小型乙烯運(yùn)輸船氣體試驗(yàn)流程

王振宇

（招商局金陵船舶（南京）有限公司，南京 210000）

0 引言

小型乙烯運(yùn)輸船在第一次正式載貨前需要進(jìn)行氣體試驗(yàn)，以確保再液化系統(tǒng)和貨泵等設(shè)備的正常運(yùn)行，進(jìn)而可檢驗(yàn)貨罐和管路絕緣的可靠性。同時(shí)，對(duì)貨罐罐體進(jìn)行預(yù)冷，防止因降溫過快對(duì)罐體產(chǎn)生過度應(yīng)力。某小型乙烯運(yùn)輸船掛中國旗，入級(jí)中國船級(jí)社（CCS）。該船為自航半冷半壓式液化氣運(yùn)輸船，主要裝載乙烯，也可裝載乙烷、丙烷、丁烯和無水氨等多種貨品。貨物系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建造滿足2016版IGC規(guī)則和CCS《散裝運(yùn)輸液化氣體船舶構(gòu)造與設(shè)備規(guī)范》（2018）規(guī)范。該船貨艙處所內(nèi)設(shè)有2只IMO C型雙耳罐，總凈艙容約6 500 m3。甲板上設(shè)有1只IMO C型單圓筒罐，總凈艙容約70 m3。乙烯運(yùn)輸船在首次裝貨前需要進(jìn)行氣體試驗(yàn)，其基本作業(yè)流程類似于大型氣體運(yùn)輸船，其目的是對(duì)該船能否正常裝載貨所約定的貨品進(jìn)行檢測(cè)、糾錯(cuò)或改正，是船舶投入正式運(yùn)營前實(shí)船調(diào)試再液化系統(tǒng)的最佳機(jī)會(huì)[1]。本文利用船舶上配有的甲板罐結(jié)合再液化系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)船調(diào)試，完成大貨罐置換冷艙作業(yè)過程，并對(duì)過程中的檢驗(yàn)事項(xiàng)進(jìn)行介紹。

1 氣體試驗(yàn)主要液貨設(shè)備

表1為氣體試驗(yàn)主要液貨設(shè)備。該船配備2套再液化系統(tǒng)，每套系統(tǒng)間可互為備用。

表1 氣體試驗(yàn)主要液貨設(shè)備

2 氣體試驗(yàn)基本條件

氣體試驗(yàn)基本條件如下：

1）船舶試航結(jié)束，即除液貨系統(tǒng)外所有相關(guān)問題掃尾結(jié)束。

2）確定氣體試驗(yàn)終端地點(diǎn)。

3）與終端明確氣體試驗(yàn)用乙烯的供貨狀態(tài)，一般為0.05～0.10 MPa的飽和乙烯液體。

4）消防系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)束，包括全船水消防、甲板噴淋和甲板干粉系統(tǒng)等試驗(yàn)結(jié)束。

5）氣體試驗(yàn)參加方召開預(yù)備會(huì)議，明確各方職責(zé)，確定氣體試驗(yàn)總指揮，制定氣體試驗(yàn)大綱。

6）所有參加氣體試驗(yàn)人員都應(yīng)參加應(yīng)急演練，包括應(yīng)急撤退、泄漏處置等項(xiàng)目。

7）所有參加氣體試驗(yàn)人員都應(yīng)配有專門的防靜電工作服，使用無火花工具等。

3 液貨系統(tǒng)準(zhǔn)備

液貨系統(tǒng)的準(zhǔn)備條件如下：

1）貨物系統(tǒng)所有設(shè)備安裝結(jié)束。特別確認(rèn)貨油泵的安裝情況，包括泵的校中，并確保泵運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)方向[2]

2）貨物系統(tǒng)所有報(bào)警點(diǎn)測(cè)試結(jié)束，貨物輔助系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)束（如氮?dú)?、氣體探測(cè)、冷卻水、滑油、控制空氣、ESD切斷和閥門遙控系統(tǒng)等）。

