液化天然氣船與超大型油船貨物操作差異分析

陸慶東 何慶華

隨著全球LNG貿易量不斷增長，LNG船隊規模也不斷擴張。截至2022年底，全球共有734艘大型LNG船，且每年以10%左右的速度增長[1]。邁入21世紀以來，我國天然氣產業實現了跨越式發展，LNG船隊也在加速發展，導致出現LNG船員緊缺問題。由于LNG船的貨物操作與油船相比有相似之處，LNG船東更愿意招聘有油船特別是超大型油船（VLCC）工作經歷的船員到LNG船上工作。

盡管有諸多相似之處，LNG船與VLCC在貨物管理和操作方面仍存在較大差異。本文以一艘17.7萬m3的No 96薄膜型LNG船與總載重量30萬t的VLCC為例，對LNG船和VLCC在貨物性質、貨艙和管系、集氣平臺布置、貨物相關設備、貨物溢出報警系統、貨艙壓力控制方式和貨物操作等方面的差異進行對比分析，并提出相關建議，為新加入LNG船隊的船員盡快適應和勝任LNG船上工作提供參考。

一、貨物性質差異

（一）原油

1.成分

原油是各種烴類（碳氫化合物的統稱）和非烴類（硫、氧、氮、磷、釩等元素）化合物所組成的天然石油產品，其組成十分復雜，不同產地的原油成分差異較大。原油中碳元素含量一般為82%～87%，氫元素的含量一般為12%～15%。

2.危害性

原油主要化學性質包括易燃易爆性、毒性、環境污染性和對船舶結構材料的腐蝕性。

①易燃易爆性。原油揮發出的油氣極易燃燒或爆炸。不同產地的原油，其揮發性和揮發物成分均不同，因此易燃性也不同，一般把原油分成“不易揮發”和“易揮發”兩種。

②毒性。原油含有芳香烴（如苯、甲苯和二甲苯等）、硫化物等有毒物質。液態原油通過吞食、皮膚接觸等可對人體器官造成損害，原油蒸發氣可通過吸入的方式對人體健康產生嚴重危害。

