槽車對LNG動力船燃料罐首次加注方案

劉騰龍,陶 洋，劉建朔

(上海新奧新能源技術(shù)有限公司 ，河北 廊坊 065001)

槽車對LNG動力船燃料罐首次加注方案

劉騰龍,陶 洋，劉建朔

(上海新奧新能源技術(shù)有限公司 ，河北 廊坊 065001)

LNG動力船的燃料罐和燃料系統(tǒng)是該類船舶動力系統(tǒng)的重要組成部分，LNG系統(tǒng)的安全性關(guān)乎本船的命運，燃料罐的首次預(yù)冷成功與否尤為關(guān)鍵，為此，文章介紹槽車對船用LNG燃料罐首次加注方案、加注流程等，為LNG動力船舶首次加注提供參考。

LNG動力船舶；燃料罐；加注

針對綠色航運能源發(fā)展趨勢，全球已經(jīng)將視角投向多種能源研究，尤其是LNG(液化天然氣)。雖然，近幾年LNG作為船舶燃料帶來的經(jīng)濟效益存在著不確定性，但其在減少二氧化碳、氮氧化物、顆粒物等的排放方面發(fā)揮的作用是不可置疑的[1]。 LNG動力船加注方式細分為6種：船—船加注方式(Ship to Ship,簡稱STS)；海上浮式設(shè)施—船(Offshore unit to ship)；槽車—船加注方式(Truck to ship,簡稱為TTS)；岸—船加注方式(Terminal to ship)；躉船—船(Pontoon to ship)；整體換罐(Mobile tank)[2-5],其中槽車—船加注方式目前應(yīng)用最為廣泛。

1 LNG動力船首次加注流程

LNG動力船首次加注LNG，需要對LNG燃料罐、系統(tǒng)進行干燥、預(yù)冷、置換、充裝，以及管路吹掃和惰化。干燥是指將系統(tǒng)中的水蒸氣排出，防止殘留的水分在系統(tǒng)中結(jié)冰，堵塞管路；惰化是指采用惰性氣體將燃料罐及管系中的干燥空氣排出，從而降低燃料罐內(nèi)的氧氣濃度。此外，當采用氮氣對燃料罐進行干燥時，可視為惰化處理的一部分，即干燥和惰化同時進行。惰化完成進行預(yù)冷操作，預(yù)冷有2種方式：采用氮氣預(yù)冷和采用天然氣預(yù)冷，將燃料罐平均溫度降到-130 ℃或者更低。采用低溫氮氣預(yù)冷時，還將進行置換操作，即將預(yù)冷完成后燃料罐內(nèi)的氮氣由天然氣驅(qū)除，之后方可進行LNG加注。加注完成后需對加注管路進行吹掃和惰化，將管路內(nèi)殘存的LNG液體驅(qū)趕至燃料罐內(nèi)，隨后進行氮氣惰化，即可完成首次船舶加注。

2 首次加注詳細流程

2.1 LNG動力船燃料罐干燥和惰化

采用氮氣對燃料罐進行干燥時，干燥可視為惰化的一部分。氮氣對燃料罐進行惰化，可采用2種方法：高溫氮氣活塞效應(yīng)惰化法、低溫氮氣活塞效應(yīng)惰化法[6]。通過實際操作，證明采用低溫氮氣活塞效應(yīng)惰化法效果較好，該方法是指將低溫的氮氣(密度比燃料罐內(nèi)氣體密度大)由燃料罐下進液進入燃料罐底部，燃料罐內(nèi)的氣體由燃料罐氣相管排出，此過程持續(xù)進行，通過檢測排出口氣體，將燃料罐內(nèi)氧氣濃度和露點溫度降到符合要求為止，惰化管路連接原理如圖1所示。

圖1 燃料罐惰化原理圖

2.2 LNG動力船燃料罐預(yù)冷

對于不同的LNG系統(tǒng)，通常采用液氮預(yù)冷的方式，還可采用LNG進行預(yù)冷，但需考慮預(yù)冷后產(chǎn)生低溫氣體的處理方式。對于管路能夠承受最低溫度-196 ℃的系統(tǒng)，可以采用液氮噴淋預(yù)冷方法，管路連接如圖2所示，即直接利用液氮通入加注管路，液氮由燃料罐上噴淋管路噴入燃料罐，從而汽化實現(xiàn)對燃料罐的預(yù)冷，預(yù)冷后產(chǎn)生的低溫氣體由氣相管或放散管排出；對于管路承受溫度不低于-165 ℃的系統(tǒng)，采用低溫氮氣預(yù)冷法，即液氮經(jīng)過汽化后由燃料罐頂部進液管或底部進液管進入，控制進氣溫度，防止液態(tài)氮氣進入，管路連接如圖3所示。在預(yù)冷過程中需控制進液/進氣的流量，通過觀察燃料罐預(yù)冷速度，控制冷卻的速度在8～12 ℃/h，不超過15 ℃/h，當燃料罐溫度降到-130 ℃以下時，預(yù)冷結(jié)束。

