小型LNG运输船气体试验与分析

饶洪华

（大连中远海运重工有限公司，辽宁大连 116113）

0 引言

近年来，随着能源发展方式的转变，液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）贸易成为世界油气产业的焦点，进而导致对LNG运输船的需求逐步增强。新造的LNG运输船在投入营运之前，必须进行气体试验以检验LNG运输船货物系统功能的安全性、操作性和完整性。

通常情况下，LNG运输船的气体试验方式分为2种：

1）“船对船”气体试验方式

“船对船”气体试验方式是指在LNG加注船配合下进行船与船之间安全驳运LNG的气体试验工作，但目前国内还没有正式营运的LNG加注船，故较少采用此种试验方式。

2）“船对岸”气体试验方式

“船对岸”气体试验方式是指在LNG接收站的配合下完成气体试验工作。

本文对某28 000 m³小型LNG运输船气体试验进行介绍，分析试验当中的相关操作流程及注意事项。

1 船岸概况

28 000 m³ LNG运输船总长176.8 m，型宽27.6 m,设计吃水7.8 m。液货舱采用独立式C型罐形式，材料为9%镍钢，共3个双筒式液货舱（1号舱容积为8 200 m³，2号舱容积为10 000 m³，3号舱容积为10 000 m³）和1个单筒式甲板罐（容积为120 m³），总容积为28 320 m³。每个液货舱内安装2台深井式液货泵，甲板罐内安装1台浸没式燃气泵。

广东粤东LNG接收站码头位于中国广东揭阳市惠来沿海港作业区西部，经纬度为39°54′20″N，东经116°25′29″E。靠泊LNG运输船的最小船型为20 000 m³的Special-type，最大船型为267 000 m³的Q-Max。LNG接收站的布置情况见图1，接收站拥有LNG船舶专用锚地和航道，其所在海域水深满足LNG船舶的通航要求。

图1 LNG接收站的布置情况

2 LNG接收站气体试验主要流程及操作

28 000 m³ LNG运输船在粤东LNG接收站进行的气体试验主要分为5个阶段：船岸匹配、液货舱气体置换、液货舱预冷、液货舱装载和卸料臂拆除，操作过程需满足国际液化气体船及码头经营者协会（The Society of International Gas Tanker and Terminal Operators，SIGTTO）的相关要求。

2.1 船岸匹配

船岸匹配主要包括证书审核、船岸兼容性分析、船舶设备状态检查、放置登船梯、船岸通信连接、卸料臂连接和吹扫、静电放电（Electro-Static Discharge，ESD）测试等工作。

LNG运输船在接收站进行气体试验前，需将船舶国籍证书、国际防油污证书、国际船舶保安证书、船舶最低安全配员证书、船舶航行安全证书、货轮设备安全证书、货轮构造安全证书以及散装液化气适装证书提交LNG接收站进行审核。船岸双方提前做好应急计划和应急程序。根据船舶建造的主尺度，船上货物集管区详细布置、系泊设备布置、液货系统设备参数、ESD系统、消防设备配置等信息完成“船岸兼容表”。此外，需要将系泊分析报告提交LNG接收站进行船岸系缆数据完整性分析，在数据确认后向接收站递交靠泊码头的申请。

船舶在按照系缆方案安全靠泊LNG接收站时，需要对船舶设备进行状态检查以保持推进装置处于待用状态。确保LNG船舶上的阴极保护设备处于切断状态，安全消防系统备用正常，水-乙二醇冷却/加热系统运行正常，锅炉和发电机在柴油工作模式下的排气状况满足LNG接收站要求。船岸双方检查完成后，LNG接收站的操作人员将登船梯放置在指定位置（见图2）。登船梯连接船与接收站唯一的安全通道，布置于LNG船舶的左舷位置。

图2 放置登船梯

在登船梯放置完成后，船岸双方进行通信连接测试试验，船/岸通信连接（Ship Shore Link，SSL）主要用于接收站与LNG运输船的ESD和电话服务，设有数据通信接口，并能够向LNG船舶传输多层次多型号（多层次多型号，MLMS）数据。粤东LNG接收站码头SSL中配置光纤和电缆2种连接方式，本文的气体试验过程采用光纤连接。

