大型LNG接收站首船接卸作業流程分析

付海泉 屈 晟 殷先平

（1.中海油粵東液化天然氣有限責任公司，廣東 揭陽 515200；2.中海福建天然氣有限責任公司，福建 莆田 351100）

0 引言

液化天然氣（LNG）是天然氣行業的重要組成部分，因其清潔、高效和經濟的特性，被認為是地球上最干凈的石化能源，逐漸被廣泛應用于工業和居民燃氣等多個領域，對于提升我國經濟發展水平和環境質量具有日趨重要的作用。我國LNG工業起步較晚但發展較為迅猛，2003年12月廣東大鵬LNG的開工標志著中國規?；ㄔO大型LNG接收站時代的到來，目前已建、在建和規劃中的大型LNG接收站項目達13個［1］。大型LNG接收站的首船接卸標志著該項目進入試生產階段，因此對整個項目具有里程碑意義。首船的成功接卸涉及生產準備，卸料管線和儲罐BOG置換、預冷，卸料管線LNG填充，儲罐預冷和卸料5個步驟。

1 生產準備

國內LNG接收站通常在項目核準后成立生產準備部，開始項目投產的生產準備工作，也有部分接收站在公司成立之初就成立了生產準備部介入項目的設計、施工管理工作，后者的管理模式可使項目建成后大大減少操作不便的癥結。生產準備包含人員、物資、管理體系、承包商、政府許可、試生產方案和船舶確認7部分。因生產準備涉及內容較多，且各接收站存在差異，筆者僅簡要介紹人員取證、政府許可和船舶確認3部分。

1.1 人員取證

根據國內法律法規要求，相關行業的從業人員只有經過培訓，并取得國家主管部門頒發的從業資格證才允許從事相關崗位。國內LNG接收站在首船抵港前人員需辦理的證件見表1。

1.2 辦理政府許可

大型LNG接收站項目的“政府許可”辦理是指在裝置試車投產前，裝置的安全、環保、消防及計量的設施、設備需滿足國家和地方的要求，以獲得政府相關部門的證書和作業許可。政府許可的辦理是確保LNG接收站首船接卸的關鍵步驟之一。國內LNG接收站在首船抵港前需辦理的證件見表2。

1.3 船舶確認

大型LNG接收站首船抵港前，一般需完成《LNG接收站港口信息和接收站手冊》的編制、碼頭盡職調查和船岸兼容研究工作?！禠NG接收站港口信息和接收站規則手冊》一般需包括概述、港口信息、港口設備、貨物操作和HSE 5部分內容，主要目的是為了使到港船舶了解接收站對船舶作業的規定、要求和作業程序，確保船舶在港期間的安全作業和溝通順暢。

表1 人員取證列表

表2 政府許可列表

表2 政府許可列表（續）

2 首船調試

2.1 作業流程概述

一般情況下，LNG船舶根據接收站的要求提前抵達錨地，根據國家法律規定，外輪靠泊應由引航站引航靠泊，在LNG船舶進港過程中，需根據船舶模擬操縱試驗的要求提供相應數量和馬力的拖輪協助LNG船舶進港、靠泊作業，以確保LNG船舶靠泊法向速度應小于10 cm／s，靠泊角度應小于5°［2］。根據《SIGTTO LNG Operations in Port Areas》的規定，LNG船舶在進港、靠泊操縱過程中需確保LNG船舶前2 778 m、后926 m沒有其他船舶的“移動安全區”，國內一般由屬地海事局派遣相應數量的海事巡邏艇進行協助。LNG船靠泊后，需經放置登船梯、安全檢查、卸料臂的連接及氣密性檢查，卸前計量、卸料系統和儲罐的BOG置換、預冷、卸料管線LNG填充、儲罐預冷等一序列操作，具體流程見圖1。

圖1 LNG接收站首船接卸流程示意圖

2.2 卸料管線和儲罐BOG置換、預冷

船舶抵港前卸料管線和儲罐均應處于氮封狀態，其中卸料管線露點＜-40℃，內罐露點＜-20℃且O2%＜9%。GB／T-26978.5-2011《現場組裝立式圓筒平底鋼質液化天然氣儲罐的設計與建造第5部分：試驗、干燥、吹掃及冷卻》規定：由于使用氮氣等惰性氣體，可能會導致冷卻過程中鋼材出現低于設計溫度的過冷現象，例如LNG儲罐達到-180℃，因此強烈推薦在冷卻前采用儲存介質熱蒸氣置換氮氣，防止可能出現的過冷現象。同時由于國內大型LNG接收站卸料管線尺寸基本都大于965.2 mm，若直接引進LNG將導致管線底部溫度過低，造成管道彎曲變形進而損壞管道。為保證卸料管線預冷的均勻進行和儲罐預冷的安全進行，首先利用BOG對其進行置換和預冷，由于耗量較大，船艙自然蒸發的BOG無法滿足作業要求，因此一般要求船方啟動一臺掃艙泵將LNG輸送至LNG汽化器進行強制氣化。由于船方的正常流程為汽化器出口與BOG管連接，通過氣相返回臂進入接收站，無法對卸料管線進行置換和預冷，因此需對流程進行改造。