圖2 液氮噴淋預(yù)冷法原理圖

圖3 低溫氮氣預(yù)冷法原理圖

2.3 LNG動力船燃料罐置換

燃料罐預(yù)冷完成后需將內(nèi)部氮氣排出，置換的原理與惰化的原理相同，同樣采用活塞效應(yīng)法，由于天然氣密度比氮氣密度小，將氣態(tài)天然氣由燃料罐頂部充入，活塞效應(yīng)將燃料罐內(nèi)氮氣推向底部，由底部出口排出，置換原理如圖4所示。當在排出口處檢查到甲烷≥98%時，即完成燃料罐置換。

圖4 燃料罐置換原理圖

2.4 多槽車對LNG動力船加注

采用多槽車同時對船加注方式[7]，采用壓差進液方法，將若干槽車加注管路并聯(lián)后連接到船舶LNG燃料罐加注管，提高加注效率，大量縮短加注時間。在加注管上設(shè)置拉斷閥，當緊急事件發(fā)生時，通過拉斷閥能夠?qū)崿F(xiàn)槽車與船舶快速脫離，拉斷閥兩端自動封閉的功能，保證了加注過程中的安全性。加注管路連接如圖5所示，圖中以2輛槽車對船加注為例。

圖5 加注管路連接圖

管路連接完成后，需要進行如下步驟。

1)確保管路連接正確，對管路進行試壓、惰化、置換操作。

2)對槽車燃料罐進行增壓，依次打開槽車增壓液相管氣動閥、手動閥，槽車氣相手動閥、氣相根部氣動閥，觀察槽車的壓力，確保槽車罐內(nèi)壓力比船罐內(nèi)壓力高，從而實現(xiàn)壓差卸車，過程中注意槽車壓力，防止安全閥起跳。

3)槽車增到一定壓力后，依次開啟槽車出液根部氣動閥、手動閥，加注管手動閥、船罐進液閥，開始進液。

4)待槽車卸液完成后，依次關(guān)閉槽車增壓液相管氣動閥、手動閥，槽車氣相手動閥、氣相根部氣動閥，以及打開相應(yīng)放散閥。

5)槽車液體卸凈后，依次關(guān)閉出液根部氣動閥、槽車出液根部手動閥、加注管路進液手動閥，以及開啟相應(yīng)放散閥，防止出現(xiàn)管路憋壓情況。

6)將加注管路內(nèi)的LNG或NG(氣態(tài)天然氣)吹掃至船罐中。

7) 完成吹掃后，拆卸軟管，槽車離開，進行下一批槽車加注，重復(fù)上述步驟。

8) 待所有槽車加注完成后，吹掃加注管路，對管路進行惰化處理，拆卸管路，完成加注操作。

2.5 加注完成操作后管路吹掃及惰化

LNG 燃料充裝結(jié)束后，需將充裝管路內(nèi)殘留的液體驅(qū)趕至LNG 燃料罐內(nèi)或者回流至槽車內(nèi)?？刹捎靡韵? 種方式，將管路中的氣體驅(qū)趕至槽車燃料罐內(nèi)，或者船上的LNG燃料罐內(nèi)。①利用槽車燃料罐中的壓力或岸上氮氣的壓力，將充裝管路中的液體驅(qū)趕至船上的 LNG燃料罐內(nèi)；② 利用船上提供的氮氣壓力，將管路中的液體驅(qū)趕至槽車燃料罐內(nèi)。

