淺析大型LNG接收站船岸連接系統(tǒng)

中海石油氣電集團(tuán)有限責(zé)任公司 王 飛

一、引言

自1987年國(guó)際氣體船運(yùn)營(yíng)者協(xié)會(huì)（SIGTTO）提出液化天然氣貨物輸送船岸連接緊急切斷建議后，船岸連接系統(tǒng)（SSL，Ship Shore Link System）目前已被廣泛應(yīng)用。根據(jù)SIGTTO的要求，液化天然氣（LNG，Liquefied Nature Gas）船舶及接收站需裝配船岸連接系統(tǒng)。LNG在接卸時(shí)為低溫易燃，當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)，船岸兩側(cè)閥門需同時(shí)動(dòng)作避免損壞卸料臂和降低低溫LNG溢出風(fēng)險(xiǎn)。船岸連接系統(tǒng)主要功能保證船岸兩側(cè)安全系統(tǒng)同時(shí)觸發(fā)閥門緊急切斷（ESD，Emergency Shut Down）。船岸連接系統(tǒng)起初僅具有ESD功能，當(dāng)前已可支持語(yǔ)音通信和數(shù)據(jù)傳輸功能。發(fā)展至今，船岸連接系統(tǒng)已被高度集成，并同時(shí)具有多種連接方式，主要有三種方式：光纜連接，電纜連接，氣動(dòng)連接。

三種連接方式，正常操作時(shí)只能連接其中的一種，且整個(gè)操作過(guò)程中應(yīng)保持連接。光纜連接方式可提供三路電話語(yǔ)音通信和一路數(shù)據(jù)傳輸，以及船-岸和岸-船的ESD信號(hào)傳輸；電纜連接方式通常作為備用系統(tǒng)，提供以上通信功能外還具有一些附屬功能，連接接頭為PYLE 37孔接頭；氣動(dòng)連接方式僅提供船-岸和岸-船的ESD信號(hào)傳輸功能，無(wú)法實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音及數(shù)據(jù)通信，一般作為不得已的備用。

目前，LNG接收站都裝配一種或兩種以上的連接，光纖連接方式最為常用，而LNG船舶上配備的連接方式更多以便于其能到世界各地接收站裝卸貨。

二、SSL集成系統(tǒng)

1.系統(tǒng)組成

鑒于船岸之間ESD系統(tǒng)在LNG接卸時(shí)必需通過(guò)硬線連接，為提高SSL系統(tǒng)的可用性，通常一座LNG接收站的船岸連接系統(tǒng)需配置兩種或兩種以上的連接方式。系統(tǒng)制造廠家通常會(huì)將光纜連接、電纜連接、甚至氣動(dòng)連接方式綜合集成在一起，形成一個(gè)完整的船岸連接集成系統(tǒng)。一個(gè)完整的船岸連接集成系統(tǒng)包括系統(tǒng)機(jī)柜、固定電纜（光纜、電纜）、臍帶電纜、氣源管、卷盤、連接接頭、其他輔助設(shè)備等組成。

2.系統(tǒng)模塊

系統(tǒng)機(jī)柜安裝于碼頭控制室，內(nèi)部主要安裝了以下模塊：四路全雙工電話接口模塊，全雙工ESD接口模塊，光電轉(zhuǎn)化接口模塊，冗余電源模塊，報(bào)警、操作等其他輔助模塊。

由于電纜和氣動(dòng)連接方式可實(shí)現(xiàn)船岸兩側(cè)的直接連接，無(wú)需利用功能模塊進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)的主要模塊是為了實(shí)現(xiàn)光纜連接時(shí)的光電轉(zhuǎn)換以及調(diào)頻信號(hào)的調(diào)制解調(diào)。

（1）TEL IF模塊

TEL IF模塊采用兩線制全雙工語(yǔ)音雙邊帶載波調(diào)制解調(diào)的頻分復(fù)用方式傳輸三路電話語(yǔ)音和一路數(shù)據(jù)，四路信道的載波頻率（見表1），語(yǔ)音帶寬為0.3kHz～3.4kHz。該模塊的主要功能就是將兩芯光纜模擬成四路兩線制語(yǔ)音電話線，電話語(yǔ)音直接通過(guò)該電話線進(jìn)行傳輸，而要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)數(shù)據(jù)終端之間的數(shù)據(jù)傳輸，則還需要給數(shù)據(jù)終端另外配置調(diào)制解調(diào)器。