在船岸连接通信测试完成后，进行卸料臂的连接和吹扫工作。LNG接收站操作人员负责卸料臂的连接工作，船方负责异径接头和过滤器的安装。确保集管区域液压遥控阀工作正常，并保持阀门关闭。操作人员将船上左舷液相管与接收站卸料臂相连，船上气相管与接收站回气管相连。在连接完成后，接收站使用氮气吹扫气相管路和装载臂，开启装卸总管手动取样阀，从船方或接收站排出气体。排放至大气的氧气浓度要小于 2%，露点温度要低于-25℃。最后，检查管路连接处的密性，关闭泄放阀，并采用氮气加压，液相卸料臂采用450 kPa的压力进行气密测试，气相臂采用200 kPa的压力进行气密测试，持续保压 5 min，在压力表读数稳定后，采用肥皂水检查是否存在泄漏问题。

根据中国船级社的相关要求，气体试验需要完成热态ESD测试和冷态ESD测试。热态ESD测试应在气体试验正式开始前在受注船和加注设施之间进行，以确认系统是否兼容和正确连接。在完成卸料臂连接和吹扫工作后，接收站或船方将从岸上或船上启动ESD，双方测试阀门的关断时间以确保系统操作正常。

船岸合理匹配是LNG船舶进行气体试验的基础，在港期间，船方甲板和机舱须留有足够人员，并保持有效的值班，确保船舶在紧急情况下离泊的安全性和可靠性。

2.2 液货舱气体置换

液货舱气体置换也称驱气，即采用LNG接收站提供的蒸发气将舱内氮气驱离，最终使舱内的气体浓度满足液货舱冷却条件。

在驱气之前，LNG船舶在船厂完成液货舱的干燥和惰化工作，防止舱内空气与气态天然气形成混合爆炸气体。液货舱的氧含量不得超过规定限值（测量管路出口氧气的体积含量小于2%），露点应低于-40℃，露点测量结果见表1。

表1 露点测量结果（单位：℃）

液货舱驱气试验可采用以下3种方式：

1）利用接收站提供的蒸发气进行液货舱驱气，将液货舱内的混合气体通过液相总管输送至接收站进行处理。

2）接收站将LNG输送至船上强制蒸发器，将蒸发后的LNG输送至各液货舱进行气体置换。

3）接收站输送LNG至船上甲板液货罐，启动罐内燃气泵将LNG输送至强制蒸发器，将蒸发后的LNG输送至各液货舱进行气体置换。

本文采用第2种操作方式进行液货舱驱气。船岸双方连接气相和液相所有管路，采用并联方式对液货舱和甲板罐同时进行气体置换。船上液货系统的阀门处于工作状态，启动水乙二醇加热系统，确认蒸汽系统供应正常，运行装卸集管区的水幕喷洒系统，避免LNG泄露至船体。根据接收站的相关指令，启动接收站LNG输液泵，开启输液管的供液主阀，缓慢手动开启集管区进液手动阀，将管路产生的气液混合物输送至船上强制蒸发器，调节液货舱进口遥控阀，将舱内压力维持在20 MPa以上。接收站确认卸料臂的预冷效果并进行冷态 ESD测试。在船方或接收站触发紧急关断信号后，遥控阀门正常关闭，冷态ESD测试完成。船方将遥控阀门恢复至开启状态，接收站控制LNG输送泵正常运行，对供液主阀进行一级调节，加大阀件开启度。对船上阀件进行流量二级调节，手动调节扫舱管线的进液截止阀，监测LNG输入强制蒸发器的流量，将液体流速控制在4～5 m³/h范围内，将输入压力控制在0.2 MPa以上。LNG与水-乙二醇冷却/加热系统进行热量交换，蒸发出的天然气经气相总管和货舱顶部注入管输入液货舱，通过“活塞效应”将舱内混合气体（氮气和天然气）通过货舱底部的注入管排出。天然气浓度小于30%的混合气体经透气桅排出，浓度大于30%的混合气体通过气相管返回接收站进一步处理。货物控制室的值班人员对强制蒸发器的出口温度进行监测，甲板操作人员采用便携气体检测仪进行液货舱气体取样，当货舱内LNG气体浓度大于95%后，气体置换结束。