3 加注前安全檢查及注意事項

1)檢查船舶靠泊狀況、纜繩拴緊和錨機等安全設(shè)備的狀態(tài)。

2)檢查加氣軟管外表面，加氣設(shè)備儀器儀表顯示參數(shù)等。

3)檢查船舶燃料罐、管路、接頭、閥門、可燃氣體報警器。

4)設(shè)立“正在充裝 請勿靠近”的警示牌。

5)要求停止一切與加氣無關(guān)的用電操作，無關(guān)人員必須處于安全區(qū)域。

6)船上杜絕動火作業(yè)等。

3.1 加注前槽車檢查

1)認真檢查裝卸車現(xiàn)場，確認附近沒有明火，尾氣排氣管應(yīng)裝有消火器。

2)檢查車輛的手剎、排氣管防火罩等設(shè)施是否完好，審核車輛、駕駛員等的有效證件是否齊備；出具的液體質(zhì)量保證書是否符合質(zhì)量要求。

3)檢查燃料罐及槽車的溫度、壓力、液位是否在正常值內(nèi)，一次儀表和二次儀表讀數(shù)是否一致，并根據(jù)液位顯示測算進液數(shù)量；同時檢查槽車有無漏氣。

4)檢查管路、閥門連接是否良好，各接頭是否有松動。檢查氣、液相軟管是否完好及截止閥是否關(guān)閉，接地線接地是否良好。

5)督促槽車駕駛員、押運員關(guān)閉通訊工具、存放火種。

6)操作人員在LNG 槽車首尾各1人指揮引導(dǎo)槽車進入卸車區(qū)。

3.2 主要注意事項

1)操作人員在操作時必須配戴防靜電工作服、防凍手套、防護面罩等。

2)槽車靠近碼頭時，車速不得超過5 km/h，停好后需熄火、拉起手剎，上交車鑰匙，并在車輪前后放好三角墊木[8]。

3)加注現(xiàn)場還需準備低溫防護服、消防隔熱服、正壓呼吸器。

4) 觀察好現(xiàn)場風(fēng)向，人員避免站在下風(fēng)側(cè)。

5)操作人員在進入加注現(xiàn)場時，需上交手機、充電寶等電子設(shè)備，以及打火機。

6)需制定應(yīng)急搶險預(yù)案，以及在加注前需進行現(xiàn)場演練，以便應(yīng)對緊急情況的發(fā)生。

4 結(jié)束語

通過對LNG動力船燃料罐的惰化、預(yù)冷、加注研究，以及經(jīng)過實際操作驗證，筆者認為該方案可以為大多數(shù)LNG動力船燃料罐的首次加注提供有力參考。但基于多數(shù)船舶的LNG系統(tǒng)設(shè)計不同，在首次加注前，還需參考系統(tǒng)設(shè)計圖，進行詳細方案的制定。

[1] 于柏楓.淺析LNG動力船舶的發(fā)展[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014(33)：63.

[2] 徐建勇，范洪軍，吳順平，等．LNG燃料的船對船(STS)加注技術(shù)研究[J].船舶工程，2015(1)：7-10.

[3] 趙亞彬，秦冬冬，韓星，等.內(nèi)河LNG動力船加注方案研究[J].當代化工，2015,44(12):2876-2878.

[4] 石兵. 關(guān)于內(nèi)河船用LNG 加注站建設(shè)的思考[J].中國海事，2013 (6):38-40.

[5]羅東曉. 移動式LNG 加注技術(shù) [J]. 化工學(xué)報，2009 (12): 106-109.

[6]孟勇．淺析全容式LNG燃料罐干燥置換技術(shù)[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2014，35(3):14-16.

[7]劉騰龍，王宏成，田堃，等.一種多槽車對船的并聯(lián)加注裝置： 201520776141.2[P].2016-03-23.

[8]李岳洋，管義鋒，周群，等．槽罐車對LNG雙燃料動力船充裝操作方法[J].江蘇船舶，2014，31(1):19-21.

With the Global Emission Control zone(ECA)continuing expanded,LNG，a clean energy,is much more favored of ship owners to further application of the ship.LNG fuel tank and fuel system of the LNG power ship are important parts of the class of the marine power system,which is related to the fate of the ship,especially for single fuel LNG ships.Success on the first pre-cooling for LNG fuel tanks is particularly critical,for debails on the program and process of the first filling of LNG fuel tank witll provide reference,such as ensuring the safety,completing the filling smoothly and rapidly,and the follow-up pre-cooling.

LNG power ship;tank;bunker

劉騰龍(1978-)，男，江蘇徐州人，工程師，大學(xué)本科，主要從事船舶建造、LNG動力船研究工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2017.02.005

2016-10-11