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IGC規(guī)范，臨近液貨艙的所有壓載艙均須進行水壓試驗。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，從艙內進行檢查，確認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)行運輸任務之前還需要進行氣試[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，在設計溫度或接近設計溫度條件下對 LNG船上設施進行一系列試驗，簡稱“氣試”。其目的是確認所有相關的貨物操作設備或氣體管理系統(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，確認各系統(tǒng)與設備的性能；通過從LNG接收站裝載適量的液化天然氣，確認各系統(tǒng)與設備的性能。氣試期間應進行下列操作：屏蔽件處所氮氣充填、液貨艙與管線惰化、置換（充氣）、液貨艙與管線預冷、LNG裝料、泵操作、使用應急泵進行物料緊急轉移、卸料、儲罐預熱、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接收站并裝載氣試所需的 LNG時開始，當運輸船返回至接收站并卸載試驗所需的LNG時結束；第三階段，氣體管理系統(tǒng)與燃氣輪機牽引系統(tǒng)的測試，與物料處理系統(tǒng)測試同時進行。

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的氧氣置換排出，直到空間內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）確認液貨艙內壓力處于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，關閉兩個旁通閥并將常規(guī)氮氣供應/排放閥調至自動控制模式，氮氣置換露點應低于?70°C。在置換操作期間，應根據情況對下列項目進行檢查和/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的潮氣，防止艙體預冷時結冰。液貨艙內部空氣通過惰性氣體產生器吹出的干燥空氣被置換排出，直至艙內露點低于?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料管線，將惰性氣體產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，彌散進入大氣；露點低于?20°C以下時，相關物料管線使用干燥空氣吹掃干燥，在置換操作期間，應按情況對下列項目進行檢查和/或記錄：艙內露點；艙內溫度壓力；惰性氣體產生器出口的空氣溫度、壓力和露點。試驗期間應檢查惰性氣體發(fā)生器，確保其處于良好的功能和運行狀態(tài)。

2.3 惰化

惰化處理后艙內的大氣組分應達到以下要求：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）進行首次惰化處理。

船廠采用的典型氮氣惰化程序如下：1）預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，應根據情況對下列項目進行檢查和/或記錄：液氮供應流量、壓力和溫度；氣化器出口處的氮氣溫度與壓力；液貨艙內露點與氧含量。試驗期間應檢查和確認LNG氣化器處于良好的運行狀態(tài)。

2.4 物料管線預冷

液體物料管線、蒸氣物料管線和噴淋管線應進行預冷，目的是確認管線被調至冷卻狀態(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，應檢查整個管道系統(tǒng)，確認管線無“冷點”。

船廠的典型預冷程序如下：1）物料支管線安裝臨時混合器，以便產生低溫氮氣；2）將混合氣供應至液體物料管線、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，各條管線應在1bar壓力條件下進行氣密性試驗。

操作期間應按情況對下列項目進行檢查和/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停系統(tǒng)的測試

到達接收站后，應進行的操作包括：1）連接船岸接地線和通訊設施；2）連接卸料臂；3）開啟碼頭防護水幕；4）測試緊急關停系統(tǒng)。

緊急關停系統(tǒng)按如下程序測試：1）將運輸船的緊急關停系統(tǒng)連接至岸邊物料泵和管線的關停線路；2）打開緊急關停閥；3）確認緊急關停系統(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，啟動緊急關停系統(tǒng)；6）使用電話確認LNG船和接收站相互之間的通訊信號正常；7）測試支線的緊急關斷閥的關閉時間，特別注意以下時間：信號發(fā)出的時間至閥開始關閉的時間，信號發(fā)出的時間至閥完全關閉的時間；8）重啟緊急關停系統(tǒng)。

3.2 凈化（置換）

當LNG船到達接收站，2個已經惰化的貨艙將會在-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LNG；3）LNG蒸汽通過氣體管線進入貨艙；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）當貨艙內的LNG蒸汽含量超過98%，凈化基本完成。

在凈化操作期間，應根據情況對下列項目進行檢查和/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。冷卻階段操作目標是使貨艙內平均溫度在-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入貨艙；3）LNG蒸汽通過噴淋頭開始進行噴淋；4）貨艙內產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，應根據情況對下列項目進行檢查和/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）貨艙和內層絕熱空間的壓力差；9）絕熱艙和內殼空間的壓力差。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，一個儲罐內將會裝載一定數(shù)量的LNG用來進行氣試。對于目前標準的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）當達到計劃裝載量時，緊急切斷閥關閉，進料閥一直開啟，避免壓力增大。

裝載操作期間應根據情況對下列項目進行檢查和/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）貨艙和內層絕熱空間的壓力差；9）絕熱艙和內殼空間的壓力差。

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

在此階段緊急關閉系統(tǒng)已經測試是很必要的，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行相似操作。通過噴射泵將儲艙的LNG進行噴淋，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行冷卻。通過噴射泵將儲艙的LNG進行噴淋，產生的 LNG蒸汽的被燃燒掉。如果超壓，氣體將會通過桅桿進行高處放空。

3.7 LNG轉移和泵操作

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

在進行 LNG轉移操作過程中應根據情況對下列項目進行檢查和/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、關閉等級；6）應該按照下面的順序開關閥：LNG泵卸料閥、LNG儲艙進料閥、分支閥門；7）絕熱空間內氮的流速；8）絕熱艙和內殼空間的溫度。

在這個過程中，檢查包括儀表、監(jiān)控、報警燈所有設備是否正常工作。

3.8 卸載

當LNG轉移操作完畢，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）在達到接收站前所有的儲藏最好全部凈化，并將剩余的LNG轉移至一個儲艙內；2）在到達接收站前，液體管線和將要卸載LNG的儲艙內的噴淋泵使用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，應根據情況對下列項目進行檢查和/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）貨艙和內層絕熱空間的壓力差；10）絕熱艙和內殼空間的壓力差。

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）產生的LNG蒸汽的被燃燒掉，如果超壓，氣體將會通過桅桿進行高處放空。

在儲藏升溫操作期間，應根據情況對下列項目進行檢查和/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）貨艙和內層絕熱空間的壓力差；10）絕熱艙和內殼空間的壓力差；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、報警燈所有設備是否正常工作，檢查液體管道的位移。

3.10 惰化和通風

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）燃氣自由流動，燃燒試驗；8）燃油升壓順序；9）燃氣燃燒試驗和主汽輪機的操作。

4.2 蒸發(fā)的氣體操作確認測試

按照備忘錄約定進行下列蒸發(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）貨艙通風控制。

4.3 其他測試

其他包括：1）停電測試；2）過量 BOG應急調放測試；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?。ㄔ?%以內），有必要確定所有設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行再次檢查。

2）確認灌裝限制。在氣試期間，裝載低于儲罐低槽的少量 LNG時，確認高、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移一些貨物來進行測試高高液位報警。

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

6 結論

1）在實際操作過程中，根據每個接收站及LNG運輸船的實際情況進行氣試操作。

2）在氣體測試過程中，若通過惰性氣體產生器產生惰性氣體來進行干燥，或選用二氧化碳進行惰化，必須核算進入管道的氣體是否會產生干冰，避免產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]. 天然氣技術與經濟, 2012,6(4): 47-50.

[2] 嚴藝敏, 鐘君兒, 李昭新. LNG接收站配合LNG運輸船氣體試驗技術研究[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造與設備規(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.