LNG終端船岸連接緊急關(guān)斷系統(tǒng)

張鵬飛

【摘 要】 為了正確使用液化天然氣（LNG）終端船岸連接的緊急關(guān)斷（ESD）系統(tǒng)，通過總結(jié)ESD動作及原因，結(jié)合船岸連接ESD系統(tǒng)的作用，分析氣動ESD連接、Pyle-National電動連接頭、光纖連接頭、ITT-Cannon電話連接頭、MiyakiDenki電動連接頭、SIGTTO電動連接系統(tǒng)等類型的標(biāo)準(zhǔn)及工作原理。在LNG船舶靠泊LNG終端時，應(yīng)根據(jù)船岸連接系統(tǒng)的不同進(jìn)行不同的操作。

【關(guān)鍵詞】 液化天然氣（LNG）；終端；船岸連接；緊急關(guān)斷（ESD）系統(tǒng)；碼頭

1 緊急關(guān)斷（ESD）系統(tǒng)介紹

ESD系統(tǒng)的作用是船舶在靠泊液化天然氣（LNG）接收站或出口站期間出現(xiàn)緊急情況時，停止卸貨，切斷LNG和天然氣（NG）傳輸，確保貨物處理系統(tǒng)處于安全、穩(wěn)定的狀態(tài)。在LNG終端，即LNG出口站和LNG接收站，有兩種方式的保護(hù)措施：ESD-1和ESD-2。緊急關(guān)斷過程大致分為兩個階段：

（1）第一階段（ESD-1）：關(guān)斷貨物傳輸過程，關(guān)閉卸料臂雙球閥和船側(cè)ESD閥門，停止船側(cè)貨泵、岸側(cè)閥門和船岸上其他相關(guān)的設(shè)備系統(tǒng)；

（2）第二階段（ESD-2）：發(fā)生第一階段所有ESD動作，激活卸料臂上的緊急釋放系統(tǒng)，解耦卸料臂，使船上與岸上傳輸設(shè)備分開。第二階段的主要作用是在船舶超出預(yù)先設(shè)定的卸料臂安全操作范圍時，保護(hù)卸料臂和船舶歧管。緊急釋放系統(tǒng)既可從船上激活，也可從岸上觸發(fā)。緊急釋放系統(tǒng)完全獨立，其操作并不依賴于船岸連接的ESD系統(tǒng)。

1.1 ESD-1（裝/卸貨）的觸發(fā)動作

ESD-1（裝貨）的觸發(fā)動作應(yīng)引起視覺和聽覺報警，同時伴有相關(guān)動作（見表1）。

表1 ESD-1（裝貨）觸發(fā)后伴隨的船側(cè)和岸側(cè)動作

ESD-1（卸貨）的觸發(fā)動作使船側(cè)和岸側(cè)產(chǎn)生相關(guān)動作（見表2）。

表2 ESD-1（卸貨）觸發(fā)后伴隨的船側(cè)和岸側(cè)動作

1.2 觸發(fā)ESD-1的注意事項

（1）卸料臂快速連接和斷開接頭易因壓力過高而損壞，因此，船側(cè)和岸側(cè)的ESD閥門關(guān)閉時間應(yīng)根據(jù)管道中液體流向進(jìn)行驗證，以便水錘壓力控制在卸料臂內(nèi)液體的上游。在LNG出口站，岸側(cè)ESD閥門應(yīng)在船側(cè)歧管閥門之前關(guān)閉；LNG接收站則相反。根據(jù)《散裝運(yùn)輸液化氣體船舶構(gòu)造與設(shè)備規(guī)范》，船上歧管閥門應(yīng)在之內(nèi)關(guān)閉。通常來說，船側(cè)歧管閥門應(yīng)在25～30 s之內(nèi)關(guān)閉。

（2） LNG船的貨物閥門采用遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，并使用液壓裝置。ESD閥門的液壓裝置應(yīng)提供壓力和溫度補(bǔ)償，確保閥門關(guān)閉時間的持續(xù)穩(wěn)定。

（3）手動觸發(fā)ESD系統(tǒng)和觸發(fā)熔絲連接器都可使燃?xì)鈮嚎s機(jī)跳閘，因此，在裝（卸）貨前，通常會進(jìn)行ESD-1系統(tǒng)功能測試。該測試不會干擾氣體燃燒系統(tǒng)對船艙壓力的安全處理。ESD-1觸發(fā)的動作還包括再液化系統(tǒng)被關(guān)閉，相應(yīng)的冷凝液返回泵停止工作，這說明LNG船的閃蒸氣（BOG）壓縮機(jī)在工藝上除了與再液化系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，也與氣體燃燒器（GCU）有關(guān)。一般來說，LNG船的ESD-1觸發(fā)邏輯與惰性氣體系統(tǒng)無關(guān)，原因在于LNG船上的惰性氣體產(chǎn)生器未與貨物系統(tǒng)相連接。

