淺議薄膜型LNG船貨物操作模擬器的培訓(xùn)

吳士華 臺(tái) 磊

（1 上海海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院 上海 浦東 200120）

（2 大連海事大學(xué) 遼寧 大連 116026）

0 引言

伴隨著國(guó)家能源結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略調(diào)整，液化天然氣（簡(jiǎn)稱LNG）正得到越來(lái)越多的關(guān)注。近年來(lái)，與航運(yùn)業(yè)和港口業(yè)密切相關(guān)的 LNG項(xiàng)目接連上馬。舉例來(lái)說，在中海油布局的LNG產(chǎn)業(yè)鏈上，海上運(yùn)輸?shù)沫h(huán)節(jié)就由中遠(yuǎn)、招商局和英國(guó)石油BP合作完成，打造了中國(guó)的第一支 LNG船隊(duì)。與此同時(shí)，中海和商船三井 MOL正積極合作組建第二支 LNG船隊(duì)，承擔(dān)由中石化、中石油分別敲定的海上運(yùn)輸任務(wù)，相信不久在滬東中華船廠，將有多艘174 000 m3的薄膜型LNG船陸續(xù)下水。隨著接船工作的臨近，如何招募和培訓(xùn)大批合格勝任的LNG船員成為當(dāng)務(wù)之急。令人欣慰的是，國(guó)內(nèi)各大船員培訓(xùn)機(jī)構(gòu)正積極應(yīng)對(duì)。2013年初，上海海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院引進(jìn)了 KONGSBERG Maritime AS公司的NeptuneTM CHS LNG-M貨物操作模擬器，組織了師資培訓(xùn)，申報(bào)了培訓(xùn)項(xiàng)目開發(fā)的軟課題，取得了一定的進(jìn)展。

1 LNG-M模擬器概述

LNG-M是LNG-Membrane的縮寫，譯為薄膜型LNG船。LNG-M模擬器主要由 INSTRUCTOR、OPERATOR和 CARGO TANK CONTROL PANEL三個(gè)部分組成。通常教練機(jī) 1-4套、學(xué)員機(jī)10-100臺(tái)、貨艙操控臺(tái)1-10個(gè)。附屬設(shè)備有以太網(wǎng)服務(wù)器、故障報(bào)警記錄打印機(jī)、投影儀、空調(diào)、聲力電話等。

教練機(jī)負(fù)責(zé)新建或載入貨物操作練習(xí)情景，控制整套模擬器設(shè)備，有著廣泛的通信功能。譬如，鎖定學(xué)員機(jī)進(jìn)行臨時(shí)指導(dǎo)、在學(xué)員機(jī)的操作界面上安插故障等。學(xué)員機(jī)是模擬貨物操作的關(guān)鍵設(shè)備，可以設(shè)定不同的貨物操作狀態(tài)。譬如，航行中的揮發(fā)氣燃燒處理、靠泊后的裝卸貨操作、進(jìn)出塢前后的貨艙置換作業(yè)等。貨艙操控臺(tái)是模擬器的硬件設(shè)備，可以本地控制貨物系統(tǒng)的溫度、壓力、開度、流量等多個(gè)變量參數(shù)，通常選用1號(hào)貨艙（如圖-1）作為代表即可。

LNG-M模擬器是用 C語(yǔ)言開發(fā)的。教練機(jī)、學(xué)員機(jī)和貨艙操控臺(tái)在 Windows 2007操作系統(tǒng)下運(yùn)行，要求局域網(wǎng)服務(wù)器能同時(shí)處理多任務(wù)的人機(jī)互動(dòng)操作。整套模擬器內(nèi)置核心控制軟件NeptuneTM、通信軟件NiosTest、UltraVNC和四個(gè)功能模塊VLCC-DH、LPG、CC、LNG-M。

LNG-M模擬器可以用來(lái)培訓(xùn)初級(jí)人員進(jìn)行基本的裝卸貨操作，也可以培訓(xùn)高級(jí)人員進(jìn)行應(yīng)急操作和排除故障，還可以設(shè)定不同的任務(wù)模式、船舶初始狀態(tài)和貨物操作練習(xí)情景。

