小型LNG運(yùn)輸船氣體試驗(yàn)與分析

饒洪華

（大連中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司，遼寧大連 116113）

0 引言

近年來，隨著能源發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變，液化天然氣（Liquefied Natural Gas，LNG）貿(mào)易成為世界油氣產(chǎn)業(yè)的焦點(diǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)LNG運(yùn)輸船的需求逐步增強(qiáng)。新造的LNG運(yùn)輸船在投入營(yíng)運(yùn)之前，必須進(jìn)行氣體試驗(yàn)以檢驗(yàn)LNG運(yùn)輸船貨物系統(tǒng)功能的安全性、操作性和完整性。

通常情況下，LNG運(yùn)輸船的氣體試驗(yàn)方式分為2種：

1）“船對(duì)船”氣體試驗(yàn)方式

“船對(duì)船”氣體試驗(yàn)方式是指在LNG加注船配合下進(jìn)行船與船之間安全駁運(yùn)LNG的氣體試驗(yàn)工作，但目前國(guó)內(nèi)還沒有正式營(yíng)運(yùn)的LNG加注船，故較少采用此種試驗(yàn)方式。

2）“船對(duì)岸”氣體試驗(yàn)方式

“船對(duì)岸”氣體試驗(yàn)方式是指在LNG接收站的配合下完成氣體試驗(yàn)工作。

本文對(duì)某28 000 m3小型LNG運(yùn)輸船氣體試驗(yàn)進(jìn)行介紹，分析試驗(yàn)當(dāng)中的相關(guān)操作流程及注意事項(xiàng)。

1 船岸概況

28 000 m3 LNG運(yùn)輸船總長(zhǎng)176.8 m，型寬27.6 m,設(shè)計(jì)吃水7.8 m。液貨艙采用獨(dú)立式C型罐形式，材料為9%鎳鋼，共3個(gè)雙筒式液貨艙（1號(hào)艙容積為8 200 m3，2號(hào)艙容積為10 000 m3，3號(hào)艙容積為10 000 m3）和1個(gè)單筒式甲板罐（容積為120 m3），總?cè)莘e為28 320 m3。每個(gè)液貨艙內(nèi)安裝2臺(tái)深井式液貨泵，甲板罐內(nèi)安裝1臺(tái)浸沒式燃?xì)獗谩?/p>

廣東粵東LNG接收站碼頭位于中國(guó)廣東揭陽市惠來沿海港作業(yè)區(qū)西部，經(jīng)緯度為39°54′20″N，東經(jīng)116°25′29″E?？坎碙NG運(yùn)輸船的最小船型為20 000 m3的Special-type，最大船型為267 000 m3的Q-Max。LNG接收站的布置情況見圖1，接收站擁有LNG船舶專用錨地和航道，其所在海域水深滿足LNG船舶的通航要求。

圖1 LNG接收站的布置情況

2 LNG接收站氣體試驗(yàn)主要流程及操作

28 000 m3 LNG運(yùn)輸船在粵東LNG接收站進(jìn)行的氣體試驗(yàn)主要分為5個(gè)階段：船岸匹配、液貨艙氣體置換、液貨艙預(yù)冷、液貨艙裝載和卸料臂拆除，操作過程需滿足國(guó)際液化氣體船及碼頭經(jīng)營(yíng)者協(xié)會(huì)（The Society of International Gas Tanker and Terminal Operators，SIGTTO）的相關(guān)要求。

2.1 船岸匹配

船岸匹配主要包括證書審核、船岸兼容性分析、船舶設(shè)備狀態(tài)檢查、放置登船梯、船岸通信連接、卸料臂連接和吹掃、靜電放電（Electro-Static Discharge，ESD）測(cè)試等工作。

LNG運(yùn)輸船在接收站進(jìn)行氣體試驗(yàn)前，需將船舶國(guó)籍證書、國(guó)際防油污證書、國(guó)際船舶保安證書、船舶最低安全配員證書、船舶航行安全證書、貨輪設(shè)備安全證書、貨輪構(gòu)造安全證書以及散裝液化氣適裝證書提交LNG接收站進(jìn)行審核。船岸雙方提前做好應(yīng)急計(jì)劃和應(yīng)急程序。根據(jù)船舶建造的主尺度，船上貨物集管區(qū)詳細(xì)布置、系泊設(shè)備布置、液貨系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)、ESD系統(tǒng)、消防設(shè)備配置等信息完成“船岸兼容表”。此外，需要將系泊分析報(bào)告提交LNG接收站進(jìn)行船岸系纜數(shù)據(jù)完整性分析，在數(shù)據(jù)確認(rèn)后向接收站遞交靠泊碼頭的申請(qǐng)。

