LNG船的船岸（船船）連接系統(tǒng)

CCS武漢規(guī)范研究所 苑海超 石國(guó)政 范洪軍

為預(yù)防和控制LNG接收站的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，國(guó)際有關(guān)公約、標(biāo)準(zhǔn)以及國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)和中國(guó)船級(jí)社規(guī)范，都要求LNG船（LNG運(yùn)輸船、LNG加注船以及LNG燃料動(dòng)力船等）配備合適的船岸（船船）連接系統(tǒng)，以保證船岸和船船作業(yè)的安全。

公約規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定

在1987年，國(guó)際氣體運(yùn)營(yíng)者協(xié)會(huì)（SIGTTO）發(fā)布了《液化氣體貨物傳輸船岸連接緊急切斷的建議和指南》。在該指南中SIGTTO首次建議液化氣體船舶在貨物輸送時(shí)采用船岸連接的方式進(jìn)行緊急切斷，此后，船岸連接系統(tǒng)（SSL）被廣泛應(yīng)用。根據(jù)SIGTTO的要求，液化天然氣（LNG）船舶及接收站需裝配船岸連接系統(tǒng)。

國(guó)際海事組織（IMO）《國(guó)際散裝運(yùn)輸液化氣船舶構(gòu)造與設(shè)備規(guī)則》（IGC規(guī)則）要求，液化氣體船舶緊急切斷（ESD）系統(tǒng)按照公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包含船岸連接；其中公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)指向了ISO 28460:2010石油和天然氣工業(yè)-液化天然氣用設(shè)備和設(shè)施-自船至岸上的分界面和港口作業(yè)。在該標(biāo)準(zhǔn)中要求當(dāng)LNG船舶停泊在LNG終端碼頭時(shí)，需要通過(guò)船岸連接系統(tǒng)，在船岸之間傳輸數(shù)據(jù)、ESD和ERS信號(hào)以及語(yǔ)音通信信號(hào)。

IMO《國(guó)際船舶使用燃?xì)饣蚱渌烷W點(diǎn)燃料安全規(guī)則》（IGF規(guī)則）和中國(guó)船級(jí)社（CCS）《天然氣燃料動(dòng)力船舶規(guī)范》（2017年1月1日生效）要求，天然氣燃料動(dòng)力船舶應(yīng)設(shè)置一套船岸通訊線路（SSL）或等效設(shè)施，用于與加注方進(jìn)行自動(dòng)和手動(dòng)的ESD通訊。

對(duì)于LNG加注船來(lái)說(shuō)，在具備為L(zhǎng)NG燃料動(dòng)力船提供加注服務(wù)的功能的同時(shí)，通常還應(yīng)能靠岸補(bǔ)給，在CCS《液化天然氣燃料加注船舶規(guī)范》（2015年12月1日生效）中規(guī)定了LNG加注船的船船和船岸連接要求。

在CCS《液化天然氣浮式儲(chǔ)存和再氣化裝置構(gòu)造與設(shè)備規(guī)范》中要求浮式裝置（FSRU）應(yīng)設(shè)置多方通訊線路或等效設(shè)施，用于FSRU與LNG運(yùn)輸船/岸方進(jìn)行自動(dòng)和手動(dòng)ESD通信。這就要求FSRU上必須設(shè)置船岸（船船）連接系統(tǒng)，但由于FSRU存在船岸和船船三方同時(shí)作業(yè)的工況，因此要求該連接系統(tǒng)應(yīng)具備FSRU與LNG運(yùn)輸船/岸方同時(shí)進(jìn)行三方連接和應(yīng)急切斷的功能。而這需要依靠船岸（船船）連接系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。船岸（船船）連接系統(tǒng)是通過(guò)特定連接方式使LNG船與岸站或船與船之間具備應(yīng)急切斷、通訊和數(shù)據(jù)傳輸功能的特設(shè)系統(tǒng)，是船岸連接系統(tǒng)的衍生。

在我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 24963-2010液化天然氣設(shè)備與安裝船岸界面（該標(biāo)準(zhǔn)由EN 1532:1997轉(zhuǎn)化而來(lái)）中，要求LNG船與岸之間應(yīng)提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?。LNG船在碼頭靠泊之后，緊急切斷信息應(yīng)通過(guò)一條硬線數(shù)據(jù)鏈傳輸系統(tǒng)。