1.3 ESD-2（裝/卸貨）的觸發(fā)動作

ESD-2（裝/卸貨）的觸發(fā)應(yīng)引起視覺和聽覺報警，同時伴隨相關(guān)動作（見表3）。

表3 ESD-2（裝/卸貨）觸發(fā)后伴隨的船側(cè)和岸側(cè)動作

ESD-2緊急釋放系統(tǒng)的功能是從船側(cè)斷開卸料臂，每個卸料臂均配有動力緊急釋放耦合器，在緊急情況下斷開卸料臂，以保證LNG泄漏量最少。許多LNG終端裝有水錘緩沖釋放系統(tǒng)，該系統(tǒng)在LNG出口站配有一個快速啟動的安全閥，該閥可在ESD-2緊急釋放系統(tǒng)和ESD-1閥門關(guān)閉時，將管道中殘存的LNG送至緩沖罐，將水錘危害降至最低。在一些LNG終端，該系統(tǒng)可能具備自動收回登船梯的功能。需要注意的是，在ESD-2觸發(fā)引起卸料臂斷開之后，LNG會在動力緊急釋放耦合器和船側(cè)的歧管之間有少量殘留。

2 ESD觸發(fā)原因

ESD-1和ESD-2跳閘可能由以下原因（見表4和表5）造成。

表4 ESD-1跳閘原因

表5 ESD-2跳閘原因

3 船岸連接ESD系統(tǒng)的類型

目前，絕大多數(shù)LNG終端船岸連接系統(tǒng)有光纖式、電動式、氣動式3種類型。船舶的ESD系統(tǒng)至少有一種與終端的ESD系統(tǒng)相匹配，其型號、連接器也應(yīng)與終端的ESD系統(tǒng)相匹配。此外，應(yīng)確認(rèn)船舶ESD系統(tǒng)連接箱的位置與岸側(cè)的位置是否合適，以保證終端碼頭船岸連接系統(tǒng)的連接線可以順利連接。

根據(jù)國際氣體船和碼頭經(jīng)營者協(xié)會（SIGTTO）的建議，終端配有光纖和電動兩個系統(tǒng)，氣動式的船岸連接系統(tǒng)通常作為船岸連接系統(tǒng)的備用系統(tǒng)使用。

3.1 氣動ESD連接

在大多數(shù)LNG終端，氣動連接僅僅在船岸連接的主連接系統(tǒng)（光纖或電動連接系統(tǒng)）出現(xiàn)故障時，作為備用系統(tǒng)使用。典型的氣動系統(tǒng)工作原理見圖1。

圖1 典型氣動系統(tǒng)工作原理

該系統(tǒng)的操作壓力在0.2～0.7 MPa不等，氣管空氣由岸側(cè)或船側(cè)裝置提供。正常的設(shè)定值為供給壓力的80%，以確保報警快速觸發(fā)，通常使用0.5 MPa的供給壓力和0.2 MPa的報警壓力。

在實際配置中，至少使用兩種類型的連接頭，最常用的是標(biāo)準(zhǔn)號為MIL-C-51234的快速連接頭。該連接頭源于Snap-tite“H”或Nitta-Moore系列。連接頭的一個短節(jié)安裝在船側(cè)與軟管連接的耦合器的固定管道上。在正常情況下，耦合器設(shè)置在軟管的兩端，以便在不使用時可與終端短節(jié)完全斷開。

3.2 Pyle-National電動連接頭

最初的Pyle-National控制連接頭的電纜由16個經(jīng)篩選的槽銷組成（見表6）。

表6 Pyle-National電動連接頭電纜槽銷類別和標(biāo)準(zhǔn)

值得注意的是，所有后來使用Pyle-National類型船岸連接系統(tǒng)的LNG終端，都基本遵循了該系統(tǒng)的工作原理，僅在電話通信方面有少量修正?？偟膩碚f，最開始的5個槽銷（第01針～第10針）仍保留用作電話通道，但個別的電話設(shè)置及配置由于要與其具體工程相匹配，可能會作相應(yīng)的調(diào)整。

為了充分利用這些槽銷，很多終端將連接電纜芯的數(shù)量增至18對，通常將第29針至第36針槽銷用作額外的用途，比如纜繩系泊監(jiān)控或水文氣象監(jiān)控。

目前為止，所有終端在ESD-1方面幾乎沒有什么不同。這些終端一直在使用8號槽銷觸發(fā)船側(cè)至岸側(cè)的ESD-2信號?，F(xiàn)在幾乎每個新的LNG終端都將7號槽銷用作岸側(cè)至船側(cè)的ESD-1信號。在一些終端和LNG船舶中，7號和12號槽銷兼容了觸發(fā)岸側(cè)至船側(cè)ESD-1的功能。

為了避免該系統(tǒng)的過度復(fù)雜，改善其實用性，SIGTTO建議所有岸側(cè)觸發(fā)的信號由岸側(cè)ESD聯(lián)鎖觸發(fā)ESD-1信號，并傳遞到船側(cè)。

