LNG運輸船氣試與首次裝卸操作的程序

苑偉民

（中國石油化工股份有限公司天然氣分公司 廣西液化天然氣工程項目部，廣西北海 536000）

0 引言

根據(jù)IGC規(guī)范，臨近液貨艙的所有壓載艙均須進(jìn)行水壓試驗。該試驗可在艙體建造完畢后任何時間開展。一般來說，許多船廠傾向于船在干船塢中或者下水之后、安裝液貨艙絕緣和屏蔽之前，對幾個壓載艙進(jìn)行水壓試驗，并在試航之前或海上試航期間完成最終測試。建造完成后，LNG運輸船與任何其他船舶一樣進(jìn)行海上試航。

一旦液貨艙絕緣隔熱層安裝完畢，靠近液貨艙的壓載艙邊界的外表面將無法檢查。因此，在這種情況下，壓載艙水壓試驗的完成方法是：在壓載水排放之后，從艙內(nèi)進(jìn)行檢查，確認(rèn)壓載艙體上沒有任何因加載壓力造成的裂縫或永久變形。

建造完成后，LNG運輸船與任何其他船舶一樣進(jìn)行海上試航。由于試航程序沒有任何特別的不同之處，這里不作介紹。試航完成后，LNG運輸船在執(zhí)行運輸任務(wù)之前還需要進(jìn)行氣試[1]。

1 LNG船氣試

1.1 氣試的目的與范圍

LNG船氣體試驗是指每一艘新造 LNG運輸船，正式投用前，在完成海試后通過與LNG接收站聯(lián)接，LNG船艙部分裝載一定量的LNG，在設(shè)計溫度或接近設(shè)計溫度條件下對 LNG船上設(shè)施進(jìn)行一系列試驗，簡稱“氣試”。其目的是確認(rèn)所有相關(guān)的貨物操作設(shè)備或氣體管理系統(tǒng)的功能性能處于良好狀態(tài)，包括儀表、監(jiān)控及警報系統(tǒng)。氣試期間，通過從LNG接收站裝載適量的液化天然氣，確認(rèn)各系統(tǒng)與設(shè)備的性能；通過從LNG接收站裝載適量的液化天然氣，確認(rèn)各系統(tǒng)與設(shè)備的性能。氣試期間應(yīng)進(jìn)行下列操作：屏蔽件處所氮氣充填、液貨艙與管線惰化、置換（充氣）、液貨艙與管線預(yù)冷、LNG裝料、泵操作、使用應(yīng)急泵進(jìn)行物料緊急轉(zhuǎn)移、卸料、儲罐預(yù)熱、儲罐惰化充氣、氣體處理[2-4]。

1.2 氣試操作步驟

總體上可以分為以下三個階段：第一階段，在船仍在船廠時進(jìn)行，也稱為“低溫測試”；第二階段，物料裝卸系統(tǒng)的實際測試，該測試自運輸船抵達(dá)接收站并裝載氣試所需的 LNG時開始，當(dāng)運輸船返回至接收站并卸載試驗所需的LNG時結(jié)束；第三階段，氣體管理系統(tǒng)與燃?xì)廨啓C牽引系統(tǒng)的測試，與物料處理系統(tǒng)測試同時進(jìn)行。

2 低溫測試[5]

2.1 安全柵氮氣充填

本項操作的目的是使用制氮機制造的氮氣，充填安全柵并將空間內(nèi)的氧氣置換排出，直到空間內(nèi)氧氣的體積含量降至3%以下。

船廠采用的典型氮氣置換程序如下：1）確認(rèn)液貨艙內(nèi)壓力處于1050mbar~1200mbar（絕壓）的范圍；2）啟動制氮機，將氮氣緩沖罐充填至最高工作壓力；3）吹掃置換所有氮氣管線；4）通過氮氣供應(yīng)旁通閥，向絕緣隔熱空間和屏蔽間處所同時注入氮氣，通過排氣旁通閥，將置換排出的氮氣混合空氣排至大氣；5）氧含量小于3%后，關(guān)閉兩個旁通閥并將常規(guī)氮氣供應(yīng)/排放閥調(diào)至自動控制模式，氮氣置換露點應(yīng)低于?70°C。在置換操作期間，應(yīng)根據(jù)情況對下列項目進(jìn)行檢查和/或記錄：艙壓；絕緣隔熱空間與屏蔽間處所的壓力；氧含量。

