小型LNG運輸船氣體試驗與分析

饒洪華

（大連中遠海運重工有限公司，遼寧大連 116113）

0 引言

近年來，隨著能源發展方式的轉變，液化天然氣（Liquefied Natural Gas，LNG）貿易成為世界油氣產業的焦點，進而導致對LNG運輸船的需求逐步增強。新造的LNG運輸船在投入營運之前，必須進行氣體試驗以檢驗LNG運輸船貨物系統功能的安全性、操作性和完整性。

通常情況下，LNG運輸船的氣體試驗方式分為2種：

1）“船對船”氣體試驗方式

“船對船”氣體試驗方式是指在LNG加注船配合下進行船與船之間安全駁運LNG的氣體試驗工作，但目前國內還沒有正式營運的LNG加注船，故較少采用此種試驗方式。

2）“船對岸”氣體試驗方式

“船對岸”氣體試驗方式是指在LNG接收站的配合下完成氣體試驗工作。

本文對某28 000 m3小型LNG運輸船氣體試驗進行介紹，分析試驗當中的相關操作流程及注意事項。

1 船岸概況

28 000 m3 LNG運輸船總長176.8 m，型寬27.6 m,設計吃水7.8 m。液貨艙采用獨立式C型罐形式，材料為9%鎳鋼，共3個雙筒式液貨艙（1號艙容積為8 200 m3，2號艙容積為10 000 m3，3號艙容積為10 000 m3）和1個單筒式甲板罐（容積為120 m3），總容積為28 320 m3。每個液貨艙內安裝2臺深井式液貨泵，甲板罐內安裝1臺浸沒式燃氣泵。

廣東粵東LNG接收站碼頭位于中國廣東揭陽市惠來沿海港作業區西部，經緯度為39°54′20″N，東經116°25′29″E。靠泊LNG運輸船的最小船型為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接收站氣體試驗主要流程及操作

28 000 m3 LNG運輸船在粵東LNG接收站進行的氣體試驗主要分為5個階段：船岸匹配、液貨艙氣體置換、液貨艙預冷、液貨艙裝載和卸料臂拆除，操作過程需滿足國際液化氣體船及碼頭經營者協會（The Society of International Gas Tanker and Terminal Operators，SIGTTO）的相關要求。

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、船舶設備狀態檢查、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）測試等工作。

LNG運輸船在接收站進行氣體試驗前，需將船舶國籍證書、國際防油污證書、國際船舶保安證書、船舶最低安全配員證書、船舶航行安全證書、貨輪設備安全證書、貨輪構造安全證書以及散裝液化氣適裝證書提交LNG接收站進行審核。船岸雙方提前做好應急計劃和應急程序。根據船舶建造的主尺度，船上貨物集管區詳細布置、系泊設備布置、液貨系統設備參數、ESD系統、消防設備配置等信息完成“船岸兼容表”。此外，需要將系泊分析報告提交LNG接收站進行船岸系纜數據完整性分析，在數據確認后向接收站遞交靠泊碼頭的申請。

船舶在按照系纜方案安全靠泊LNG接收站時，需要對船舶設備進行狀態檢查以保持推進裝置處于待用狀態。確保LNG船舶上的陰極保護設備處于切斷狀態，安全消防系統備用正常，水-乙二醇冷卻/加熱系統運行正常，鍋爐和發電機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，船岸雙方進行通信連接測試試驗，船/岸通信連接（Ship Shore Link，SSL）主要用于接收站與LNG運輸船的ESD和電話服務，設有數據通信接口，并能夠向LNG船舶傳輸多層次多型號（多層次多型號，MLMS）數據。粵東LNG接收站碼頭SSL中配置光纖和電纜2種連接方式，本文的氣體試驗過程采用光纖連接。