LNG-M模塊分為部分和全部任務(wù)模式。教練機(jī)可以載入任何模式進(jìn)行基本操作和高級(jí)操作，適用不同經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)背景和培訓(xùn)需求的學(xué)員。全部任務(wù)模式下，教練機(jī)通過 NiosTest軟件使貨艙操控臺(tái)與服務(wù)器相連，切換到本地控制。部分任務(wù)模式下，學(xué)員機(jī)可獨(dú)立或分組進(jìn)入不同的貨物操作練習(xí)情景，包括惰化、驅(qū)氣、冷卻、裝貨、卸貨、揮發(fā)氣處理、暖艙、通風(fēng)等。

值得注意的是，LNG船模擬器只對(duì)實(shí)船的部分貨物操作進(jìn)行模擬，不能包含不同船型和航線的所有貨物操作。所以對(duì)參加培訓(xùn)的學(xué)員來(lái)說，應(yīng)著重掌握和熟悉LNG船的貨物屬性、貨艙結(jié)構(gòu)、操作原理和系統(tǒng)設(shè)備等，而簡(jiǎn)單了解貨物操作的參數(shù)設(shè)置、積載計(jì)劃、故障報(bào)警記錄等即可。

2 實(shí)船貨物操作流程

要取得理論與實(shí)踐相結(jié)合的培訓(xùn)效果，通盤熟悉 LNG實(shí)船的貨物操作流程尤為必要。薄膜型貨艙是 Gaz Transport &Technigaz 公司的專利技術(shù)，其設(shè)計(jì)原理是：在航程有限的情況下，利用特殊的保溫結(jié)構(gòu)和耐低溫材料，維持較低的日蒸發(fā)率（約為每天 0.15%），實(shí)現(xiàn) LNG海上運(yùn)輸。新造 LNG船出塢后到下一次進(jìn)塢前，有關(guān)貨物系統(tǒng)的操作大致經(jīng)歷以下幾個(gè)階段（如圖-2）：

（一）船塢交船階段

主/次絕緣層要先后充入氮?dú)?，允許主絕緣層的壓力達(dá)到200mbar（相對(duì)壓力）；主絕緣層的壓力大于次絕緣層的壓力20～50mbar。隨后干燥貨艙，即將常溫帶水分的空氣，經(jīng)惰氣發(fā)生器降溫除濕產(chǎn)生干潔空氣，經(jīng)裝貨管線送入貨艙底部，由下至上慢慢排出濕空氣。再利用岸上供應(yīng)的液氮，經(jīng)貨物蒸發(fā)器，從貨艙頂部送入常溫氮?dú)猓缮现料侣龜D出干潔空氣，惰化后的貨艙要求常壓，且氧氣含量低于 2%（體積分?jǐn)?shù)），露點(diǎn)在-40℃以下。

（二）壓載待命階段

開航前，為保證航行安全和螺旋槳的推進(jìn)效率，需要一定的平吃水。所以要先使用積載計(jì)算機(jī)計(jì)算船體受力和穩(wěn)性，然后按壓載計(jì)劃進(jìn)行壓載操作，即啟動(dòng)壓載泵向指定的壓載水艙打入適量壓載水。接到航次命令前，LNG船還可能需要完成加裝燃油，配備伙食物料等工作，或處于壓載航行狀態(tài)。

（三）第一載貨階段

此階段最為重要，是充分檢驗(yàn)新船營(yíng)運(yùn)狀態(tài)的關(guān)鍵。按航次命令靠泊指定碼頭，船岸連接后測(cè)試應(yīng)急截止系統(tǒng)ESD。準(zhǔn)備驅(qū)氣操作，即由裝貨站或接收站提供一定數(shù)量的液貨，經(jīng)船上的貨物蒸發(fā)器，自上而下地將常溫氣貨送入貨艙，并吹掃貨物管系的各個(gè)角落，直至貨艙可燃?xì)夂窟_(dá)95%（體積分?jǐn)?shù)）以上，CO2含量低于 1%（體積分?jǐn)?shù)）。接著冷卻噴淋管線和貨艙，即慢慢調(diào)節(jié)噴嘴閥開度降低艙內(nèi)溫度至-130℃，同時(shí)利用低流量壓縮機(jī)控制艙內(nèi)壓力，將多余揮發(fā)氣送到機(jī)艙燒掉。冷卻貨艙結(jié)束，有時(shí)為航行至裝貨站，還需要預(yù)裝足夠的底貨，即在各艙艙底裝入較低液位的貨物，維持貨艙的低溫狀態(tài)。