2.2 液貨艙與管線干燥

本項操作的目的是去除液貨艙內(nèi)的潮氣，防止艙體預(yù)冷時結(jié)冰。液貨艙內(nèi)部空氣通過惰性氣體產(chǎn)生器吹出的干燥空氣被置換排出，直至艙內(nèi)露點低于?20°C。船廠采用的典型氮氣置換程序如下：使用干燥空氣吹掃清理潮氣、液體和噴霧集管；通過物料液體管線和液貨艙進(jìn)料管線，將惰性氣體產(chǎn)生器吹出的干燥空氣注入所有的液貨艙，置換排出的空氣通過物料蒸氣管線排空，彌散進(jìn)入大氣；露點低于?20°C以下時，相關(guān)物料管線使用干燥空氣吹掃干燥，在置換操作期間，應(yīng)按情況對下列項目進(jìn)行檢查和/或記錄：艙內(nèi)露點；艙內(nèi)溫度壓力；惰性氣體產(chǎn)生器出口的空氣溫度、壓力和露點。試驗期間應(yīng)檢查惰性氣體發(fā)生器，確保其處于良好的功能和運行狀態(tài)。

2.3 惰化

惰化處理后艙內(nèi)的大氣組分應(yīng)達(dá)到以下要求：氧含量小于2%；露點低于?40°C。一些接收站要求在裝載氣試用LNG之前，使用氮氣（而不是二氧化碳）進(jìn)行首次惰化處理。

船廠采用的典型氮氣惰化程序如下：1）預(yù)冷物料管線與液貨艙之間的噴淋管線；2）通過液體管線和噴淋管線，從陸地液氮儲罐向 LNG氣化器提供液氮；3）通過物料蒸氣管線，將LNG氣化器產(chǎn)生的氮氣提供至液貨艙，通過物料液體管線，將置換排出的空氣排出，彌散進(jìn)入大氣；4）測量液貨艙取樣點的露點和氧含量。在置換操作期間，應(yīng)根據(jù)情況對下列項目進(jìn)行檢查和/或記錄：液氮供應(yīng)流量、壓力和溫度；氣化器出口處的氮氣溫度與壓力；液貨艙內(nèi)露點與氧含量。試驗期間應(yīng)檢查和確認(rèn)LNG氣化器處于良好的運行狀態(tài)。

2.4 物料管線預(yù)冷

液體物料管線、蒸氣物料管線和噴淋管線應(yīng)進(jìn)行預(yù)冷，目的是確認(rèn)管線被調(diào)至冷卻狀態(tài)，檢查管線支架的移動情況以及絕緣隔熱層的有效性。此外，應(yīng)檢查整個管道系統(tǒng)，確認(rèn)管線無“冷點”。

船廠的典型預(yù)冷程序如下：1）物料支管線安裝臨時混合器，以便產(chǎn)生低溫氮氣；2）將混合氣供應(yīng)至液體物料管線、蒸氣物料管線和噴霧管線，直至溫度小于等于?100°C；3）遇冷后，各條管線應(yīng)在1bar壓力條件下進(jìn)行氣密性試驗。

操作期間應(yīng)按情況對下列項目進(jìn)行檢查和/或記錄：液體物料集管兩端的溫度；蒸氣物料集管兩端的溫度；噴淋集管兩端的溫度；支撐點上管道收縮量；管道絕緣保溫層的冷點。

3 氣試期間的物料處理系統(tǒng)測試

3.1 與接收站的連接以及緊急關(guān)停系統(tǒng)的測試

到達(dá)接收站后，應(yīng)進(jìn)行的操作包括：1）連接船岸接地線和通訊設(shè)施；2）連接卸料臂；3）開啟碼頭防護(hù)水幕；4）測試緊急關(guān)停系統(tǒng)。

緊急關(guān)停系統(tǒng)按如下程序測試：1）將運輸船的緊急關(guān)停系統(tǒng)連接至岸邊物料泵和管線的關(guān)停線路；2）打開緊急關(guān)停閥；3）確認(rèn)緊急關(guān)停系統(tǒng)已連接電源，氣動管線壓力正常；4）通過裝卸控制室控制面板的重置按鈕，重置緊急關(guān)停系統(tǒng)；5）通過裝卸控制室的控制面板和/或接收站，啟動緊急關(guān)停系統(tǒng)；6）使用電話確認(rèn)LNG船和接收站相互之間的通訊信號正常；7）測試支線的緊急關(guān)斷閥的關(guān)閉時間，特別注意以下時間：信號發(fā)出的時間至閥開始關(guān)閉的時間，信號發(fā)出的時間至閥完全關(guān)閉的時間；8）重啟緊急關(guān)停系統(tǒng)。