28 000 m³ LNG运输船采用强制气化器进行驱气时，由于接收站输送泵的供液压力低，扫舱管线至强制蒸发器管路的口径设计小，而管路布置较长，故在操作过程中，流体阻力大，LNG易蒸发，管路容易出现“气塞”现象，导致LNG无法充分输送至强制蒸发器。液货舱置换温度变化曲线见图3，置换温度波动较大，置换过程较为复杂，故液货舱考虑采用置换与冷却同时进行方案。

图3 液货舱置换温度变化曲线

2.3 液货舱冷却

船上装载LNG之前，为减少液货舱的热应力，需对货舱进行预冷操作，避免LNG加注过程出现闪蒸现象而导致货舱超压。在冷却过程中，温度通常每小时降低10 ℃。

在进行冷却过程中，LNG接收站将最小供液压力调整为0.4 MPa，船上相关操作人员调节液货舱的手动截止阀开度，将注入液货舱的LNG喷淋量控制在 10～20 m³/h的范围内，甲板罐的喷淋量约为 2 m³/h。

货舱底部和顶部温度曲线变化情况见图4。要保证注入液货舱的LNG完全挥发，控制舱内的蒸发气在回气管内的流量处于可控范围内，避免液货舱压力持续增加，进而导致安全阀释放。在液货舱冷却过程中，组织船东和船检进入隔离空舱，检查货舱滑动鞍座的移动距离、货舱隔热绝缘包覆效果，以及是否存在冷点及泄露问题。甲板上的操作人员需要有规律地转动LNG深井泵（温度每降低3 ℃需要转泵2圈），并按照深井泵资料要求点动马达1次。在货物管线周围，查看低温管路及支架的位移状态，检查包覆材料是否有泄露和结冰情况。当货物控制室检测液货舱的底部温度达到-140 ℃时停止冷却；当液货舱顶部温度达到-120 ℃时，关闭液货舱顶部进液及排气液压遥控阀，准备进行液货舱的装货工作。

图4 货舱底部和顶部温度曲线变化情

2.4 液货舱装货

在液货舱充分冷却后，进行货舱和甲板罐的装货操作，28 000 m³ LNG船舶的装载量统计情况见表2，总转载量为800 t，装货时间约为2～3 h。

表2 LNG船舶装载量统计情况

在船岸双方确认装货数量后，检查船舶的稳性和压载状态，连接接收站液相管及气相管，缓慢手动开启装卸总管手动阀，保证装卸总管压力稳定，避免突开阀门产生的液击对装卸总管滤器或其他敏感部件造成损坏。货物控制室的工作人员遥控开启液货舱和甲板罐顶部装液阀，从货舱管路底部注入LNG，闪蒸汽从顶部气相管返回接收站。在操作过程中，通过调节供液主阀来控制返回接收站的回气流量，每半小时记录一次液货舱液位、压力、温度等参数。当1号～3号液货舱液位达到计算液位时停止装货，切断供液总阀，关闭供液泵，并通知接收站完成装货。

在装货过程中需要重点检查以下4个方面：1）LNG管线位移情况；2）支架位移情况；3）检查管线是否出现冷点及泄漏情况；4）检查管路绝缘材料的包覆效果。

2.5 卸料臂拆除

在 LNG运输船装载货物完成后，需要拆除卸料臂。首先，将液相臂中残留的LNG排放至接收站的岸罐中，关闭船上装卸总管遥控阀及手动总阀，并启动氮气系统对卸料臂进行吹扫。随后，排放卸料臂和支管管路的液体，关闭卸料臂主阀，打开氮气供应阀，开启船方装卸总管遥控阀及手动总阀，观察管路压力。当观测压力突然下降或液体流动停止时，确认卸料臂已排干，关闭液货舱遥控阀门。最后，采用氮气置换船上液相管和气相管中的可燃气体。

在卸料臂排放和吹扫完成后，将压力释放至安全状态，关闭船上所有阀门，并用淡水清除卸料臂上凝结的冰。接收站人员拆除卸料臂，船厂人员安装盲板法兰。

3 结论

本文对某28 000 m³小型LNG运输船气体试验进行介绍，对岸船匹配方式、液货舱气体置换、液货舱冷却、液货舱装货、卸料臂拆除等内容进行重点阐述，分析试验当中的相关操作流程及注意事项。在气体试验过程中，需要船岸双方紧密配合，严格按照气体试验程序和作业指导书执行。操作过程中要加强风险防范，制定应急预案，合理规划 LNG接收站的窗口期，为实船操作提供指导意见。