LNG船的船岸連接系統(tǒng)

船岸連接系統(tǒng)（SSL）是LNG船舶?？吭贚NG終端碼頭進(jìn)行LNG裝卸貨作業(yè)時(shí)，為了保證其安全和船岸通訊而特別研發(fā)的一種連接系統(tǒng)。LNG為低溫貨物（-165℃），在裝卸作業(yè)時(shí)一旦出現(xiàn)泄漏，將會(huì)帶來(lái)較大風(fēng)險(xiǎn)，因此在出現(xiàn)泄漏或緊急情況時(shí)，船岸兩側(cè)閥門需同時(shí)動(dòng)作以避免損壞裝卸臂和降低低溫LNG溢出風(fēng)險(xiǎn)。S SL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。SSL系統(tǒng)起初僅具有應(yīng)急切斷（ESD）功能，當(dāng)前已可支持語(yǔ)音通信和數(shù)據(jù)傳輸功能，其最主要的意義在于當(dāng)LNG船在裝卸作業(yè)時(shí)，如果任何一方出現(xiàn)意外情況，可通過(guò)該系統(tǒng)觸發(fā)應(yīng)ESD（Emergency Shut Down）的第一階段，即保證雙方閥門同時(shí)自動(dòng)關(guān)閉，并停止輸送泵，從而保證雙方的安全。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，目前主要有三種方式：光纖連接、電氣連接和氣動(dòng)連接。

圖1：船岸連接系統(tǒng)示意圖（來(lái)源：TRELLEBORG）

表：4路信號(hào)頻率分配表

此 外，ISO 28460:2010石 油和天然氣工業(yè)-液化天然氣用設(shè)備和設(shè)施-自船至岸上的分界面和港口作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定：大型LNG船舶在正常工作時(shí)，S SL系統(tǒng)至少要有兩套連接方式。SSL系統(tǒng)在連接時(shí)，只能選擇一種方式使用，另外兩種方式可作為備用。

1、光纖連接的船岸連接系統(tǒng)

圖2：6芯多模光纖接頭

世界上第一個(gè)光纖連接系統(tǒng)是由住友與Furukawa公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的，并于1989年在日本LNG接收站投入商業(yè)使用。此后，英國(guó)SeaTechnik公司（已被英國(guó)TRELLEBORG公司收購(gòu) ）開(kāi)發(fā)了一個(gè)兼容的系統(tǒng)，SeaTechnik公司系統(tǒng)主要在日本、韓國(guó)、馬來(lái)西亞、印度尼西亞、澳大利亞、印度、中東、非洲、英國(guó)和美國(guó)的LNG終端碼頭使用。目前，大約90%的LNG運(yùn)輸船和65%的LNG接收站使用光纖連接，因此光纖連接成為大部分LNG船的首選連接方式，具備語(yǔ)音通訊功能、數(shù)據(jù)傳輸功能、ESD應(yīng)急切斷功能。

該連接方式中，通訊和數(shù)據(jù)傳輸功能由光纖連接的TEL I/F模塊完成，把4路（3路電話，1路數(shù)據(jù)）2線制的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成2路光纖信號(hào)進(jìn)行傳輸（頻率分配表見(jiàn)表）；ESD應(yīng)急切斷功能由ESD模塊實(shí)現(xiàn)，ESD 接口采用專用的發(fā)射/接收電子光纖傳感器。ES D信號(hào)調(diào)制成正常安全模式（收發(fā)頻率為10 kHz ）和正常的ESD模式的故障安全性信號(hào)（收發(fā)頻率為5 kHz），再由2芯光纖分別實(shí)現(xiàn)船到岸以及岸到船的ESD信號(hào)傳輸。

光纖連接的接頭為ISO標(biāo)準(zhǔn)6芯多模光纖接頭（見(jiàn)圖2），可傳輸850mm波長(zhǎng)紅外線信號(hào)：電話和張力監(jiān)控信號(hào)共用線路l和2，傳輸ESD信號(hào)通過(guò)線路3和4，傳輸線路5和6址備用線路。

2、電氣連接的船岸連接系統(tǒng)