③污染環境。如果原油泄漏入海，將造成嚴重的海洋環境污染。

④腐蝕性。原油中含有硫分，長時間與船舶結構材料接觸，會對其造成腐蝕。

（二）LN G

1.成分

LNG是由多種碳氫化合物組成的混合物，主要成分是甲烷。不同產地的天然氣甲烷含量不同，表1為某地的天然氣組成。

表1 天然氣組成

2.危害性

LNG最主要的危害包括易燃易爆、低溫凍傷、致人窒息、翻滾和快速相變等。

（1）易燃易爆

常溫下甲烷在空氣中的可燃范圍為5.3%～14%（體積比）。LNG泄漏會立即氣化，與空氣混合后達到可燃范圍時，遇到火源將發生燃燒或爆炸。

（2）低溫凍傷

LNG液體泄漏接觸到人體皮膚上，將導致皮膚凍傷；泄漏到甲板上，可能導致金屬脆性斷裂。

（3）致人窒息

純凈天然氣本身沒有毒性，但具有窒息性。LNG泄漏會迅速蒸發，導致空氣中含氧量急劇減少，人處于該環境時，極易由于缺氧導致窒息。

（4）翻滾

作為不同組分的混合物，LNG在貨艙內會出現分層而引起翻滾現象，致使LNG大量蒸發，引起貨艙壓力升高，如不及時處置，嚴重時會危及貨艙安全。

（5）快速相變

當低溫LNG和水接觸時，可能出現LNG的快速沸騰氣化現象，稱為快速相變，從而導致蒸氣爆炸（并非燃燒爆炸）。

二、貨物系統與貨物操作差異

LNG船和VLCC在貨艙、甲板管系、集氣平臺布置、貨物設備、貨物溢出報警系統、貨艙壓力控制和貨物操作等方面均存在一定差異。

（一）貨艙和管系

1.貨艙

（1）VLCC

典型的VLCC共有17個貨艙，包括5個中艙和12個邊艙，其中最后2個邊艙為殘油艙。

VLCC貨艙艙壁涂層一般為有機環氧涂層或不銹鋼涂層。不銹鋼涂層可以裝載大部分油品或化學品貨物。

殘油艙底部設有加溫盤管。

（2）LNG船

No 96薄膜型LNG船共有4個貨艙，貨艙之間設有干隔艙。

貨艙艙壁有主屏壁和次屏壁，材料均為殷瓦鋼，厚度0.7 mm，成分包括36%左右的鎳鋼合金和64%的鐵，具有極低的熱膨脹系數[2]。

LNG船貨艙內部不設加熱盤管。

2.甲板管系

（1）VLCC

VLCC甲板管系主要包括貨油管系、蒸氣排放控制管系、惰氣管系和洗艙管系等。

（2）LNG船

LNG船甲板管系主要包括液相管系、氣相管系、噴淋管系、氮氣管系、惰氣管系、燃氣管系和應急通風管系等。LNG船不需要洗艙，故不設洗艙管系。

（二）集氣平臺布置

1.VLCC

VLCC集氣平臺（manifold）有4根貨油管線（藍色，字母C表示cargo）和2根蒸氣排放控制管線（黃色，字母V表示vapour），通常貨油管設在中部，蒸氣排放控制管設在兩側，如圖1所示。

圖1 VLCC 集氣平臺布置

2.LNG船

LNG船集氣平臺有4根液相管線（字母L表示liquid）和1根氣相管線，氣相管線在中部，如圖2所示。

圖2 LNG船集氣平臺布置

（三）貨物相關設備

1.貨泵

（1）VLCC

VLCC配備與卸貨有關的貨泵包括主貨泵、噴射泵和掃線泵等。

主貨泵3臺，為蒸汽透平驅動的立式離心泵，每臺排量為5 500 m3/h。

噴射泵2臺，每臺排量為630 m3/h，當卸貨接近尾聲時，利用噴射泵將殘余貨物卸出。

掃線泵1臺，排量為200 m3/h，用于將貨物管線和貨泵間艙底的殘油排放至污水艙，通過油污排放監控設備排放至船外，或排放至岸上接收設施。

（2）LNG船

LNG船配備貨泵、噴淋/掃艙泵、燃氣泵和應急貨泵等。

每個貨艙裝有兩臺貨泵，都是單級離心泵，排量為1 800 m3/h。

噴淋/掃艙泵結構和貨泵相同，排量小，為60 m3/h，主要用于對貨艙、管線進行預冷；如果需要對貨艙進行干艙，可用該泵將艙底LNG殘液掃出；卸貨時如果岸上不能提供回氣以保持艙壓，可利用該泵將貨艙LNG液貨泵入LNG蒸發器，蒸發成氣體后用壓縮機送至貨艙內以保持艙壓。

燃氣泵的結構和噴淋/掃艙泵相同，排量較小，為15 m3/h。需要強制蒸發氣時，將貨艙LNG液貨泵入強制蒸發器進行蒸發，經加熱器加熱后送至機艙作為燃料。

每艘LNG船都配備一臺應急貨泵，排量為550 m3/h，存儲于甲板。如果某貨艙兩臺主貨泵均失效，由于噴淋泵流量很小，不能用于卸貨，需將應急貨泵安裝至該貨艙進行卸貨。

2.惰氣系統

VLCC利用主鍋爐和廢氣鍋爐產生的廢氣作為惰氣，卸貨時保持貨艙壓力，以及航行時保證貨艙內氧含量低于5%。

LNG船設有專用的惰氣發生器，產生惰氣用于LNG船舶出塢后或進塢前貨艙、管線和貨物設備的惰化。

VLCC和LNG船產生的惰氣主要成分對比如表2所示。

表2 VLCC 和LNG船產生的惰氣成分對比

（1）VLCC

VLCC上無須配備貨物壓縮機（compressor）。

（2）LNG船

LNG船甲板機械房配備4臺貨物壓縮機，2臺大功率的稱為高負載壓縮機（High-Duty compressor，簡稱HD compressor），兩臺小功率的稱為低負載壓縮機（Low-Duty compressor，簡稱LD compressor）。兩種壓縮機工作原理相同。

