改变便可以将其用作可替换LNG燃料罐。目前,易运输的集装箱版LNG高压罐已普遍用于LNG的公路和铁路运输。这种圆筒形储罐采用自支撑式设计,制造相对简单,并且容许蒸气聚集,这可以解决燃料热气遇冷产生水蒸气的问题,因此具有极高的操作灵活性。

其他LNG存储方式包括使用周围支撑结构的膜式罐以及自支撑式罐体外部有绝缘层的B型罐。de Jong指出,这两种罐型都要比C型罐的容量存储利用率(volumetric fuel storage efficiency)高,但对蒸发气体而言,操作灵活性也就相应地有所降低。

他说,膜式罐在全球LNG运输船队中已经应用的十分广泛,而且该技术也正在积极寻找其他市场,例如LNG燃料船。企业正在进行着重于提高容量存储利用率的研究。

虽然提出了改进C型容器作为LNG存储设备的想法,但半潜式平台等存储容量较大的海上工程船也是替代LNG存储设备的一个不错的选择。

虽然从设计的角度来看,造一艘使用LNG燃料的新船是“最佳的”选择,但是De Jong表示,改装现有的船也不失为一个好办法,特别是C型罐。

灵活的思维

我们需要做一些事情来推动LNG燃料在海上的应用。现在我们正在做一些工作来完善LNG供应设施。de Jong说,LNG燃料在海上的应用并没有重大的技术障碍,但是这一技术的继续发展则需要更多地关注自主性,例如,根据船舶的用途和使用环境,LNG是否可以在双重燃料系统中发挥作用。

“我认为,这些船舶能否在海上进行船对船加油将是LNG是否可以应用到海上作业,特别是海上油气行业的主要驱动力。”他说。

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白矾
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(华东),油气井工程硕士,长期聚焦国内外石油行业前沿技术装备信息,具有数十万字技术文献翻译经验。

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