船舶在按照系纜方案安全靠泊LNG接收站時(shí)，需要對(duì)船舶設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢查以保持推進(jìn)裝置處于待用狀態(tài)。確保LNG船舶上的陰極保護(hù)設(shè)備處于切斷狀態(tài)，安全消防系統(tǒng)備用正常，水-乙二醇冷卻/加熱系統(tǒng)運(yùn)行正常，鍋爐和發(fā)電機(jī)在柴油工作模式下的排氣狀況滿足LNG接收站要求。船岸雙方檢查完成后，LNG接收站的操作人員將登船梯放置在指定位置（見圖2）。登船梯連接船與接收站唯一的安全通道，布置于LNG船舶的左舷位置。

圖2 放置登船梯

在登船梯放置完成后，船岸雙方進(jìn)行通信連接測(cè)試試驗(yàn)，船/岸通信連接（Ship Shore Link，SSL）主要用于接收站與LNG運(yùn)輸船的ESD和電話服務(wù)，設(shè)有數(shù)據(jù)通信接口，并能夠向LNG船舶傳輸多層次多型號(hào)（多層次多型號(hào)，MLMS）數(shù)據(jù)。粵東LNG接收站碼頭SSL中配置光纖和電纜2種連接方式，本文的氣體試驗(yàn)過程采用光纖連接。

在船岸連接通信測(cè)試完成后，進(jìn)行卸料臂的連接和吹掃工作。LNG接收站操作人員負(fù)責(zé)卸料臂的連接工作，船方負(fù)責(zé)異徑接頭和過濾器的安裝。確保集管區(qū)域液壓遙控閥工作正常，并保持閥門關(guān)閉。操作人員將船上左舷液相管與接收站卸料臂相連，船上氣相管與接收站回氣管相連。在連接完成后，接收站使用氮?dú)獯祾邭庀喙苈泛脱b載臂，開啟裝卸總管手動(dòng)取樣閥，從船方或接收站排出氣體。排放至大氣的氧氣濃度要小于 2%，露點(diǎn)溫度要低于-25℃。最后，檢查管路連接處的密性，關(guān)閉泄放閥，并采用氮?dú)饧訅?，液相卸料臂采?50 kPa的壓力進(jìn)行氣密測(cè)試，氣相臂采用200 kPa的壓力進(jìn)行氣密測(cè)試，持續(xù)保壓 5 min，在壓力表讀數(shù)穩(wěn)定后，采用肥皂水檢查是否存在泄漏問題。

根據(jù)中國(guó)船級(jí)社的相關(guān)要求，氣體試驗(yàn)需要完成熱態(tài)ESD測(cè)試和冷態(tài)ESD測(cè)試。熱態(tài)ESD測(cè)試應(yīng)在氣體試驗(yàn)正式開始前在受注船和加注設(shè)施之間進(jìn)行，以確認(rèn)系統(tǒng)是否兼容和正確連接。在完成卸料臂連接和吹掃工作后，接收站或船方將從岸上或船上啟動(dòng)ESD，雙方測(cè)試閥門的關(guān)斷時(shí)間以確保系統(tǒng)操作正常。

船岸合理匹配是LNG船舶進(jìn)行氣體試驗(yàn)的基礎(chǔ)，在港期間，船方甲板和機(jī)艙須留有足夠人員，并保持有效的值班，確保船舶在緊急情況下離泊的安全性和可靠性。

2.2 液貨艙氣體置換

液貨艙氣體置換也稱驅(qū)氣，即采用LNG接收站提供的蒸發(fā)氣將艙內(nèi)氮?dú)怛?qū)離，最終使艙內(nèi)的氣體濃度滿足液貨艙冷卻條件。

在驅(qū)氣之前，LNG船舶在船廠完成液貨艙的干燥和惰化工作，防止艙內(nèi)空氣與氣態(tài)天然氣形成混合爆炸氣體。液貨艙的氧含量不得超過規(guī)定限值（測(cè)量管路出口氧氣的體積含量小于2%），露點(diǎn)應(yīng)低于-40℃，露點(diǎn)測(cè)量結(jié)果見表1。

表1 露點(diǎn)測(cè)量結(jié)果（單位：℃）

液貨艙驅(qū)氣試驗(yàn)可采用以下3種方式：

1）利用接收站提供的蒸發(fā)氣進(jìn)行液貨艙驅(qū)氣，將液貨艙內(nèi)的混合氣體通過液相總管輸送至接收站進(jìn)行處理。

2）接收站將LNG輸送至船上強(qiáng)制蒸發(fā)器，將蒸發(fā)后的LNG輸送至各液貨艙進(jìn)行氣體置換。

3）接收站輸送LNG至船上甲板液貨罐，啟動(dòng)罐內(nèi)燃?xì)獗脤NG輸送至強(qiáng)制蒸發(fā)器，將蒸發(fā)后的LNG輸送至各液貨艙進(jìn)行氣體置換。