HD compressor的作用包括：①裝貨過程中和貨艙預冷時，為保持貨艙壓力，將LNG蒸發氣抽出，送至岸罐；②在貨艙氣化操作第2階段，將貨艙LNG蒸發氣和惰氣混合氣體抽出，送至岸罐；③貨艙升溫操作時，將低溫LNG蒸發氣從貨艙抽出，送至加熱器加溫后，再利用該壓縮機將熱的蒸發氣送回到貨艙內，這樣循環多次，達到貨艙升溫的效果。

LD compressor的作用是將貨艙自然蒸發氣和強制蒸發氣送至機艙作為燃料使用。

3.蒸發器

（1）VLCC

VLCC上無須配備貨物蒸發器（vapouriser）。

（2）LNG船

現代LNG船一般配備兩臺蒸發器，包括LNG蒸發器（LNG vapouriser）和強制蒸發器（forcing vapouriser），工作原理相同，都是利用高溫水蒸氣將低溫LNG液體加熱，使之氣化成LNG氣體。功率大的稱為LNG蒸發器，功率小的稱為強制蒸發器。

4.蒸氣加熱器

（1）VLCC

VLCC上無須配備蒸氣加熱器（gas heater）。

（2）LNG船

蒸氣加熱器與蒸發器工作原理相同，都是利用高溫水蒸氣作為加熱介質。蒸發器是將LNG液體加熱成LNG蒸發氣，而蒸氣加熱器是將冷的LNG蒸發氣加熱至所需溫度的LNG蒸發氣。

（四）貨物溢出報警系統

為防止裝貨過多導致液貨溢出貨艙，VLCC和LNG船每個貨艙都設置了獨立貨物溢出報警系統。

VLCC每個貨艙和殘油艙都設定了高位報警（貨艙體積的95%）和高高位報警（貨艙體積的98%）。高高位報警是獨立溢出報警，當貨艙液位達到設定位置時，磁浮子啟動簧片開關，信號傳輸到警報面板，發出聲響和視覺警報。

LNG船每個貨艙設有一個獨立的溢出報警系統。當貨艙液位達到97%（高位）和99%（高高位）時，系統通過一個遠程控制單元，向工作站和報警面板發送信號，發出聲響和視覺警報。

（五）貨艙壓力控制

1.VLCC

VLCC 貨艙壓力通過壓力/真空透氣桅（pressure/vacuum riser，簡稱P/V riser）、壓力/真空閥（pressure/vacuum valve，簡稱P/V valve）、壓力/真空切斷器（pressure/vacuum breaker，簡稱P/V breaker）和貨艙壓力報警系統來控制。

（1）貨艙壓力升高

以下是某VLCC貨艙壓力保護裝置的設定方式（不同的船設定值可能存在差異）。

貨艙壓力增大，甲板P/V riser處于開啟狀態，艙內氣體排出；壓力繼續上升至14 kPa時，P/V valve自動打開，呼氣閥工作，艙內氣體繼續排出。每個貨艙均配備單獨的P/V valve。

當壓力繼續上升至21 kPa時，甲板P/V breaker自動打開。P/V breaker是原油船貨艙透氣系統的組成部分，也是最后一道防線，以防透氣系統故障、誤操作時對結構造成破壞。

貨艙能承受的極大壓力約為25 kPa。

（2）貨艙壓力下降

貨艙壓力下降至1 kPa時，發出警報，貨泵自動停止，以防止貨艙壓力進一步下降。極端情況下，貨艙壓力進一步下降至-7 kPa時，P/V valve打開，吸氣閥工作，外界空氣進入貨艙內，提高艙壓；貨艙壓力繼續下降至-10 kPa時，P/V breaker自動打開，外界空氣加速進入貨艙以提高艙壓。

外界空氣進入貨艙是十分危險的狀況，貨艙油氣和空氣混合，可能達到可燃范圍。

2. LNG船

航行過程中，貨艙壓力保持4 k～19 kPa范圍。壓載航行時，保持艙壓7 k～19 kPa；滿載航行時，保持艙壓4 k～9 kPa，因為滿載時貨物蒸發量大于壓載時的蒸發量，艙壓更容易升高[3]。