3）貨物壓縮機(jī)使用空氣作為介質(zhì)，制冷壓縮機(jī)使用氮?dú)庾鳛榻橘|(zhì)，進(jìn)行模擬運(yùn)行，狀態(tài)良好。制冷壓縮機(jī)動(dòng)車結(jié)束后，制冷系統(tǒng)還需加注規(guī)定量的R1270制冷劑。

4）第三方機(jī)構(gòu)出具貨罐清潔證書，貨罐封罐。

5）第三方機(jī)構(gòu)出具貨罐上壓力、溫度、液位等傳感器的校準(zhǔn)證書。

6）第三方機(jī)構(gòu)出具貨罐的艙容證書，包括液位計(jì)和罐體低溫下收縮后對(duì)液位的修正。

7）所有液貨管路上的可拆接頭已全部安裝到位，氣體試驗(yàn)過程中禁止拆裝。

9）貨罐上安全閥進(jìn)出口的隔離閥應(yīng)全部打開，確保安全閥處于隨時(shí)工作狀態(tài)。

4 氣體試驗(yàn)步驟及檢驗(yàn)要求

4.1 空隔艙密性試驗(yàn)

貨罐表面雖然安裝有低溫絕緣，但受限于絕緣厚度，絕緣表面溫度仍將低于環(huán)境溫度。為避免在罐體絕緣表面產(chǎn)生凝水繼而滲入絕緣層，貨罐外的空隔艙需要先做密性試驗(yàn)，保壓30 min，無壓降；隨后充裝來自船上氮?dú)獍l(fā)生器產(chǎn)生的干空氣（露點(diǎn)-15 ℃），至微正壓，一般為0.002 5～0.004 0 MPa。在機(jī)艙中還需配置1臺(tái)專門的空氣干燥器（露點(diǎn)-50 ℃），通過專門的補(bǔ)氣閥，給空隔離艙補(bǔ)氣。

4.2 貨罐和甲板罐的干燥及惰化

由于本船液貨具有低溫特性，其蒸發(fā)溫度遠(yuǎn)低于0 ℃，若不進(jìn)行干燥，貨罐內(nèi)氣體中存在水分，將很容易結(jié)冰，進(jìn)而影響貨泵、閥件等的正常使用。貨罐內(nèi)的干燥環(huán)境，一般要達(dá)到露點(diǎn)-50 ℃。

船舶氮?dú)獍l(fā)生器在氮?dú)赓|(zhì)量分?jǐn)?shù)99.9%模式下，露點(diǎn)約為-60 ℃，但產(chǎn)量只有～500 Nm3/h。為節(jié)約制氮能量，先將貨罐內(nèi)的空氣（成分同大氣）置換成露點(diǎn)為-15 ℃的干空氣；船上的氮?dú)獍l(fā)生器將被切換到干空氣模式，產(chǎn)生約2 300 N·m3/h的干空氣，露點(diǎn)為-20 ℃，置換貨罐和甲板罐中的空氣，達(dá)到-20 ℃要求后，切換成質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.9%的氮?dú)饽Ｊ竭M(jìn)行置換。惰化過程中，應(yīng)每小時(shí)對(duì)各取樣點(diǎn)進(jìn)行1次取樣檢測(cè)；貨罐惰化后含氧量應(yīng)低于0.2%，露點(diǎn)低于-50 ℃，靜置一段時(shí)間后，貨罐內(nèi)的檢測(cè)結(jié)果不應(yīng)有變化。這樣可以有效地防止乙烯進(jìn)入貨罐時(shí)與空氣混合引起爆炸[3]。

4.3 液貨管路和設(shè)備的惰化

貨罐和甲板罐惰化完畢后，蓄壓到0.1 MPa。分別打開貨罐上的蒸氣管、液相管、掃線管和凝液管等液貨管路，同時(shí)打開管路上相應(yīng)的閥門，利用貨罐內(nèi)的氮?dú)飧稍锊⒍杌?所列設(shè)備，注意排出的氮?dú)鈶?yīng)通過管路上的泄放口、儀表管接口和集管區(qū)通岸接頭等處，排至開敞甲板；最終，管路和設(shè)備中的氮?dú)鉂舛葢?yīng)與貨罐中氮?dú)鉂舛纫恢?。貨罐放氣惰化管路后，罐?nèi)壓力應(yīng)維持微正壓，一般不超過0.02 MPa。