為實現利用BOG對卸料管線和儲罐進行置換和預冷而進行的流程改造，一般有以下兩種方法。①由接收站進行流程改造，通過跨接管將碼頭氣相管線與液相管進行連接，船方供應的BOG通過氣相臂經跨接管進入卸料管線和儲罐。②由船方進行流程改造，在LNG船的LNG汽化器出口管線和LNG卸料管線之間連接一根跨接管，將LNG汽化后通過其中一個液相臂（以UA-0101C為例）進入卸料管線和儲罐。雖然兩種方法均可實現，但由于國內LNG接收站基本均未設置吊裝設備，若進行該項作業需租賃大型吊車，且LNG接收站作業人員屬于首次作業，經驗較為欠缺。因此若由接收站進行流程改造存在施工難度大，作業時間長且費用高的問題，不利于后續作業的開展。而船方已設有吊裝設備，且作業人員經驗豐富，可縮短作業時間，因此一般由船方進行流程改造。

在BOG置換和預冷期間，根據要求調節LNG汽化器進口閥和旁路閥以控制BOG流量和溫度。卸料管線預冷溫降速率控制要求一般為-10℃／h，管道頂部和底部溫差低于50℃，卸料管線溫度達到-120℃時BOG預冷結束。國內某接收站卸料管線為1 016 mm，長度為450 m，BOG將卸料管線冷卻至-120℃（棧橋管線溫度已達到-140℃）耗時30.2 h，LNG耗量734 m3，平均預冷速率為5℃／h，最大預冷速率為8.2℃／h，船方供應BOG量為12 000～13 000 kg／h，溫度為-20～-149℃。

2.3 卸料管線LNG填充

當卸料管線BOG預冷結束后，停止供應BOG，可進行卸料管線LNG填充。針對BOG置換、預冷期間LNG汽化器出口與LNG管道相連的情況，目前有兩種較為普遍的做法：① 由船方拆除LNG汽化器出口與液相管間的跨接管，然后利用LNG掃艙泵對卸料管線進行LNG填充。這是目前大部分LNG接收站首船接卸所采取的做法。② 將LNG汽化器通過閥門隔離后直接進行LNG填充，而不需拆除LNG汽化器出口與液相管線的跨接管。目前僅國外部分接收站開始嘗試這種方法。

據目前投產接收站的經驗，拆除LNG汽化器出口與液相管間的跨接管一般需持續4～6 h。在這過程中由于管線漏熱的影響導致卸料臂和卸料管線溫度上升，因此在開始LNG填充時需首先利用小流量LNG對卸料臂和卸料管線進行重新冷卻。但由于小流量LNG進入卸料管線后，管線底部溫度急劇下降，而頂部溫度基本不變，容易導致管線溫差超過50℃，影響作業安全。由于船方利用閥門隔離LNG汽化器的時間較短，卸料臂和卸料管線的溫度基本維持不變，此時對卸料管線進行LNG填充，易于控制管線頂部和底部溫差，有利于管線的安全運行，同時可縮短作業時間。但由于BP、殼牌等船舶管理公司的管理理念和標準不一樣，部分船舶不允許利用閥門對LNG汽化器進行隔離，因此在船舶確認階段需與船方充分溝通以確認是否拆除跨接管。

2.4 儲罐預冷及填充

卸料管線LNG填充完成后，通過儲罐預冷管線調節閥控制儲罐預冷速率，GB／T-26978.5-2011規定儲罐預冷速率應控制在3～5℃／h范圍內，罐壁或罐底上任意兩個相鄰熱電偶之間的最大溫差為30℃，儲罐底部所有溫度點達到-145℃時儲罐預冷結束。儲罐預冷時一般要求預冷管線壓力維持在0.2～0.4 MPa范圍內，以確保LNG經過噴嘴后以霧化形狀進入儲罐，同時可避免LNG液滴直接滴落造成儲罐底部局部溫度過低的現象。儲罐預冷結束后，繼續利用預冷管線對儲罐進行填充，直至液位達到50 mm，然后利用小流量的卸料至2.5 m，以對儲罐進一步深冷。當儲罐液位達到2.5 m后可逐步增大卸料速率。