3.2 凈化（置換）

當(dāng)LNG船到達(dá)接收站，2個已經(jīng)惰化的貨艙將會在-70~20℃℃之間的溫度用LNG蒸汽清洗，在此操作期間，貨艙應(yīng)將壓力保持在40mbar~200mbar。

船廠采用的典型操作程序：1）液體管線和LNG氣化器之間的噴淋管線冷卻；2）由接收站向氣化器、液體管線和噴淋管線供應(yīng)LNG；3）LNG蒸汽通過氣體管線進(jìn)入貨艙；4）由液體管線將置換掉的惰性氣體和LNG蒸汽混合物輸送至接收站；5）在穹頂頂部取樣并分析 LNG蒸汽成分；6）當(dāng)貨艙內(nèi)的LNG蒸汽含量超過98%，凈化基本完成。

在凈化操作期間，應(yīng)根據(jù)情況對下列項目進(jìn)行檢查和/或記錄：1）大氣壓力和溫度；2）海水溫度；3）貨艙壓力、溫度和 LNG蒸汽含量；4）絕熱空間壓力和溫度；5）LNG氣化器出口壓力、溫度和流速；6）到岸的流速；7）液體和氣體管道的壓力和溫度；8）貨艙和主絕熱空間的壓力差。

3.3 冷卻

凈化操作之后，裝載LNG前，貨艙需要冷卻。冷卻的目的是為了減小貨艙邊緣和泵塔上的熱應(yīng)力，以及減少最初裝載階段蒸發(fā)氣體的體積。冷卻階段操作目標(biāo)是使貨艙內(nèi)平均溫度在-130℃以下。

船廠采用的典型操作程序：1）液體管線和貨艙之間的噴淋管線冷卻至-100℃以下的溫度；2）LNG由接收站通過液體管線向和噴淋管線進(jìn)入貨艙；3）LNG蒸汽通過噴淋頭開始進(jìn)行噴淋；4）貨艙內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽由氣相管線返回至接收站；5）每小時測量一次LNG的溫度。

操作期間，應(yīng)根據(jù)情況對下列項目進(jìn)行檢查和/或記錄：1）大氣壓力和溫度；2）海水溫度；3）貨艙壓力、溫度和液位；4）絕熱空間的溫度和氮的流速；5）清艙總管的壓力和溫度；6）到岸的流速；7）液體和氣體管線的壓力和溫度；8）貨艙和內(nèi)層絕熱空間的壓力差；9）絕熱艙和內(nèi)殼空間的壓力差。在冷卻操作期間，要通過外觀檢查確定沒有表面上的問題，同時也要檢查液貨測量系統(tǒng)（CTS）。

3.4 裝載

一旦冷卻完成，一個儲罐內(nèi)將會裝載一定數(shù)量的LNG用來進(jìn)行氣試。對于目前標(biāo)準(zhǔn)的LNG運輸船裝載的LNG約為4000m3~5000m3。

船廠采用的典型操作程序：1）液體管線冷卻至-100℃以下的溫度；2）液體管線冷卻后即開始LNG裝載；3）在裝載過程中定期檢查液位和壓力及溫度；4）當(dāng)達(dá)到計劃裝載量時，緊急切斷閥關(guān)閉，進(jìn)料閥一直開啟，避免壓力增大。

裝載操作期間應(yīng)根據(jù)情況對下列項目進(jìn)行檢查和/或記錄：1）大氣壓力和溫度；2）海水溫度；3）貨艙壓力、溫度和液位；4）絕熱空間的溫度和氮的流速；5）清艙總管的壓力和溫度；6）到岸的流速；7）液體和氣體管線的壓力和溫度；8）貨艙和內(nèi)層絕熱空間的壓力差；9）絕熱艙和內(nèi)殼空間的壓力差。