4.4 甲板罐的置換

1）甲板罐置換的作用：用貨物蒸氣替換罐內(nèi)的氮?dú)狻?/p>

2）甲板罐置換的原因：氮?dú)鈱儆诓豢赡龤怏w，過多的氮?dú)鈺?huì)導(dǎo)致貨物壓縮機(jī)出現(xiàn)高溫報(bào)警乃至停機(jī)。

3）甲板罐置換的目標(biāo)：貨罐上部的檢測(cè)點(diǎn)乙烯蒸氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)97%，同時(shí)罐內(nèi)蓄壓約為0.05 MPa。

4）甲板罐置換的方法：使用碼頭終端提供的液態(tài)乙烯，經(jīng)集管區(qū)進(jìn)入乙烯蒸發(fā)器。由于乙烯蒸氣的密度小于氮?dú)?，故乙烯蒸氣要從甲板罐底部進(jìn)入罐內(nèi)，形成往上的層壓；將貨罐內(nèi)的氮?dú)庵苯优胖链髿饣蚺胖链筘浌迌?nèi)臨時(shí)儲(chǔ)存。

4.5 甲板罐的冷艙

本船貨罐和甲板罐均采用五鎳鋼制成，為防止過冷液體直接加入罐內(nèi)，罐體產(chǎn)生過度熱應(yīng)力；同時(shí)防止正式裝載時(shí)，液體因遇到常溫罐體而出現(xiàn)閃蒸，既而在罐內(nèi)無法形成液面。罐體冷卻溫降不允許超過10 ℃/h。

碼頭提供的乙烯低溫液體通過甲板罐頂部的噴淋管進(jìn)入罐體內(nèi)，變?yōu)榈蜏貧怏w并降低罐內(nèi)溫度。在此過程中，一般應(yīng)確保甲板罐內(nèi)壓力為0.05～0.36 MPa （安全閥設(shè)定值的20%）。超出的乙烯蒸氣需排至大貨罐內(nèi)臨時(shí)儲(chǔ)存。

冷艙過程中，應(yīng)確保乙烯的加注速率盡可能低，直到甲板罐內(nèi)溫度傳感器顯示接近-85 ℃，才能開始裝載。

4.6 甲板罐的裝載

裝載時(shí)，一開始的速率應(yīng)盡可能慢，直到液位計(jì)上顯示出數(shù)值，才能開始全速裝載。

過程中應(yīng)確保甲板罐內(nèi)壓力介于0.05 MPa和0.36 MPa之間（安全閥設(shè)定值的20%），超出的乙烯蒸氣需要排至大貨罐內(nèi)臨時(shí)儲(chǔ)存。

罐內(nèi)盡可能裝載足夠多的乙烯液體，臨近裝載結(jié)束時(shí)，罐內(nèi)壓力不低于0.5 MPa。

4.7 貨罐的置換

貨罐置換的作用、目的、目標(biāo)與甲板罐相同，但方法不同。

液態(tài)乙烯被甲板罐內(nèi)的壓力壓出，經(jīng)乙烯蒸發(fā)器后產(chǎn)生乙烯蒸氣，從大貨罐的底部進(jìn)入，罐內(nèi)的氮?dú)饣虻獨(dú)庖蚁┑幕旌衔锝?jīng)貨罐頂部的蒸氣管，接至透氣桅排出。

在此過程中，應(yīng)每小時(shí)對(duì)各取樣點(diǎn)進(jìn)行1次取樣檢測(cè)，直到乙烯蒸氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到97%。置換結(jié)束后，罐內(nèi)壓力保持在約0.1 MPa。