在船岸連接通信測試完成后，進行卸料臂的連接和吹掃工作。LNG接收站操作人員負責卸料臂的連接工作，船方負責異徑接頭和過濾器的安裝。確保集管區域液壓遙控閥工作正常，并保持閥門關閉。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，接收站使用氮氣吹掃氣相管路和裝載臂，開啟裝卸總管手動取樣閥，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%，露點溫度要低于-25℃。最后，檢查管路連接處的密性，關閉泄放閥，并采用氮氣加壓，液相卸料臂采用450 kPa的壓力進行氣密測試，氣相臂采用200 kPa的壓力進行氣密測試，持續保壓 5 min，在壓力表讀數穩定后，采用肥皂水檢查是否存在泄漏問題。

根據中國船級社的相關要求，氣體試驗需要完成熱態ESD測試和冷態ESD測試。熱態ESD測試應在氣體試驗正式開始前在受注船和加注設施之間進行，以確認系統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ESD，雙方測試閥門的關斷時間以確保系統操作正常。

船岸合理匹配是LNG船舶進行氣體試驗的基礎，在港期間，船方甲板和機艙須留有足夠人員，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氣，即采用LNG接收站提供的蒸發氣將艙內氮氣驅離，最終使艙內的氣體濃度滿足液貨艙冷卻條件。

在驅氣之前，LNG船舶在船廠完成液貨艙的干燥和惰化工作，防止艙內空氣與氣態天然氣形成混合爆炸氣體。液貨艙的氧含量不得超過規定限值（測量管路出口氧氣的體積含量小于2%），露點應低于-40℃，露點測量結果見表1。

表1 露點測量結果（單位：℃）

液貨艙驅氣試驗可采用以下3種方式：

1）利用接收站提供的蒸發氣進行液貨艙驅氣，將液貨艙內的混合氣體通過液相總管輸送至接收站進行處理。

2）接收站將LNG輸送至船上強制蒸發器，將蒸發后的LNG輸送至各液貨艙進行氣體置換。

3）接收站輸送LNG至船上甲板液貨罐，啟動罐內燃氣泵將LNG輸送至強制蒸發器，將蒸發后的LNG輸送至各液貨艙進行氣體置換。

本文采用第2種操作方式進行液貨艙驅氣。船岸雙方連接氣相和液相所有管路，采用并聯方式對液貨艙和甲板罐同時進行氣體置換。船上液貨系統的閥門處于工作狀態，啟動水乙二醇加熱系統，確認蒸汽系統供應正常，運行裝卸集管區的水幕噴灑系統，避免LNG泄露至船體。根據接收站的相關指令，啟動接收站LNG輸液泵，開啟輸液管的供液主閥，緩慢手動開啟集管區進液手動閥，將管路產生的氣液混合物輸送至船上強制蒸發器，調節液貨艙進口遙控閥，將艙內壓力維持在20 MPa以上。接收站確認卸料臂的預冷效果并進行冷態 ESD測試。在船方或接收站觸發緊急關斷信號后，遙控閥門正常關閉，冷態ESD測試完成。船方將遙控閥門恢復至開啟狀態，接收站控制LNG輸送泵正常運行，對供液主閥進行一級調節，加大閥件開啟度。對船上閥件進行流量二級調節，手動調節掃艙管線的進液截止閥，監測LNG輸入強制蒸發器的流量，將液體流速控制在4～5 m3/h范圍內，將輸入壓力控制在0.2 MPa以上。LNG與水-乙二醇冷卻/加熱系統進行熱量交換，蒸發出的天然氣經氣相總管和貨艙頂部注入管輸入液貨艙，通過“活塞效應”將艙內混合氣體（氮氣和天然氣）通過貨艙底部的注入管排出。天然氣濃度小于30%的混合氣體經透氣桅排出，濃度大于30%的混合氣體通過氣相管返回接收站進一步處理。貨物控制室的值班人員對強制蒸發器的出口溫度進行監測，甲板操作人員采用便攜氣體檢測儀進行液貨艙氣體取樣，當貨艙內LNG氣體濃度大于95%后，氣體置換結束。

