LNG船舶接卸過程中作業(yè)壓力控制研究

王亮 張坤

摘 要：對于LNG接收站來說，卸貨作業(yè)的順暢則受到多重因素的制約，其中船岸雙方壓力的合理控制尤為重要。壓力控制不當(dāng)一方面將直接影響卸貨過程，導(dǎo)致生產(chǎn)波動、火炬被動排放、作業(yè)時間延長、滯港等，更嚴(yán)重的可能會對船岸雙方的設(shè)備設(shè)施造成損壞。本文以卸貨過程中壓力如何合理控制為研究內(nèi)容，重點闡述了卸貨過程中船岸雙發(fā)的壓力變化、船方壓力控制的方法、岸方壓力控制措施，并對壓力如何合理控制給出一些建議。

關(guān)鍵詞：LNG;卸貨;壓力控制

1 卸貨過程中船岸壓力分析

對于船方來說，購銷合同會對船方到港時艙內(nèi)貨物的溫度變化及壓力控制有提及，以青島LNG接收站AP項目為例，采購方聯(lián)合石化對資源方康菲及承運方中能船舶管理公司的要求是溫度變化不超過0.5℃，抵港壓力不超過130mbar，這樣既能保證貨物損失量較小，又能實現(xiàn)到港后不因壓力過高或過低影響卸貨進(jìn)度。而對于接收站方，一般在船舶抵港前，首先會根據(jù)貨物密度，提前切換碼頭保冷循環(huán)及進(jìn)罐方式，以避免不同密碼貨物混裝導(dǎo)致罐內(nèi)LNG分層引發(fā)翻滾，進(jìn)而導(dǎo)致罐壓無法控制。同時，還會提前根據(jù)BOG總管壓力有計劃地調(diào)整BOG壓縮機(jī)負(fù)荷，以確保卸船作業(yè)開始前及過程中壓力平穩(wěn)可控。

2 氣相臂在卸貨過程中的作用

典型的LNG接收站碼頭主要包括卸料臂、登船梯、附屬管線、系纜鉤等設(shè)備設(shè)施，其中，卸料臂是船岸連接進(jìn)行卸貨作業(yè)的通道。

在整個卸貨作業(yè)過程中，氣相臂起到非常重要的作用，要在船舶靠妥后最早連接，以確保在計量及卸貨開始前、燒氣系統(tǒng)停止后、不具備卸貨條件時使艙內(nèi)壓力合理釋放。同時又需要在液相臂拆除后最后收回。因為不同船舶由于船況不同、使用時間不一、設(shè)備設(shè)施匹配好壞、所采用技術(shù)甚至船方人員操作水平的差異，都會影響卸貨完成后燒氣系統(tǒng)（主要是GCU）恢復(fù)正常的時間，一般在1個小時以內(nèi)，部分船況不良的甚至需要1.5-2個小時以上。這段時間內(nèi)由于艙內(nèi)貨物少、蒸發(fā)率升高等原因，艙內(nèi)壓力升高速度加快，保持氣相臂連接狀態(tài)，避免在燒氣系統(tǒng)無法順利啟動時艙壓無法安全泄放。

3 船舶貨艙壓力控制方式比較

對于LNGJUROJIN這樣的球型船來說，大多使用的是傳統(tǒng)的雙燃料蒸汽輪機(jī)動力即鍋爐加蒸汽輪機(jī)推進(jìn)，船舶安裝可以使用燃料油及天然氣的鍋爐，貨艙內(nèi)蒸發(fā)的BOG由壓縮機(jī)從艙內(nèi)抽出供給鍋爐作為燃料，鍋爐產(chǎn)生蒸汽作為動力源推動蒸汽透平機(jī)再帶動船舶推進(jìn)器，這種動力方式技術(shù)成熟、穩(wěn)定可靠，但是整體熱效率低、燃料消耗量大。這種動力裝置還有一個好處就是在卸貨完成后可以直接啟動鍋爐燒氣，而不像GCU系統(tǒng)需要較長的啟動過程，能夠?qū)ω浥搩?nèi)BOG壓力盡快控制及調(diào)節(jié)，保證作業(yè)安全。

對于PAPUA及其姊妹船KUMUL等這類薄膜型船，采用的是單燃料柴油機(jī)配再液化系統(tǒng)的動力裝置，該船型是使用低速柴油機(jī)作為助推力系統(tǒng)，并配備了再液化系統(tǒng)以及GCU系統(tǒng)。艙內(nèi)蒸發(fā)產(chǎn)生的BOG如果無法通過氣相臂泄放至岸側(cè)儲罐，在壓力超過控制值是船方會通過再液化系統(tǒng)將BOG重新液化成液體在回流到貨艙，需要注意的是，如果再液化系統(tǒng)負(fù)荷已達(dá)最大貨艙壓力還是無法控制，此時需要啟動GCU對無法液化處理的多余BOG燒掉處理，因此在實際操作中對有再液化系統(tǒng)的船舶盡量避免啟動GCU以減少貨物浪費。如果含有再液化系統(tǒng)的船舶配有雙燃料柴油機(jī)，則再液化系統(tǒng)無法完全液化處理的BOG可以用作柴油機(jī)燃料，進(jìn)一步減少浪費?？偟膩碚f，該類船舶有多種方式處理BOG，以達(dá)到合理控制艙壓的目的。