本船中的2個(gè)貨罐采用順序置換，即先置換2號(hào)貨罐，再置換1號(hào)貨罐。

4.8 貨罐的冷艙

冷艙的目的與目標(biāo)和甲板罐相同。然而，由于罐內(nèi)有貨泵，一般罐體允許的降溫速度小于貨泵本體允許的降溫速率?；诖耍试S貨罐的降溫速率為7 ℃/h，降溫過程中，應(yīng)每隔1 h手動(dòng)盤泵一次，泵的聯(lián)軸節(jié)此時(shí)暫不安裝。

貨罐若需冷艙，則必須運(yùn)行再液化系統(tǒng)，貨物壓縮機(jī)從貨罐中吸入貨物蒸氣，冷凝后再回到貨罐頂部的噴淋管，再次氣化吸熱。設(shè)備運(yùn)行步驟如下：

1）啟動(dòng)制冷壓縮機(jī)；

2）冷卻乙烯冷凝器；

3）啟動(dòng)貨物壓縮機(jī)第1級(jí)；

4）調(diào)節(jié)制冷劑經(jīng)濟(jì)器溫控閥；

5）啟動(dòng)貨物壓縮機(jī)第2級(jí)；

6）凝液進(jìn)入貨物經(jīng)濟(jì)器。

冷艙過程中，應(yīng)注意觀察艙壓的數(shù)值，若降至0.01 MPa左右，則應(yīng)由甲板罐將液體驅(qū)動(dòng)至貨罐內(nèi)頂部噴淋管，從而產(chǎn)生乙烯蒸氣來補(bǔ)充貨罐內(nèi)的壓力損失。

冷艙時(shí)，可2個(gè)貨罐同步進(jìn)行；根據(jù)冷艙效果，啟動(dòng)1套或2套再液化系統(tǒng)。

冷艙結(jié)束以后，才允許安裝貨泵的聯(lián)軸節(jié)。

4.9 貨罐的裝載

冷艙結(jié)束后，必須至少間隔3 h才能進(jìn)行裝載，主要需確保深井式貨泵泵體溫度盡可能均勻，防止泵體損壞。

開始裝貨時(shí)，速率應(yīng)盡可能慢，直到液位計(jì)數(shù)值發(fā)生變化；同時(shí)注意觀察艙內(nèi)壓力，若壓力快速升高，則應(yīng)至少開啟1套再液化系統(tǒng)。

為試驗(yàn)貨泵，先裝載約200 t乙烯，利用每艙的貨泵進(jìn)行駁運(yùn)試驗(yàn)和貨泵效用試驗(yàn)；待貨泵試驗(yàn)完成后，開始全面裝載。

注意：貨罐的裝載試驗(yàn)也可以在船舶首次正式裝貨前進(jìn)行。

4.1 0 絕緣檢查以及滑動(dòng)鞍座檢查

甲板罐裝載后，應(yīng)檢查相關(guān)管路絕緣及支架的效果，同時(shí)需檢查罐體絕緣以及滑動(dòng)鞍座的位移量。

貨罐冷艙達(dá)到-85 ℃后，應(yīng)檢查相關(guān)管路絕緣及支架的效果，對(duì)貨罐絕緣表面以及貨罐滑動(dòng)鞍座端進(jìn)行檢查。

待貨罐正式裝貨后，罐體溫度進(jìn)一步降低，此時(shí)需要對(duì)貨罐絕緣表面進(jìn)行再次檢查。

5 結(jié)論

氣體試驗(yàn)結(jié)果表明：

1）本船甲板罐容積足夠?qū)Υ筘浌捱M(jìn)行置換和冷艙作業(yè)，為今后氣體船的氣體試驗(yàn)提供參考。

2）通過檢查再液化系統(tǒng)和貨泵等的功能，驗(yàn)證乙烯運(yùn)輸船液貨設(shè)備的功能。

3）貨罐和管路絕緣的設(shè)計(jì)和施工效果良好，極大地降低了船舶投入運(yùn)營后，因?yàn)榻^緣損壞而導(dǎo)致貨物損失乃至船體損壞的概率。