表1 載波頻率分配（單位：kHz）

（2）ESD模塊

ESD模塊采用移頻鍵控的調(diào)制解調(diào)方式提供正常安全模式和正常ESD模式的故障安全型信號(hào)，該信號(hào)為無(wú)源觸點(diǎn)信號(hào)（DC 24V/AC230V，3A）。正常安全模式收發(fā)頻率為10kHz，正常ESD模式收發(fā)頻率為5kHz，其他頻率則為異常信號(hào)（見表2）。該模塊利用兩芯光纜分別實(shí)現(xiàn)船到岸以及岸到船的ESD信號(hào)傳輸。

表2 ESD模塊信號(hào)開關(guān)狀態(tài)

（3）電源模塊

電源模塊為雙冗余不間斷電源，能夠提供多路獨(dú)立的110V～220V的交流電源和24V直流電源，供給不同連接系統(tǒng)及公共系統(tǒng)，在任何一個(gè)系統(tǒng)故障時(shí)都不會(huì)影響到其他系統(tǒng)的正常供電。

3.碼頭組件

碼頭組件主要包括電纜、光纜和氣源軟管卷盤，以及臍帶電纜、電纜和氣源軟管。卷盤一側(cè)連接碼頭控制內(nèi)的系統(tǒng)機(jī)柜，另一側(cè)利用臍帶電纜、光纜及軟管通過(guò)特定的接頭與船進(jìn)行連接。以光纜方式為例，臍帶光纜長(zhǎng)度一般為50米，為柔性鎧裝光纜，與船連接時(shí)可保持松弛以保證不受潮汐、壓載、卸貨等操作影響，同時(shí)也可防船上重物對(duì)光纜的損壞。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)卷盤手柄可以將放出去的光纜收回到轉(zhuǎn)盤內(nèi)，卷盤采用ERP或者316不銹鋼保護(hù)蓋保護(hù)。

三、光纜連接方式

光纜連接方式主要通過(guò)TEL IF模塊和ESD模塊實(shí)現(xiàn)支持三路電話語(yǔ)音通信和一路數(shù)據(jù)傳輸，以及船岸之間的ESD信號(hào)通訊。臍帶光纜末端為6路光纜接頭，各芯光纜功能分配如表3。

表3 連接光纜分配表

臍帶光纜兩端接頭兼容于Sea Technik公司以及Furukawa公司的光纜接頭，適用于海邊。該接頭主要材質(zhì)為青銅，安裝有橡膠帽防止摔落損壞。

四、電纜連接方式

電纜連接方式無(wú)需通過(guò)特定的功能模塊進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，可直接與船連接傳輸有關(guān)信號(hào)，主要用于電話語(yǔ)音、數(shù)據(jù)以及ESD信號(hào)傳輸。一般情況下，作為光纜連接方式的備用。由于在危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)使用，需要進(jìn)行防爆認(rèn)證。在緊急脫離時(shí)，為確保安全，除電話電路外，其他所有電路防爆等級(jí)必須為本安型。由于電話電路無(wú)法通過(guò)本安認(rèn)證的，其需要通過(guò)本安型繼電器進(jìn)行隔離。該方式采用的電纜為19對(duì)儀表通信鎧裝總屏分屏電纜，線徑為0.75mm。

SIGTTO對(duì)各對(duì)雙絞線功能給出了建議，見表4。

表4 19對(duì)電纜功能表

11備用29 24V 35mA用于船到岸的測(cè)試回路12 30 13岸到船ESD信號(hào)31 MLM數(shù)據(jù)連接（RS232，31為地線，32為接收線）14 32 15船到岸ESD信號(hào)33 MLM數(shù)據(jù)連接（RS232，33為發(fā)送線，34無(wú)連接）16 34 17船上連接完整性檢查35 24V 35mA用于岸到船測(cè)試回路18 36 37備用

臍帶電纜兩端配有37孔PYLE型接頭，與LNG船上對(duì)應(yīng)的接頭相連。

五、氣動(dòng)連接系統(tǒng)

氣動(dòng)連接系統(tǒng)由壓力開關(guān)、指示器、電磁閥、臍帶軟管等組成，僅用于ESD信號(hào)傳輸，作為光纜和電纜連接系統(tǒng)失效后的備用。軟管用于連接岸上系統(tǒng)和船上系統(tǒng)。船側(cè)ESD系統(tǒng)減壓觸發(fā)一個(gè)船到岸的ESD信號(hào)。岸側(cè)ESD系統(tǒng)通過(guò)岸上的電磁閥來(lái)泄氣觸發(fā)岸到船的ESD信號(hào)。臍帶軟管破裂時(shí)也會(huì)引起（在逃離或者低溫泄漏時(shí)）ESD信號(hào)。通常氣源壓力為6bar～10bar，ESD信號(hào)觸發(fā)壓力設(shè)定值為2.7bar以下，反應(yīng)速度應(yīng)小于1s。