國內某接收站儲罐平均預冷速率為3.46℃／h，耗時50.3 h，LNG耗量2 130 m3。儲罐預冷完成后繼續利用預冷管線對儲罐進行LNG填充至50 mm，然后通過儲罐進料管線以400 m3／h的速率卸料至0.5 m，并以1 200 m3／h的速率卸料至2.5 m。

3 注意事項

3.1 管道位移

根據熱脹冷縮的原理，管道在遇冷狀態下會發生收縮，如果溫降速率過快會加速管道的收縮變形，進而發生位移。在LNG溫度條件下，不銹鋼的收縮率約為千分之三［3］。國內某接收站卸料管線為965.2 mm，首船預冷期間LNG流向方向最大位移為175 mm，橫向最大位移為133 mm；而某接收站卸料管線為1 016 mm，首船預冷期間LNG流向方向最大位移為228 mm，橫向最大位移為200 mm。如果管道位移過大容易損壞管道，進而影響作業安全。為了減小預冷過快對管道帶來的沖擊，主要通過減小卸料流量以降低溫降速率來減緩管道的碰撞，即嚴格要求管道溫降低于-10℃／h，且頂部和底部溫差低于50℃；針對管道預冷收縮的情況，通常可采用金屬波紋管（即膨脹節）、管環式補償，以及膨脹率小的管道材料等方法解決，目前國內LNG項目多數采用膨脹節的方式進行管道補償，并在彎管處設置固定、移動或單向管墩的方法來減小或避免管道朝單側大幅度移動的危險。同時為了實時監測預冷期間管道位移情況，LNG接收站需提前做好管道位移標志。

3.2 儲罐噴嘴

LNG儲罐雖然是LNG儲存系統的一臺單元設備，但建造費用卻占LNG接收站工程費用的40%，因此盡管儲罐是個靜設備，但在LNG接收站中屬于核心設備。儲罐預冷是LNG接收站首船接卸的重點，也是難點。預冷一般通過儲罐頂部的噴嘴來實現，因此其設計、選型直接決定了儲罐的預冷效果。該接收站的預冷效果非常好，主要得益于該接收站儲罐預冷噴嘴設計和選型較為合理。該接收站選用Axial Flow Full Cone Nozzles型噴嘴，并將噴嘴連接到儲罐頂部的環形管道上，安裝了24個噴頭且噴頭與管道呈45°分布，預冷期間只需將LNG壓力控制在噴嘴的工作壓力范圍內，LNG即可通過噴嘴以霧狀形式噴射到罐內，同時根據儲罐溫降速率調節LNG流量以確保預冷均勻進行［4］。

3.3 船岸通訊系統模式切換

目前國內LNG接收站的船岸通訊系統主要包括光纖和電纜兩種模式，部分接收站還設有氣動模式。船岸通訊主要是在出現緊急情況時用于船岸ESD信號的傳輸，也可用于船岸通訊。國外接收站認為光纖傳輸不穩定，且由于光纖頭為銅芯遇海水易形成銅銹，因此一般以電纜作為主要通訊模式。國內接收站則認為電纜存在危險，且操作不便，因此一般以光纖為主要通訊模式。無論采取何種模式，首船抵港作業時均要求對另外一種模式進行測試，因此涉及到船岸通訊的切換，如果操作不當易引起ESD導致船岸作業停止。因此在進行“光纖”和“電纜”模式切換時，一定要在控制面板上將“Inhibit”按鈕投用，并結合不同接收站的設計，檢查是否需在DCS系統上屏蔽部分信號，以免引起ESD。同時在進行模式切換時需加強船岸溝通，以免由于單方面的切換導致對方觸發ESD。

4 結束語

根據國家和行業規范并結合實例，對典型大型LNG接收站首船接卸過程中的生產準備，卸料管線BOG置換、預冷，卸料管線LNG填充，儲罐預冷和填充等4部分進行了論述，同時討論了實際操作過程中存在的問題，并提出了相應的解決措施，為國內LNG接收站首船接卸提供了參考。由于各個接收站采用的設計標準和所處區域不同，因此在實際操作過程中存在差異，各接收站在準備過程中應認真按照標準和規范要求，同時準備好相應的應急預案，以確保首船作業的安全。

［1］徐博.2020年前中國多氣源供應格局展望［J］.天然氣工業，2012，32（8）：1.

［2］刑云，劉淼兒.中國液化天然氣產業現狀及前景分析［J］. 天然氣工業，2009，29（1）：120.

［3］顧安忠.液化天然氣技術［M］.北京：機械工業出版社，2003.

［4］黃群，夏芳.LNG儲罐國產化的可行性［J］.天然氣工業，2010，30（7）：80.