1972年，世界上第一個(gè)電氣連接的船岸連接系統(tǒng)在文萊的Lumut港口使用。該系統(tǒng)提供了ESD-1和ESD-2以及電話信號(hào)。第二套電氣連接系統(tǒng)由El Paso Corporation于1976年為阿爾及利亞Bethouia公司的Cove Point液化天然氣項(xiàng)目而推出，稱為Pyle-National系統(tǒng)。該電纜由16個(gè)屏蔽線組成，每端用Pyle-National'AF'系列防爆控制連接器連接。該系統(tǒng)隨后被從阿爾及利亞其他LNG終端采用。Pyle-National系統(tǒng)主要用于大西洋區(qū)域，歐洲和地中海港口，但也可能在西非、中東和印度的港口中作為備選的系統(tǒng)中使用。截至2009年，大約70%的LNG運(yùn)輸船和50%的LNG接收站使用Pyle-National系統(tǒng)。

圖3：主要的電氣連接形式

圖4：典型的氣動(dòng)系統(tǒng)工作原理

圖5：SIGTTO推薦的氣動(dòng)連接接口型式

電氣連接傳輸?shù)男盘?hào)內(nèi)容基本和光纖連接相同，通常作為光纖連接的備用方式。 根據(jù)SIGGTO的推薦，目前主要有4種電氣連接形式（見(jiàn)圖3），大型LNG船與岸站連接通常使用37針Pyle-National接口形式，全球有47.2%的岸站采用該形式。

需要注意的是與其他電氣連接系統(tǒng)不同，ITT-Cannon電氣連接不提供ESD功能。該系統(tǒng)是在1977年印度尼西亞液化天然氣出口開(kāi)始時(shí)引入的，并使用一種MIL-STD 13針接頭，只提供電話功能。

3、氣動(dòng)連接的船岸連接系統(tǒng)

氣動(dòng)連接方式是LNG項(xiàng)目最早使用的船岸連接型式，但該系統(tǒng)運(yùn)行緩慢，且易受灰塵和潮濕空氣的影響，影響ESD系統(tǒng)的關(guān)閉時(shí)間。這些缺點(diǎn)促使了光纖連接和電氣連接的發(fā)展。

氣動(dòng)連接只具備E S D功能，一般作為光纖和電氣連接的備用應(yīng)急連接系統(tǒng)使用。該系統(tǒng)由氣調(diào)節(jié)閥、壓力開(kāi)關(guān)、壓力指示器、電磁閥和軟管等組成。系統(tǒng)壓力通常設(shè)置在2 bar-8 bar之間，氣源通過(guò)岸站或者船側(cè)提供， 一般設(shè)置5 bar為工作壓力，3bar為報(bào)警壓力觸發(fā)ESD信號(hào)。典型的氣動(dòng)系統(tǒng)工作原理（見(jiàn)圖4）。大型LNG船氣動(dòng)接頭通常采用Nitta-Moore系列連接形式來(lái)提供船岸系統(tǒng)之間的接口，SIGTTO推薦的接口形式（見(jiàn)圖5）。

LNG加注船和LNG燃料動(dòng)力船的連接系統(tǒng)

與大型LNG船的船岸連接系統(tǒng)需遵循ISO 28460（EN 1532）標(biāo)準(zhǔn)不同， LNG加注船和LNG燃料動(dòng)力船的船岸（船船）連接系統(tǒng)并沒(méi)有適用的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。LNG加注船和LNG燃料動(dòng)力船，如果直接使用大型LNG船的船岸連接系統(tǒng)，會(huì)產(chǎn)生過(guò)多系統(tǒng)冗余和系統(tǒng)成本增加的問(wèn)題，因此需要一個(gè)配置優(yōu)化、成本低廉、功能可靠的系統(tǒng)。針對(duì)LNG燃料動(dòng)力船和LNG加注船的需要，業(yè)界開(kāi)發(fā)了簡(jiǎn)化的通用安全連接系統(tǒng)。