28 000 m3 LNG運輸船采用強制氣化器進行驅氣時，由于接收站輸送泵的供液壓力低，掃艙管線至強制蒸發器管路的口徑設計小，而管路布置較長，故在操作過程中，流體阻力大，LNG易蒸發，管路容易出現“氣塞”現象，導致LNG無法充分輸送至強制蒸發器。液貨艙置換溫度變化曲線見圖3，置換溫度波動較大，置換過程較為復雜，故液貨艙考慮采用置換與冷卻同時進行方案。

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力，需對貨艙進行預冷操作，避免LNG加注過程出現閃蒸現象而導致貨艙超壓。在冷卻過程中，溫度通常每小時降低10 ℃。

在進行冷卻過程中，LNG接收站將最小供液壓力調整為0.4 MPa，船上相關操作人員調節液貨艙的手動截止閥開度，將注入液貨艙的LNG噴淋量控制在 10～20 m3/h的范圍內，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，控制艙內的蒸發氣在回氣管內的流量處于可控范圍內，避免液貨艙壓力持續增加，進而導致安全閥釋放。在液貨艙冷卻過程中，組織船東和船檢進入隔離空艙，檢查貨艙滑動鞍座的移動距離、貨艙隔熱絕緣包覆效果，以及是否存在冷點及泄露問題。甲板上的操作人員需要有規律地轉動LNG深井泵（溫度每降低3 ℃需要轉泵2圈），并按照深井泵資料要求點動馬達1次。在貨物管線周圍，查看低溫管路及支架的位移狀態，檢查包覆材料是否有泄露和結冰情況。當貨物控制室檢測液貨艙的底部溫度達到-140 ℃時停止冷卻；當液貨艙頂部溫度達到-120 ℃時，關閉液貨艙頂部進液及排氣液壓遙控閥，準備進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，進行貨艙和甲板罐的裝貨操作，28 000 m3 LNG船舶的裝載量統計情況見表2，總轉載量為800 t，裝貨時間約為2～3 h。

表2 LNG船舶裝載量統計情況

在船岸雙方確認裝貨數量后，檢查船舶的穩性和壓載狀態，連接接收站液相管及氣相管，緩慢手動開啟裝卸總管手動閥，保證裝卸總管壓力穩定，避免突開閥門產生的液擊對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，通過調節供液主閥來控制返回接收站的回氣流量，每半小時記錄一次液貨艙液位、壓力、溫度等參數。當1號～3號液貨艙液位達到計算液位時停止裝貨，切斷供液總閥，關閉供液泵，并通知接收站完成裝貨。

在裝貨過程中需要重點檢查以下4個方面：1）LNG管線位移情況；2）支架位移情況；3）檢查管線是否出現冷點及泄漏情況；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，關閉船上裝卸總管遙控閥及手動總閥，并啟動氮氣系統對卸料臂進行吹掃。隨后，排放卸料臂和支管管路的液體，關閉卸料臂主閥，打開氮氣供應閥，開啟船方裝卸總管遙控閥及手動總閥，觀察管路壓力。當觀測壓力突然下降或液體流動停止時，確認卸料臂已排干，關閉液貨艙遙控閥門。最后，采用氮氣置換船上液相管和氣相管中的可燃氣體。

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

3 結論

本文對某28 000 m3小型LNG運輸船氣體試驗進行介紹，對岸船匹配方式、液貨艙氣體置換、液貨艙冷卻、液貨艙裝貨、卸料臂拆除等內容進行重點闡述，分析試驗當中的相關操作流程及注意事項。在氣體試驗過程中，需要船岸雙方緊密配合，嚴格按照氣體試驗程序和作業指導書執行。操作過程中要加強風險防范，制定應急預案，合理規劃 LNG接收站的窗口期，為實船操作提供指導意見。