第一載貨在裝貨站進(jìn)行，裝貨時(shí)多余的氣貨要通過高流量壓縮機(jī)送岸，補(bǔ)充岸罐壓力或排空燃燒。艙底產(chǎn)生液位時(shí)，由于熱脹冷縮效應(yīng)，需要密切監(jiān)控絕緣層的壓力，保證貨艙圍護(hù)系統(tǒng)完好。確認(rèn)污水井液位警報(bào)、可燃?xì)馓綔y(cè)、干隔艙防凍液循環(huán)加熱等系統(tǒng)均正常工作后，開始排壓載水操作。裝貨過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照裝貨計(jì)劃，監(jiān)控船體受力和檢查穩(wěn)性，控制平艙順序，且按壓載計(jì)劃調(diào)整吃水和浮態(tài)。完貨時(shí)確保平吃水，根據(jù)貨物檢量系統(tǒng)CTS準(zhǔn)確計(jì)算裝貨數(shù)量，并與浮子液位核對(duì)。

（四）載貨航行階段

裝載貨艙艙容的 98.5%，即為滿載。完貨后揮發(fā)氣可以經(jīng)燃?xì)饧訜崞?、低流量壓縮機(jī)送入機(jī)艙燒掉，控制貨艙壓力。航行期間要強(qiáng)制蒸發(fā)一定數(shù)量的液貨，滿足服務(wù)航速，即啟動(dòng)噴淋泵，經(jīng)強(qiáng)制蒸發(fā)器將揮發(fā)氣送入燃?xì)夤芫€。此外，還需啟動(dòng)測(cè)試液貨泵，即打開裝貨閥啟泵自循環(huán)，待出口閥壓力正常后停止，間隔5分鐘以上啟動(dòng)下一臺(tái)。

載貨航行時(shí)，需按保養(yǎng)計(jì)劃進(jìn)入壓載水艙，仔細(xì)檢查貨艙底部是否有滲漏，出現(xiàn)冷點(diǎn)要準(zhǔn)確記錄大小并持續(xù)監(jiān)控，必要時(shí)進(jìn)行海上棄貨操作，準(zhǔn)備塢修。如突遇某貨艙圍護(hù)系統(tǒng)失靈，為保護(hù)船體完好，在情況允許的條件下，必須棄貨，即吊裝棄貨噴管與歧管相連，啟動(dòng)液貨泵將泄漏貨艙的全部液貨排放入海，同時(shí)打開水幕閥保護(hù)船體，并進(jìn)行相應(yīng)的壓載操作。

（五）卸貨階段

到港前，需要冷卻液貨總管，即連通噴淋管線與液貨管線，慢慢注入少量液貨冷卻至-100℃，為卸貨做好準(zhǔn)備。卸貨前，船岸連接并測(cè)試應(yīng)急截止系統(tǒng)ESD。間隔啟動(dòng)液貨泵，檢查確認(rèn)一切正常后提高卸貨速率。

卸貨時(shí)，按卸貨計(jì)劃監(jiān)控船體受力和檢查穩(wěn)性，控制停泵順序，留足底貨，且按壓載計(jì)劃進(jìn)行壓載操作。卸貨減速時(shí)，保持一定的縱傾有利于掃艙，即先用后艙液貨泵帶出前艙殘余液貨的辦法，再啟動(dòng)掃艙泵（兼用作噴淋泵）送出最后貨艙底部的液貨。某貨艙的液貨泵發(fā)生故障時(shí)，只能吊裝應(yīng)急卸貨泵代替主液貨泵，但操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力且安全隱患較多，卸貨速率較慢。

（六）再裝貨階段

LNG船投入營(yíng)運(yùn)后，就進(jìn)入裝貨-卸貨的操作循環(huán)。在此期間，經(jīng)常性操作還包括壓載水置換，即在規(guī)定岸距和水深的海域，通過合理順序排空一部分壓載水，然后換成清潔海水壓載。置換壓載水是港口國(guó)為防止外來(lái)水生物入侵而采取的強(qiáng)制措施。

再裝貨抵港前，需要噴淋冷卻貨艙，即啟動(dòng)噴淋泵向噴淋管線注入液貨，經(jīng)各艙噴嘴噴出液霧，利用蒸發(fā)吸熱的原理冷卻貨艙至-130℃。再裝貨時(shí)，同時(shí)排壓載水等，不作贅述。