現(xiàn)階段多數(shù)LNG燃料動(dòng)力船和小型LNG岸站大都采用TRELLEBORG公司開(kāi)發(fā)的通用安全連接系統(tǒng)（Universal Safety Link，USL）。該系統(tǒng)提供2芯光纖連接和SIGGTO 5針形式的電氣連接， 可選配氣動(dòng)連接；既滿足LNG加注船的船岸連接需求， 又簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低成本。USL連接方式示意圖（見(jiàn)圖6）。

該系統(tǒng)按照ISO28460的建議，為L(zhǎng)NG傳輸提供主要和備用的安全連接系統(tǒng)。允許單方進(jìn)行監(jiān)視和控制雙方的傳輸過(guò)程；可通過(guò)適配器與大型船舶的船岸連接系統(tǒng)兼容。對(duì)于LNG燃料動(dòng)力船、加注船和LNG終端可以選擇ESD控制系統(tǒng)。

此外， 如從更高安全水平考慮LNG加注船的船岸（船船）連接系統(tǒng)，可考慮英國(guó)TRELLEBORG公司開(kāi)發(fā)的SSL-USL系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了SSL和USL系統(tǒng)，既能通過(guò)SSL系統(tǒng)與大型LNG船和岸站進(jìn)行船岸（船船）連接，也能通過(guò)USL系統(tǒng)與LNG燃料動(dòng)力船進(jìn)行船船連接，可同時(shí)滿足LNG燃料加注和LNG輸送作業(yè)時(shí)的連接需求。該系統(tǒng)具備語(yǔ)音通訊功能、數(shù)據(jù)傳輸功能、ESD應(yīng)急切斷功能和MLM碼頭張力監(jiān)測(cè)(Mooring Load Monitoring)功能。SSL-USL系 統(tǒng) 的SSL部 分配備6芯模擬式光纖連接和37針Pyle-National型式的電氣連接，USL部分配備2芯數(shù)字式光纖連接和5針SIGTTO形式電氣連接，氣動(dòng)連接可以選配。

FSRU的船岸（船船）連接系統(tǒng)

無(wú)論是大型LNG船還是小型LNG船，其船岸連接系統(tǒng)都僅能滿足各自的船岸連接功能需求，不要求同時(shí)進(jìn)行三方連接和應(yīng)急切斷的功能。但對(duì)于FSRU則面臨FSRU、岸方以及LNG運(yùn)輸船同時(shí)進(jìn)行船岸連接和船船連接，且同時(shí)作業(yè)的工況。如果配備兩套SSL系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)船岸連接與船船連接，對(duì)FSRU來(lái)說(shuō)，不僅造成系統(tǒng)冗余，而且會(huì)增加專用空間和造船成本，需要設(shè)計(jì)專用的連接系統(tǒng)。

圖6：USL連接方式示意圖

上文提及的英國(guó)TRELLEBORG公司結(jié)合大型LNG船的SSL系統(tǒng)和小型LNG船的USL系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的SSL-USL系統(tǒng)，可以為解決FSRU船岸（船船）連接系統(tǒng)解決方案提供一個(gè)思路。對(duì)于FSRU的船岸（船船）連接系統(tǒng)，其與岸上連接采用USL系統(tǒng)（該部分船岸連接需要與岸上協(xié)調(diào)），與LNG船連接采用SSL系統(tǒng)。當(dāng)然，F(xiàn)SRU也可僅使用SSL系統(tǒng)，前提是對(duì)于SSL系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，使其具備船岸和船船之間同時(shí)連接和緊急切斷的功能。

隨著能源結(jié)構(gòu)調(diào)整以及環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提升，作為清潔能源的LNG將迎來(lái)快速的發(fā)展，特別是隨著中國(guó)眾多的LNG接收站的陸續(xù)投產(chǎn)，在中國(guó)LNG運(yùn)輸船和LNG加注船將迎來(lái)大量的市場(chǎng)需求。在建造LNG船舶時(shí)，需考慮到由于國(guó)際上不同的LNG接收站的情況不同，船岸連接系統(tǒng)可能存在差異性，作為保障LNG貨物傳輸?shù)陌踩闹匾到y(tǒng)，在選擇船岸（船船）連接系統(tǒng)時(shí)應(yīng)綜合考慮LNG終端或受注船的連接系統(tǒng)的兼容性，以提高后期LNG船舶裝卸作業(yè)的安全性、可靠性和便利性。