（1）貨艙壓力升高

艙壓升高至20 kPa時，發出高壓報警。

艙壓升高至22 kPa時，發出高高壓報警，貨艙噴淋/掃艙泵、噴頭自動關閉。

艙壓升高至23 kPa時，排氣閥（vent valve）自動打開，貨艙蒸發氣通過No.1透氣桅進入大氣（當艙壓降低至21 kPa時，排氣閥自動關閉）。

艙壓進一步升高至25 kPa時，貨艙先導式泄壓閥（pilot operated pressure relief valve）打開，貨艙蒸發氣通過本艙透氣桅進入大氣[4]。每個貨艙設有兩個獨立的泄壓閥，一個失效時另一個立即啟動。LNG船泄壓閥的功能與VLCC的P/V閥基本相同。

（2）貨艙壓力降低

艙壓降低至-1 kPa時，貨艙先導式泄壓閥自動打開，外界空氣進入貨艙，以保證貨艙壓力回到正壓。

同樣，外界空氣進入貨艙是十分危險的狀況，貨艙壓力降為負壓之前應采取相應措施，在泄壓閥自動開啟之前將貨艙壓力升高到正壓。

（六）LN G 船貨物操作

與VLCC相比，LNG船在裝貨前、裝貨、卸貨、貨物計量、壓載航行和進塢前的操作有明顯區別。

1.裝貨前

VLCC出塢后，保證艙內干凈適貨即可開始裝貨。LNG船出塢后不能馬上裝貨，需進行絕緣層充氮、貨艙干燥、惰化、氣化、預冷等操作。

（1）絕緣層充氮

LNG船舶投入正常運營前應將主、次絕熱層充入干燥的氮氣，通過自動控制系統，氮氣不斷得到釋放和補充，維持絕熱層壓力。

（2）貨艙干燥

貨艙干燥（drying）是指LNG船舶出塢后，用干燥的空氣置換貨艙內潮濕的空氣。

貨艙干燥是為避免潮濕的空氣在貨艙降溫過程中凝結成冰；貨艙干燥后需將貨艙惰化，而惰性氣體含有硫和氮氧化物，遇潮濕空氣后易形成腐蝕劑。

（3）貨艙惰化

貨艙惰化（inerting）是指用惰性氣體置換貨艙內的干空氣，目的是避免貨艙內可燃氣體與空氣混合達到可燃氣體濃度范圍。

（4）貨艙氣化

貨艙氣化（gassing up）是指用常溫LNG氣體置換貨艙內惰氣。貨艙氣化的目標是使貨艙內CO2含量低于1%（體積比）。

（5）貨艙預冷

貨艙預冷（cooling down）是指用岸罐的LNG液體通過各貨艙的噴淋管線以噴霧的形式將貨艙溫度降低，以便裝貨的順利進行。

貨艙預冷是為了避免直接裝貨產生過量的LNG蒸發氣，避免直接裝貨對貨艙及絕熱層產生巨大的低溫沖擊。

2.裝貨

LNG船貨艙和船上管線預冷后，各項檢查及測試完畢后可以開始裝貨。裝貨期間，貨艙內原有LNG氣體和后續蒸發氣一起被送回岸罐，利用HD壓縮機將貨艙壓力控制在7 k～10 kPa之間。裝貨時間為12～14 h。

3.卸貨

卸貨前，需利用船上低溫LNG液貨對貨艙、船上管線和岸上管線進行預冷。LNG船卸貨期間，為保持貨艙壓力，岸罐提供LNG氣體通過裝卸臂（氣相）至貨艙，貨艙壓力控制在7 k～13 kPa之間。卸貨時間為12～14 h。

對正常航次來說，LNG船需保留一定的液貨，供機艙作為燃料使用和貨艙預冷，留船貨量依據壓載航程時間等因素而定。如果卸貨后需進塢修船，則應盡可能將貨物卸空。

4.貨物計量

原油買賣，船舶交付是以重量計量，通常用美國石油學會（American Petroleum Institute，簡稱API）或密度進行計算。

LNG貨物買賣，LNG船舶貨物交付不是以重量或體積計量，而是以交付的能量計算，通常以百萬英熱（Million Metric British thermal unit，簡稱MMBtu）為單位[5]。船方數量為法定貨物數量。