通常LNG船營(yíng)運(yùn)2.5年左右，需入塢檢修保養(yǎng)一次。

（七）進(jìn)塢準(zhǔn)備階段

常規(guī)或者緊急情況下可進(jìn)行塢修。進(jìn)塢前需要暖艙、IG惰化、通風(fēng)等。暖艙，是指卸貨后利用高流量壓縮機(jī)經(jīng)暖艙加熱器，將低溫氣貨升溫送回貨艙，從而提高貨艙和絕緣層的溫度至常溫。必要時(shí)，啟動(dòng)噴淋維持貨艙壓力，直至液空（貨艙內(nèi)無(wú)液貨）。接著啟動(dòng)惰氣發(fā)生器向貨艙底部送入惰氣IG，自下而上排出揮發(fā)氣送機(jī)艙燒掉，直至貨艙和貨物管線氣空（可燃?xì)夂繕O?。Ｈ缓?，利用惰氣發(fā)生器提供的干潔空氣吹掃，自上而下將貨艙和貨物管線內(nèi)的惰氣擠到大氣中。當(dāng)貨艙內(nèi)的氧氣含量達(dá)到18%（體積分?jǐn)?shù)）以上，進(jìn)行自然和機(jī)械通風(fēng)，準(zhǔn)備塢修。

（八）塢修階段

進(jìn)塢（干塢）后，需要用空氣吹掃絕緣層，即啟動(dòng)真空抽氣機(jī)將主/次絕緣層中的氮?dú)猓ㄓ兄舷⒆饔茫┏槌?，充入新鮮空氣。

通盤熟練掌握 LNG船的貨物操作流程，通常需要 6年或更長(zhǎng)的海上服務(wù)資歷，船員適任和安全管理的要求較高。LNG-M模擬器對(duì)以上各個(gè)階段的貨物操作都進(jìn)行了模擬，能夠讓學(xué)員在短期內(nèi)了解和熟悉，間接獲得需要多年海上服務(wù)資歷才會(huì)有的貨物操作經(jīng)驗(yàn)。

3 LNG-M模擬器的培訓(xùn)方案

國(guó)家海事局于 2011年頒布了《海船船員適任考試和發(fā)證規(guī)則》，對(duì)液化氣船培訓(xùn)做了新的規(guī)定。按照要求，LNG船員培訓(xùn)分為理論和實(shí)操兩個(gè)部分，其中實(shí)操部分“LNG船模擬器裝卸貨操作”共4學(xué)時(shí)。

組織有效的實(shí)操培訓(xùn)，除依賴先進(jìn)可靠的設(shè)備外，還需要經(jīng)驗(yàn)豐富的教練、理論聯(lián)系實(shí)際的培訓(xùn)方法。因此，制定簡(jiǎn)潔可行的培訓(xùn)方案十分重要。為保證最佳的培訓(xùn)效果，發(fā)揮模擬器培訓(xùn)的優(yōu)勢(shì)，培訓(xùn)內(nèi)容至少應(yīng)包括：LNG船裝卸貨系統(tǒng)的組成；LNG船裝卸貨設(shè)備（如液貨泵、貨物壓縮機(jī)、貨物蒸發(fā)器、LNG揮發(fā)氣處理裝置等）的主要功能和管理要點(diǎn)；LNG船裝卸貨作業(yè)（如貨艙置換、裝卸貨、應(yīng)急卸貨等）三大部分。經(jīng)初步研究，設(shè)計(jì)培訓(xùn)方案如下：

首先，根據(jù)培訓(xùn)內(nèi)容分配學(xué)時(shí)。熟悉模擬界面、學(xué)員機(jī)功能和快捷鍵、部分任務(wù)模式下單機(jī)練習(xí)，1學(xué)時(shí)；全部任務(wù)模式下分組練習(xí)，包括裝貨、卸貨、應(yīng)急卸貨、壓載水操作、揮發(fā)氣處理，1學(xué)時(shí)；教練機(jī)演示貨艙置換作業(yè)，包括干艙、N2惰化、驅(qū)氣、暖艙、IG惰化、除氣、通風(fēng)，1學(xué)時(shí)；通盤熟練貨物操作并處理故障報(bào)警，1學(xué)時(shí)。