在冷卻過程中檢查液貨管子確認(rèn)沒有冷點、收縮和支架的側(cè)向移動，檢查閥門保證沒有泄漏。

在此階段緊急關(guān)閉系統(tǒng)已經(jīng)測試是很必要的，液貨測量系統(tǒng)和浮動計也需要完成檢查。

3.5 海上凈化（置換）

接收站未凈化的儲艙將會在海上進(jìn)行相似操作。通過噴射泵將儲艙的LNG進(jìn)行噴淋，被置換的氮氣和LNG蒸汽的混合物通過桅桿高處放空。

3.6 海上冷卻

仍然溫暖的儲艙在海上通過與在接收站相似的操作進(jìn)行冷卻。通過噴射泵將儲艙的LNG進(jìn)行噴淋，產(chǎn)生的 LNG蒸汽的被燃燒掉。如果超壓，氣體將會通過桅桿進(jìn)行高處放空。

3.7 LNG轉(zhuǎn)移和泵操作

LNG按照順序從一個儲艙轉(zhuǎn)移到另一個儲艙來測試所有艙內(nèi)泵。該操作交替每一個主艙內(nèi)泵和噴淋泵和清艙泵，備用泵也同樣在儲艙內(nèi)降級操作。

在進(jìn)行 LNG轉(zhuǎn)移操作過程中應(yīng)根據(jù)情況對下列項目進(jìn)行檢查和/或記錄：1）大氣壓力和溫度；2）海水溫度；3）貨艙液位；4）貨艙和內(nèi)層絕熱空間的壓力差和溫度差；5）所有泵的卸貨壓力、發(fā)動機電流、泵的裝載、關(guān)閉等級；6）應(yīng)該按照下面的順序開關(guān)閥：LNG泵卸料閥、LNG儲艙進(jìn)料閥、分支閥門；7）絕熱空間內(nèi)氮的流速；8）絕熱艙和內(nèi)殼空間的溫度。

在這個過程中，檢查包括儀表、監(jiān)控、報警燈所有設(shè)備是否正常工作。

3.8 卸載

當(dāng)LNG轉(zhuǎn)移操作完畢，LNG船與接收站再次對接卸載剩余的貨物。

船廠采用的典型操作程序：1）在達(dá)到接收站前所有的儲藏最好全部凈化，并將剩余的LNG轉(zhuǎn)移至一個儲艙內(nèi)；2）在到達(dá)接收站前，液體管線和將要卸載LNG的儲艙內(nèi)的噴淋泵使用LNG冷卻；3）在連接接收站后卸載臂使用裝有LNG的儲艙內(nèi)的噴淋泵冷卻；4）使用卸料泵和清艙泵卸載剩余液貨。

在操作期間，應(yīng)根據(jù)情況對下列項目進(jìn)行檢查和/或記錄：1）大氣壓力和溫度；2）海水溫度；3）貨艙壓力、溫度和液位；4）絕熱空間的壓力、溫度和氮的流速；5）如果岸上蒸汽回流管線不能使用，需要記錄LNG氣化器出口壓力、溫度和流速；6）卸料泵和清艙泵出口壓力和流量；7）液體主管線和跨接管線的壓力及溫度；8）盡量記錄來自岸上的蒸汽流速；9）貨艙和內(nèi)層絕熱空間的壓力差；10）絕熱艙和內(nèi)殼空間的壓力差。

在這個過程中，檢查包括儀表、監(jiān)控、報警燈所有設(shè)備是否正常工作。

3.9 升溫

到船廠后，儲藏在惰化和凈化之前需進(jìn)行升溫。

船廠采用的典型操作程序：1）冷的LNG蒸汽通過蒸汽管線被輸送至重型壓縮機和氣體加熱器；2）加熱的氣體通過裝貨管線返回至儲艙底部；3）不能通過泵抽走的LNG被蒸發(fā)為氣體；4）產(chǎn)生的LNG蒸汽的被燃燒掉，如果超壓，氣體將會通過桅桿進(jìn)行高處放空。

在儲藏升溫操作期間，應(yīng)根據(jù)情況對下列項目進(jìn)行檢查和/或記錄：1）大氣壓力和溫度；2）海水溫度；3）貨艙壓力、溫度和液位；4）絕熱空間的壓力、溫度和氮的流速；5）重型壓縮機出口壓力和溫度及氣體流速；6）氣體加熱器的壓力和溫度；7）液體主管線和跨接管線的壓力及溫度；8）到燃燒爐和大氣的蒸汽流速；9）貨艙和內(nèi)層絕熱空間的壓力差；10）絕熱艙和內(nèi)殼空間的壓力差；11）壓縮機和電機的噪音。