本文采用第2種操作方式進(jìn)行液貨艙驅(qū)氣。船岸雙方連接氣相和液相所有管路，采用并聯(lián)方式對(duì)液貨艙和甲板罐同時(shí)進(jìn)行氣體置換。船上液貨系統(tǒng)的閥門處于工作狀態(tài)，啟動(dòng)水乙二醇加熱系統(tǒng)，確認(rèn)蒸汽系統(tǒng)供應(yīng)正常，運(yùn)行裝卸集管區(qū)的水幕噴灑系統(tǒng)，避免LNG泄露至船體。根據(jù)接收站的相關(guān)指令，啟動(dòng)接收站LNG輸液泵，開啟輸液管的供液主閥，緩慢手動(dòng)開啟集管區(qū)進(jìn)液手動(dòng)閥，將管路產(chǎn)生的氣液混合物輸送至船上強(qiáng)制蒸發(fā)器，調(diào)節(jié)液貨艙進(jìn)口遙控閥，將艙內(nèi)壓力維持在20 MPa以上。接收站確認(rèn)卸料臂的預(yù)冷效果并進(jìn)行冷態(tài) ESD測(cè)試。在船方或接收站觸發(fā)緊急關(guān)斷信號(hào)后，遙控閥門正常關(guān)閉，冷態(tài)ESD測(cè)試完成。船方將遙控閥門恢復(fù)至開啟狀態(tài)，接收站控制LNG輸送泵正常運(yùn)行，對(duì)供液主閥進(jìn)行一級(jí)調(diào)節(jié)，加大閥件開啟度。對(duì)船上閥件進(jìn)行流量二級(jí)調(diào)節(jié)，手動(dòng)調(diào)節(jié)掃艙管線的進(jìn)液截止閥，監(jiān)測(cè)LNG輸入強(qiáng)制蒸發(fā)器的流量，將液體流速控制在4～5 m3/h范圍內(nèi)，將輸入壓力控制在0.2 MPa以上。LNG與水-乙二醇冷卻/加熱系統(tǒng)進(jìn)行熱量交換，蒸發(fā)出的天然氣經(jīng)氣相總管和貨艙頂部注入管輸入液貨艙，通過“活塞效應(yīng)”將艙內(nèi)混合氣體（氮?dú)夂吞烊粴猓┩ㄟ^貨艙底部的注入管排出。天然氣濃度小于30%的混合氣體經(jīng)透氣桅排出，濃度大于30%的混合氣體通過氣相管返回接收站進(jìn)一步處理。貨物控制室的值班人員對(duì)強(qiáng)制蒸發(fā)器的出口溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，甲板操作人員采用便攜氣體檢測(cè)儀進(jìn)行液貨艙氣體取樣，當(dāng)貨艙內(nèi)LNG氣體濃度大于95%后，氣體置換結(jié)束。

28 000 m3 LNG運(yùn)輸船采用強(qiáng)制氣化器進(jìn)行驅(qū)氣時(shí)，由于接收站輸送泵的供液壓力低，掃艙管線至強(qiáng)制蒸發(fā)器管路的口徑設(shè)計(jì)小，而管路布置較長(zhǎng)，故在操作過程中，流體阻力大，LNG易蒸發(fā)，管路容易出現(xiàn)“氣塞”現(xiàn)象，導(dǎo)致LNG無法充分輸送至強(qiáng)制蒸發(fā)器。液貨艙置換溫度變化曲線見圖3，置換溫度波動(dòng)較大，置換過程較為復(fù)雜，故液貨艙考慮采用置換與冷卻同時(shí)進(jìn)行方案。

圖3 液貨艙置換溫度變化曲線

2.3 液貨艙冷卻

船上裝載LNG之前，為減少液貨艙的熱應(yīng)力，需對(duì)貨艙進(jìn)行預(yù)冷操作，避免LNG加注過程出現(xiàn)閃蒸現(xiàn)象而導(dǎo)致貨艙超壓。在冷卻過程中，溫度通常每小時(shí)降低10 ℃。

在進(jìn)行冷卻過程中，LNG接收站將最小供液壓力調(diào)整為0.4 MPa，船上相關(guān)操作人員調(diào)節(jié)液貨艙的手動(dòng)截止閥開度，將注入液貨艙的LNG噴淋量控制在 10～20 m3/h的范圍內(nèi)，甲板罐的噴淋量約為 2 m3/h。