其次，參考實(shí)船貨物控制室布置LNG-M模擬器教室。譬如，貨艙和貨物管系布置圖、貨物操作流程圖、貨艙結(jié)構(gòu)模型、貨物操作手冊(cè)、大副常規(guī)命令、裝卸貨計(jì)劃、壓載計(jì)劃、設(shè)備操作步驟和參數(shù)設(shè)置手冊(cè)、故障報(bào)警指南等。

再次，編寫實(shí)操指導(dǎo)書、培訓(xùn)手冊(cè)、評(píng)估練習(xí)題和其他輔助文件，譬如，標(biāo)準(zhǔn)稱謂講解卡、模擬界面說明、教練機(jī)操作指南、常用功能快捷鍵標(biāo)簽、經(jīng)常性貨物操作步驟、應(yīng)急操作預(yù)案等。

最后，師資方面可以嘗試跨專業(yè)的校企合作模式，集合航運(yùn)企業(yè)的管理人員、培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的專業(yè)教師及資歷較深的LNG船員，組成一支熟悉貨物操作、精通模擬器軟件和擅長(zhǎng)實(shí)操培訓(xùn)的專業(yè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)。

4 LNG-M模擬器的實(shí)操評(píng)估

2012年《海船船員培訓(xùn)合格證評(píng)估大綱和規(guī)范》科目“T05.液化氣船貨物操作高級(jí)培訓(xùn)評(píng)估大綱和規(guī)范”對(duì)“LNG船模擬器裝卸貨操作”的評(píng)估，采用問答和實(shí)際演練的形式。

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LNG船裝卸貨主要設(shè)備的功能和管理要點(diǎn)液貨泵貨物壓縮機(jī)貨物蒸發(fā)器LNG揮發(fā)氣處理裝置回答準(zhǔn)確30分基本準(zhǔn)確20分不準(zhǔn)確0-10分0-30分LNG船裝卸貨作業(yè)的操作程序貨艙置換裝卸貨應(yīng)急卸貨程序正確，操作熟練，滿足各項(xiàng)要點(diǎn)60分程序正確，操作熟練，要點(diǎn)有欠缺40分程序正確，操作不熟練，要點(diǎn)有欠缺20分程序不正確，操作不熟練，要點(diǎn)有欠缺0-10分0-60分

評(píng)估成績(jī)滿分100分，總分60分及以上合格，否則不合格。

5 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)內(nèi)各大船員培訓(xùn)機(jī)構(gòu)中，LNG-M貨物操作模擬器占有較大比例，具有代表性，且能夠滿足 STCW公約的相關(guān)要求，因此有必要深入探討 LNG-M模擬器的實(shí)操培訓(xùn)。LNG模擬器培訓(xùn)的市場(chǎng)前景非常廣闊，是船員特殊培訓(xùn)中的新領(lǐng)域。各大船員培訓(xùn)機(jī)構(gòu)積極準(zhǔn)備的過程中，由于采用不同的培訓(xùn)方案，勢(shì)必對(duì)培訓(xùn)效果造成影響。雖然LNG模擬器培訓(xùn)的文章已見諸雜志期刊，但在沒有出臺(tái)統(tǒng)一的評(píng)估指南前，充分醞釀高標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)操指導(dǎo)書、培訓(xùn)手冊(cè)和評(píng)估練習(xí)題，十分有利于提升的實(shí)操培訓(xùn)水平。另外，積極開展LNG模擬器培訓(xùn)的研究與實(shí)踐，推動(dòng)制定統(tǒng)一的評(píng)估指南，能為滿足現(xiàn)在和將來(lái)LNG船員培訓(xùn)的巨大需求、進(jìn)軍LNG高端培訓(xùn)領(lǐng)域及建立良好的培訓(xùn)秩序打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]郝紅乾.《LNG液貨操作模擬器培訓(xùn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)》「D」.大連海事大學(xué)碩士論文.2012年

[2]何慶華等.《LNG船貨物操作模擬器在船員培訓(xùn)中的應(yīng)用》「J」.航海教育研究，2012年第4期

[3]KONGSBERG Maritime AS.NeptuneTM CHS LNG-M User Manual.2012

[4]中國(guó)海事服務(wù)中心.《液化氣船貨物操作（高級(jí)培訓(xùn)適用）》「M」.大連：大連海事大學(xué)出版社.2012年

[5]中國(guó)海事服務(wù)中心.《液化氣船貨物操作（基本培訓(xùn)適用）》「M」.大連：大連海事大學(xué)出版社.2012年