在這個過程中，檢查包括儀表、監(jiān)控、報警燈所有設(shè)備是否正常工作，檢查液體管道的位移。

3.10 惰化和通風(fēng)

一旦升溫完成，所有的儲艙接著均被惰化和凈化，凈化和惰化程序如上所述進(jìn)行逆向操作。

4 氣試過程中氣體管理系統(tǒng)的測試

4.1 氣體燃燒操作確認(rèn)測試

在氣體測試操作過程中對下列主要的氣體燃燒操作，按照備忘錄約定進(jìn)行測試：1）氮氣清洗順序；2）燃燒器燃料模式變化順序；3）在雙模式下增加/減少燃燒器順序；4）在氣體模式下減少燃燒器順序；5）在氣體模式下熄火和跳閘；6）燃油自動輔助順序；7）燃?xì)庾杂闪鲃樱紵囼灒?）燃油升壓順序；9）燃?xì)馊紵囼灪椭髌啓C的操作。

4.2 蒸發(fā)的氣體操作確認(rèn)測試

按照備忘錄約定進(jìn)行下列蒸發(fā)器的操作測試：1）貨艙壓力控制系統(tǒng)沒有強制蒸發(fā)器；2）貨艙壓力控制系統(tǒng)有強制蒸發(fā)器；3）貨艙通風(fēng)控制。

4.3 其他測試

其他包括：1）停電測試；2）過量 BOG應(yīng)急調(diào)放測試；3）氣體模式下輪機艙無人操作測試。

5 第一次裝載和卸載操作

1）驗船師出席第一次裝載和卸載操作過程。對于 LNG運輸船，驗船師出席第一次裝載和卸載操作過程是必要的。通常，驗船師將會確認(rèn)所有裝備包括儀器儀表、監(jiān)控和報警系統(tǒng)在操作過程中正常運行。當(dāng)在氣試過程中裝載一定量的氣體量相對于整個船的容量較小（在3%以內(nèi)），有必要確定所有設(shè)備通過了氣體測試檢查并在全速下正常工作，例如液貨管系在實際操作流速大于氣體測試流速下會進(jìn)行再次檢查。

2）確認(rèn)灌裝限制。在氣試期間，裝載低于儲罐低槽的少量 LNG時，確認(rèn)高、高高液位報警和自動停車不能使用。在完成裝載后，可通過清艙泵從一個貨艙向另一個貨艙轉(zhuǎn)移一些貨物來進(jìn)行測試高高液位報警。

3）確認(rèn)冷點。IGC規(guī)范中要求，當(dāng)?shù)谝淮螡M載時候確認(rèn)船體內(nèi)膜冷點（微量積冰）。

6 結(jié)論

1）在實際操作過程中，根據(jù)每個接收站及LNG運輸船的實際情況進(jìn)行氣試操作。

2）在氣體測試過程中，若通過惰性氣體產(chǎn)生器產(chǎn)生惰性氣體來進(jìn)行干燥，或選用二氧化碳進(jìn)行惰化，必須核算進(jìn)入管道的氣體是否會產(chǎn)生干冰，避免產(chǎn)生的干冰堆積在罐壁及切斷閥門附近，阻塞氣相管道，尤其在切斷閥門處，固化的干冰將不會升華，造成不能卸船，類似事故在國內(nèi)接收站出現(xiàn)過。

3）推薦在氣試過程中采用氮氣作為惰氣。

[1] 付海泉, 林素輝, 郭志明. 大型 LNG 接收站配合LNG船氣試作業(yè)簡析[J]. 天然氣技術(shù)與經(jīng)濟(jì), 2012,6(4): 47-50.

[2] 嚴(yán)藝敏, 鐘君兒, 李昭新. LNG接收站配合LNG運輸船氣體試驗技術(shù)研究[J]. 上海煤氣, 2012, 298(6): 1-8.

[3] 中國船級社. 薄膜型液化天然氣運輸船檢驗指南[S].2011.

[4] 中國船級社. CCS散裝運輸液化氣體船舶構(gòu)造與設(shè)備規(guī)范[M]. 北京: 人民交通出版社, 2005: 107.

[5] McGuire. White. Liquefied Gas Handling Principles On Ship and in Terminal[M]. London: Witherby &Company Limited, 2000: 25-163.