對于新的LNG終端來說，氣壓信號（6號槽銷）、“持續(xù)”信號（9號和10號槽銷）、終端儲罐高液位（11號槽銷）和卸料臂過度伸展（13號和14號槽銷）幾乎沒有必要使用。對所有的新建LNG項目來說，用作船岸ESD-1功能的槽銷應(yīng)按照表7標(biāo)準(zhǔn)。

表7 新建LNG項目船岸ESD-1功能的槽銷標(biāo)準(zhǔn)

由于光纜（電纜）和船側(cè)連接箱處于貨物作業(yè)中的危險區(qū)域，接觸狀態(tài)應(yīng)由合適的本安裝置如開關(guān)/接近傳感器接口單元檢測，并將信號中繼傳輸給安全區(qū)域的設(shè)備。所有的船岸連接都應(yīng)具備雙向的ESD-1信號傳遞動能：從船側(cè)向岸側(cè)傳遞和從岸側(cè)向船側(cè)傳遞。除此之外，該連接系統(tǒng)也具備通信功能：在船側(cè)和岸側(cè)的控制室內(nèi)，應(yīng)至少建立一個電話連接，以提供有效的通信方式。該功能通過3號槽銷（第05/06針）實現(xiàn)，還能實現(xiàn)私人電話模式；4號和5號槽銷備用，在連接其他電話時使用。

3.3 光纖連接頭

標(biāo)準(zhǔn)的光纖連接見表8，光纖連接頭插芯位置見圖2。光纖系統(tǒng)配有測試插頭，通過內(nèi)部環(huán)形循環(huán)，將船側(cè)到岸側(cè)的信號返回至相關(guān)的接收器，其常與測試按鈕配合使用，證明從本地到船側(cè)或碼頭連接頭的光纖循環(huán)暢通。該測試插頭在測試結(jié)束時應(yīng)取回。

表8 光纖連接方向及信號傳輸

3.4 ITT-Cannon電話連接頭

船側(cè)連接頭是一個ITT-Cannon型的插頭，該插頭的一個標(biāo)準(zhǔn)配置見表9，插口位置見圖3。

表9 船側(cè)連接頭插頭標(biāo)準(zhǔn)配置

3.5 Miyaki Denki電動連接頭

Miyaki Denki電動連接頭由日本的Miyaki公司生產(chǎn)，達(dá)到了歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)委員會的防爆要求，現(xiàn)有的設(shè)計型號為21-EC-PT。該插座配有一個開關(guān)，以預(yù)防插頭插入或移除時插頭帶電。

任何采用該系統(tǒng)的新工程應(yīng)遵循以下插口配置標(biāo)準(zhǔn)（見表10）。在該標(biāo)準(zhǔn)中，僅有兩個插頭是必須的，一個用作ESD-1，另一個用作電話通信。使用該連接的LNG終端應(yīng)能雙向傳遞ESD-1信號，以便在ESD動作時，船側(cè)和岸側(cè)的相關(guān)閥門均可關(guān)閉。供貨時，插頭的6號槽銷通常接地，實際使用中應(yīng)移除該連接。

表10 Miyaki Denki電動連接頭插口配置標(biāo)準(zhǔn)

3.6 SIGTTO電動連接系統(tǒng)

SIGTTO電動連接系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的岸側(cè)配置由終端控制室安裝的裝置、碼頭裝置和無插頭的船/岸電纜組成。標(biāo)準(zhǔn)的船側(cè)配置由船側(cè)控制室安裝的裝置、船側(cè)左舷和右舷歧管區(qū)域安裝的國際固定插座配件組成。

該系統(tǒng)的船/岸電纜由無保護(hù)膜的藍(lán)色護(hù)套雙絞線組成，目的是若有潛在的火花風(fēng)險，該護(hù)套可由岸上的接地物體切斷。

4 船岸連接ESD系統(tǒng)的作用

船岸連接ESD系統(tǒng)的作用包括3個方面：（1）使船岸之間實現(xiàn)電話通信（熱線電話、公共電話和私人電話），保持裝（卸）貨期間的溝通及時、順暢，保證安全操作；（2）實現(xiàn)纜繩張力監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，使電腦實時反映纜繩的張力情況，便于船上對纜繩的監(jiān)控；（3）實現(xiàn)ESD系統(tǒng)的作用，一旦船舶或終端發(fā)生斷電、爆炸、LNG泄漏、起火或船舶發(fā)生快速漂移等緊急情況時，立即關(guān)閉卸料臂雙球閥（出現(xiàn)ESD-2時，卸料臂回收），船上卸貨泵停止，關(guān)閉船側(cè)和岸側(cè)的相關(guān)閥門，從而確保LNG泄漏量最少，減少事故造成的損失。[1]

5 結(jié) 語

本文主要介紹了目前LNG終端使用的船岸連接ESD系統(tǒng)，由于國際上不同LNG終端建設(shè)情況不同，不同船舶所有人對LNG船舶建造要求各異，船岸連接系統(tǒng)可能略有差異。因此，在實際操作中需要因地制宜。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳汝夏，劉濤.LNG接收站船岸界面匹配研究分析[J].油氣儲運(yùn)，2012，31（z）：60-63.