而對諸如中能青島這一類中能系船舶來說，與上述兩種BOG處理方式又有所不同。中能系船舶以雙燃料發(fā)電機(jī)電力推進(jìn)的方式（DFDE）作為主推進(jìn)動力方式，同時加裝GCU作為輔助的貨物BOG處理設(shè)備，該船型以燃料油和天然氣兩種燃料驅(qū)動主發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力，安裝電力推進(jìn)系統(tǒng)作為船舶主推進(jìn)動力裝置，貨艙內(nèi)政法的BOG由壓縮機(jī)從艙內(nèi)抽出并壓縮提高壓力供雙燃料機(jī)作為燃料，這樣消耗掉艙內(nèi)BOG也就控制了艙內(nèi)壓力，同樣的，如果BOG產(chǎn)生量超過需求且艙壓無法有效控制，此時就需要通過GCU系統(tǒng)燒掉以控制壓力。這是目前的主流船舶推進(jìn)及壓力控制技術(shù)，具有綜合效率高、動力冗余性高的優(yōu)。

上面講到的幾種主流的推進(jìn)方式的LNG船舶產(chǎn)生的BOG處理方式不同，其可靠性及經(jīng)濟(jì)型也各有不同，另外還有一種目前采用更為先進(jìn)技術(shù)的船舶就是集儲存、運輸、可裝卸、再汽化的FSRU，該類船舶可以除配備燒氣系統(tǒng)外還配備汽化外輸裝置，產(chǎn)生的過多BOG同樣可以經(jīng)過加壓處理直接外輸來控制船艙壓力，其本質(zhì)相當(dāng)于一座小型LNG接收站。

4 岸方在卸貨作業(yè)中的壓力控制方式

首先船舶到港前需要根據(jù)貨物密度對碼頭管線的保冷循環(huán)進(jìn)行切換，盡量切換成密度相同或相近的LNG進(jìn)行保冷，這樣可避免混摻導(dǎo)致的BOG壓力升高過快;其次，卸貨前及卸貨中應(yīng)重點關(guān)注壓縮機(jī)運行情況，保證壓縮機(jī)正常運行的前提下，根據(jù)BOG壓力變化情況及時調(diào)整負(fù)荷來控制壓力;接下來，還需要根據(jù)貨物密度確定儲罐進(jìn)液方式，具體采用上下進(jìn)液哪種方式要依據(jù)貨物與罐內(nèi)原有LNG密度比較來確定;另外，發(fā)現(xiàn)壓力無法合理控制，還可以與調(diào)度、管線下游門站進(jìn)行協(xié)商，盡可能提高外輸量，而對于有BOG外輸業(yè)務(wù)的接收站來說，產(chǎn)生的BOG大部分可以直接經(jīng)壓縮機(jī)加壓后送入管線外輸;涉及到不同密度的貨物混摻時BOG會大量產(chǎn)生，嚴(yán)重時會造成火炬放空甚至儲罐安全閥起跳，因此混摻作業(yè)應(yīng)盡可能降低卸貨速率，待BOG壓力穩(wěn)定后再緩慢提高速率。需要指出的是，船方接收岸氣最大量一般在10t/h左右，如果還是無法完全控制壓力上漲，岸方可能需要排放火炬當(dāng)然也可以協(xié)調(diào)船方提高再液化系統(tǒng)負(fù)荷或者啟動GCU燒掉過量BOG，但這些方式均會導(dǎo)致能源浪費，且可能涉及買賣雙反的合同爭議或者費用結(jié)算。

5 船舶接卸過程中作業(yè)壓力的控制優(yōu)化

首先，優(yōu)化船岸作業(yè)壓力控制，岸方需提前2-3天對卸貨作業(yè)進(jìn)行了解，包括貨物組分、密度等，有針對性的合理分配卸貨儲罐，并提前溝通確認(rèn)裝車、外輸計劃，也要發(fā)揮主觀能動性，協(xié)調(diào)計劃變更，以盡可能有多的方式來控制BOG壓力;

其次，優(yōu)化船岸作業(yè)壓力控制，要依照卸貨作業(yè)指導(dǎo)書合理確定并固化保冷循環(huán)切換、進(jìn)液方式選取、壓縮機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)等工藝流程運行模式，還要在此基礎(chǔ)上，針對具體作業(yè)過程中壓力變化情況進(jìn)行及時調(diào)整;

然后，優(yōu)化船岸作業(yè)壓力控制，需要針對復(fù)雜情況下的作業(yè)條件召開專項論證，對可能的作業(yè)影響進(jìn)行充分考慮，并編制有效的作業(yè)方案，作業(yè)中嚴(yán)格執(zhí)行，技術(shù)人員應(yīng)對復(fù)雜作業(yè)進(jìn)行全程監(jiān)護(hù)，并給予合理指導(dǎo);

最后，優(yōu)化船岸作業(yè)壓力控制，還要加大船岸的協(xié)調(diào)工溝通力度，加大內(nèi)操人員國際業(yè)務(wù)語言溝通培訓(xùn)，以便根據(jù)岸方情況，及時告知船方做出相應(yīng)的調(diào)整，優(yōu)化的最終目的是能夠?qū)崿F(xiàn)船岸雙方信息的實時交換。另一方面應(yīng)該注意到碼頭經(jīng)理在接船作業(yè)中的核心作用，發(fā)現(xiàn)問題及時匯報碼頭經(jīng)理，并在碼頭經(jīng)歷的指令下進(jìn)行處置操作。

當(dāng)然，還應(yīng)該著重指出，壓力控制并不僅僅是降壓力，有時候還需要涉及到如何在一定范圍內(nèi)提高BOG壓力。LNG船舶、岸方儲罐均屬于密閉系統(tǒng)，船岸雙方保持一定的壓力差反而有利于卸貨速率的爬升及保持，通常的做法是，岸方通過罐內(nèi)泵、高壓泵一定流量回流，一定時間內(nèi)采取上進(jìn)液方式，適當(dāng)降低壓縮機(jī)負(fù)荷等來提高壓力，船方則可以通過提高再液化及GCU負(fù)荷等來適當(dāng)提高船岸罐壓差。

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