貨艙底部和頂部溫度曲線變化情況見圖4。要保證注入液貨艙的LNG完全揮發(fā)，控制艙內(nèi)的蒸發(fā)氣在回氣管內(nèi)的流量處于可控范圍內(nèi)，避免液貨艙壓力持續(xù)增加，進(jìn)而導(dǎo)致安全閥釋放。在液貨艙冷卻過程中，組織船東和船檢進(jìn)入隔離空艙，檢查貨艙滑動(dòng)鞍座的移動(dòng)距離、貨艙隔熱絕緣包覆效果，以及是否存在冷點(diǎn)及泄露問題。甲板上的操作人員需要有規(guī)律地轉(zhuǎn)動(dòng)LNG深井泵（溫度每降低3 ℃需要轉(zhuǎn)泵2圈），并按照深井泵資料要求點(diǎn)動(dòng)馬達(dá)1次。在貨物管線周圍，查看低溫管路及支架的位移狀態(tài)，檢查包覆材料是否有泄露和結(jié)冰情況。當(dāng)貨物控制室檢測(cè)液貨艙的底部溫度達(dá)到-140 ℃時(shí)停止冷卻；當(dāng)液貨艙頂部溫度達(dá)到-120 ℃時(shí)，關(guān)閉液貨艙頂部進(jìn)液及排氣液壓遙控閥，準(zhǔn)備進(jìn)行液貨艙的裝貨工作。

圖4 貨艙底部和頂部溫度曲線變化情

2.4 液貨艙裝貨

在液貨艙充分冷卻后，進(jìn)行貨艙和甲板罐的裝貨操作，28 000 m3 LNG船舶的裝載量統(tǒng)計(jì)情況見表2，總轉(zhuǎn)載量為800 t，裝貨時(shí)間約為2～3 h。

表2 LNG船舶裝載量統(tǒng)計(jì)情況

在船岸雙方確認(rèn)裝貨數(shù)量后，檢查船舶的穩(wěn)性和壓載狀態(tài)，連接接收站液相管及氣相管，緩慢手動(dòng)開啟裝卸總管手動(dòng)閥，保證裝卸總管壓力穩(wěn)定，避免突開閥門產(chǎn)生的液擊對(duì)裝卸總管濾器或其他敏感部件造成損壞。貨物控制室的工作人員遙控開啟液貨艙和甲板罐頂部裝液閥，從貨艙管路底部注入LNG，閃蒸汽從頂部氣相管返回接收站。在操作過程中，通過調(diào)節(jié)供液主閥來控制返回接收站的回氣流量，每半小時(shí)記錄一次液貨艙液位、壓力、溫度等參數(shù)。當(dāng)1號(hào)～3號(hào)液貨艙液位達(dá)到計(jì)算液位時(shí)停止裝貨，切斷供液總閥，關(guān)閉供液泵，并通知接收站完成裝貨。

在裝貨過程中需要重點(diǎn)檢查以下4個(gè)方面：1）LNG管線位移情況；2）支架位移情況；3）檢查管線是否出現(xiàn)冷點(diǎn)及泄漏情況；4）檢查管路絕緣材料的包覆效果。

2.5 卸料臂拆除

在 LNG運(yùn)輸船裝載貨物完成后，需要拆除卸料臂。首先，將液相臂中殘留的LNG排放至接收站的岸罐中，關(guān)閉船上裝卸總管遙控閥及手動(dòng)總閥，并啟動(dòng)氮?dú)庀到y(tǒng)對(duì)卸料臂進(jìn)行吹掃。隨后，排放卸料臂和支管管路的液體，關(guān)閉卸料臂主閥，打開氮?dú)夤?yīng)閥，開啟船方裝卸總管遙控閥及手動(dòng)總閥，觀察管路壓力。當(dāng)觀測(cè)壓力突然下降或液體流動(dòng)停止時(shí)，確認(rèn)卸料臂已排干，關(guān)閉液貨艙遙控閥門。最后，采用氮?dú)庵脫Q船上液相管和氣相管中的可燃?xì)怏w。

在卸料臂排放和吹掃完成后，將壓力釋放至安全狀態(tài)，關(guān)閉船上所有閥門，并用淡水清除卸料臂上凝結(jié)的冰。接收站人員拆除卸料臂，船廠人員安裝盲板法蘭。

3 結(jié)論

本文對(duì)某28 000 m3小型LNG運(yùn)輸船氣體試驗(yàn)進(jìn)行介紹，對(duì)岸船匹配方式、液貨艙氣體置換、液貨艙冷卻、液貨艙裝貨、卸料臂拆除等內(nèi)容進(jìn)行重點(diǎn)闡述，分析試驗(yàn)當(dāng)中的相關(guān)操作流程及注意事項(xiàng)。在氣體試驗(yàn)過程中，需要船岸雙方緊密配合，嚴(yán)格按照氣體試驗(yàn)程序和作業(yè)指導(dǎo)書執(zhí)行。操作過程中要加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)防范，制定應(yīng)急預(yù)案，合理規(guī)劃 LNG接收站的窗口期，為實(shí)船操作提供指導(dǎo)意見。