臍帶氣源軟管兩端配有快速連接公接頭，LNG船一側(cè)則配有對(duì)應(yīng)的快速連接母接頭。

六、問題與建議及選擇連接方式

1.選擇連接方式

SSL集成系統(tǒng)具有多種連接方式，在連接之前通常需要選擇一種方式進(jìn)行連接，系統(tǒng)機(jī)柜面板上裝有選擇開關(guān)，船岸兩側(cè)應(yīng)選擇相同的連接方式。為安全起見，通常會(huì)在正式連接使用之前對(duì)兩種連接方式進(jìn)行測(cè)試，以確定兩種連接方式都可用，最終只選擇其中的一種方式，另外一種方式作為備用。

2.問題與建議

SSL集成系統(tǒng)能夠完全滿足ESD信號(hào)傳輸和語(yǔ)音通信需要，但在數(shù)據(jù)傳輸即纜繩張力數(shù)據(jù)傳輸方面仍存在一些不足。纜繩張力數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，光纜連接和電纜連接時(shí)傳輸方式不一樣，光纜連接時(shí)通過(guò)MODEM撥號(hào)方式建立船岸之間的數(shù)據(jù)傳輸通道，電纜連接時(shí)則需通過(guò)串行數(shù)據(jù)傳輸方式。這樣使得纜繩張力系統(tǒng)需配置兩種通信方式，并需要根據(jù)情況進(jìn)行配置切換。為避免此種情況，建議SIGTTO將19對(duì)電纜中的一對(duì)備用雙絞線定義為纜繩張力數(shù)據(jù)通信電話線，這樣纜繩張力監(jiān)控系統(tǒng)就可以在光纜和電纜連接時(shí)都采用MODEM撥號(hào)方式實(shí)現(xiàn)纜繩張力數(shù)據(jù)的傳輸，而且SSL集成系統(tǒng)制造廠家可進(jìn)一步將MODEM集成在系統(tǒng)內(nèi)。同理，建議SSL系統(tǒng)廠家將熱線電話模塊集成在系統(tǒng)內(nèi)，用戶只需利用普通電話機(jī)接入即可，這樣可方便用戶根據(jù)需要將普通電話定義為與LNG船通信的熱線電話而無(wú)需再購(gòu)置專業(yè)的熱線電話機(jī)。

SSL系統(tǒng)提供了船岸之間的通信通道，但對(duì)于纜繩張力數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，由于船岸纜繩張力監(jiān)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家的不同，往往導(dǎo)致系統(tǒng)間的纜繩張力數(shù)據(jù)無(wú)法直接顯示在LNG船的控制室，而需要接收站配置一臺(tái)手持式纜繩張力監(jiān)控電腦。LNG船靠泊后，操作人員需要將該電腦帶到LNG船控制室，用來(lái)顯示纜繩張力情況。此類問題主要是各家纜繩張力監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸和解析方式不一致造成的。建議統(tǒng)一纜繩張力數(shù)據(jù)的傳輸格式，數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)可根據(jù)傳輸格式進(jìn)行數(shù)據(jù)的解析。根據(jù)LNG碼頭纜繩張力監(jiān)控配置情況，可定義數(shù)據(jù)傳輸格式，舉例來(lái)說(shuō)。

表5 纜繩張力數(shù)據(jù)格式

LNG碼頭的纜繩張力系統(tǒng)按表5數(shù)據(jù)格式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而LNG船上的纜繩張力監(jiān)控系統(tǒng)只需根據(jù)該數(shù)據(jù)格式進(jìn)行解析即可獲得每個(gè)系纜鉤的張力數(shù)據(jù)。

七、結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)內(nèi)多座LNG接收站的建成，LNG接卸量的逐年攀升，世界各地的大型LNG船舶也將不斷造訪國(guó)內(nèi)各個(gè)LNG接收站，保障LNG接卸時(shí)安全，船岸連接系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用。雖然該系統(tǒng)尚未國(guó)產(chǎn)化，但工程技術(shù)人員仍需要加深對(duì)船岸連接系統(tǒng)的研究，使其日臻完善，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性、可靠性和便利性。

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