以卸貨為例，卸貨前確認各項參數，關閉相關設備，檢查船舶橫、縱傾是否在允許范圍，船方在密閉傳輸計量系統（Custody Transfer Measurement System，簡稱CTMS或CTS）上打印“卸前測量證書”等證明。卸貨后再次對各項參數進行確認，關閉相關設備，檢查船舶橫、縱傾是否在允許范圍，船方打印“卸后測量證書”等證明，計算出卸貨總體積。岸方根據卸貨總體積、卸貨前后液貨溫度、艙內壓力、LNG成分等參數，計算出貨物體積、重量、密度和能量等數據[6-7]。

5.壓載

VLCC各壓載艙壓滿重量為凈載重量的25%～50%。VLCC壓載航行，如遇暴風天氣，可以將風暴艙泵入海水，以保證安全。

LNG船各壓載艙壓滿重量約等于凈載重量，壓載航行與滿載航行吃水基本相當。壓載航行不能將海水壓入貨艙，因為每個貨艙都有貨物。

6.進塢前

VLCC進塢前工作較簡單，只需將所有貨物卸凈，然后進行洗艙和通風，達到進塢標準后即可。

LNG船進塢前須進行掃艙（stripping）、貨艙升溫（warming up）、貨艙惰化（inerting）和貨艙通風（aeration）等操作，使貨艙內空氣質量達到可呼吸狀態，人員可進入貨艙進行檢修。

三、相關建議

擁有油船經驗的船員加入LNG船隊具備優勢，但也應加強學習，盡快掌握LNG船的相關知識和要求。

（一）學習公約和規則，掌握LN G 船相關要求

LNG船建造和操作除了同VLCC一樣要遵守《1974年國際海上人命安全公約》和《國際防止船舶造成污染公約》等，還需符合《國際散裝運輸液化氣體船舶構造和設備規則》（IGC Code）。IGC code規定了散裝液化氣船的設計和建造標準及所裝配的設備，使其對船舶、船員和環境所造成的危險減至最低。船員應熟悉規則的各章內容，并在實踐操作中加以運用。

（二）提高個人安全意識，防范低溫傷害

LNG貨物與普通石油產品的最大不同就是其極低溫度達到-162 ℃左右，因泄漏導致低溫凍傷的事故常有發生，因此，船員在進行貨物操作時，應嚴格遵守安全操作程序，穿著個人防護裝備。在manifold值班的人員，應隨時注意附近管線的工作狀況。如果發現裝卸臂上有碎冰墜落，表明該裝卸臂可能要自動脫開，應立即遠離該場所，并報告相關負責人。

（三）熟悉LN G 船貨物操作設備，提高業務技能

LNG船配備了很多VLCC無須配備或者與其不盡相同的設備，包括壓縮機、蒸發器、蒸氣加熱器、惰氣發生器和氮氣發生器等，相關船員應盡快熟悉這些設備的操作規程，操作時嚴格遵守這些規程。船員應在實踐中不斷總結，掌握設備工作原理，努力提高自身業務技能。

（四）通過模擬器培訓，熟悉LN G 船貨物操作流程

培養LNG船員最有效的途徑是讓他們到LNG船上見習和培訓，但是實船有定員限制，加上成本高昂，無法滿足大批船員在船實訓的要求。航海模擬器現已被廣泛應用于航海教育與培訓，先進的模擬器基本具備與實船對等的功能，可使船員熟悉設備工作原理和操作程序，為以后在實船工作打下堅實的基礎[8]。

（五）注重英語學習，提高英語應用能力

我國LNG船運輸業起步比較晚，LNG船雇用了大量歐美國家船員，船上工作語言一般為英語。為了更快地融入團隊，新加入LNG船的船員應注重英語學習，提高英語應用能力，多和外籍船員交流，與其建立良好的私人關系，從他們身上學到更多的專業知識和先進的管理理念。

四、結語

隨著LNG海運貿易量逐年上升，LNG船的需求量不斷增加，LNG船員短缺成為LNG船發展的瓶頸。與油船相比，LNG船在所載貨物、與貨物相關的結構和設備、貨物操作等方面存在較大差異。為保證LNG船的安全，應對擬在LNG船上任職的有油船工作經驗的船員進行必要的培訓，使其盡快熟悉LNG船相關設備和操作程序，盡快成為合格的LNG船員。