LNG船舶特性及其管理的思考

1、LNG船舶特性及其管理的思考內(nèi)容提要此文分析LNG的特性和LNG船舶的技術(shù)特點，簡要介紹我國LNG項目進展的情況，探討LNG船舶的海事管理工作。關(guān)鍵詞：LNG；船舶；特點；進展；海事管理從能源的利用角度看，天然氣是綠色能源，也是全世界的首選能源。著眼于長遠，許多國家進口液化天然氣(Liquefied Natural Gas，縮寫為LNG)。為了彌補我國的能源缺口，改善能源結(jié)構(gòu)及生態(tài)環(huán)境，國家1999年11月批準(zhǔn)了廣東LNG一期項目的立項。隨后，福建LNG，浙江LNG，上海LNG，山東LNG，遼寧大連LNG，江蘇南通LNG等項目相繼上馬或開始前期工作。目前，廣東大鵬LNG一期項目已經(jīng)完成工程量的

2、一半以上，與之相配套的采用薄膜型技術(shù)的LNG船舶也已經(jīng)在上海滬東船廠建造。這是我國港口建設(shè)和修造船業(yè)發(fā)展的新機遇，也給船舶管理和海事監(jiān)管提出了新挑戰(zhàn)。1 LNG的危險特性(1)易燃易爆天然氣，不論氣態(tài)還是液態(tài)，均屬于高度易燃易爆物質(zhì)。LNG火災(zāi)特點是：火焰?zhèn)鞑ニ俣容^快；質(zhì)量燃燒速率大，約為汽油的2倍；火焰溫度高、輻射熱強，易形成大面積火災(zāi)；具有復(fù)燃、復(fù)爆性，難于撲滅。(2)低溫天然氣主要成分是甲烷，也包括一定量的乙烷、丙烷和重質(zhì)碳氫化合物，本身無色、無味、無毒且無腐蝕性。但為了便于船舶運輸，LNG都以低溫常壓方式儲存，工作溫度-162。天然氣冷卻至約-162，由氣態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)，稱為液化天然氣，

3、體積約為同量氣態(tài)天然氣體積的1/600。如此低溫物質(zhì)一旦泄露，若接觸到作業(yè)人員，就會造成嚴(yán)重凍傷；若接觸到常溫管材或設(shè)備，就可能發(fā)生脆裂現(xiàn)象。(3)易蒸發(fā)LNG(按甲烷考慮)的沸點是-162，易蒸發(fā)。LNG存儲設(shè)備及管道也因LNG的低溫而極易吸熱。隨著溫度升高，LNG的蒸氣壓迅速增大。因此，儲罐、蒸發(fā)器及管路等設(shè)備應(yīng)有足夠的強度，同時應(yīng)具備相應(yīng)的泄壓措施，以防止溫度升高時容器脹裂導(dǎo)致LNG泄漏。LNG一旦從儲罐、管道或其他設(shè)備泄漏出來：一部分立即急劇氣化，與周圍空氣混合生成冷蒸氣霧，在空氣中冷凝形成白煙，再稀釋受熱后與空氣形成可燃性氣云。可燃性氣云若遇到點火源，將引發(fā)閃火或蒸氣云爆炸等事故。如

4、果泄露的LNG數(shù)量較大，未立即蒸發(fā)的部分在地面上形成液流，若無圍護設(shè)施，就會沿地面擴散，遇到點火源便可引發(fā)池火災(zāi)。(4)其他危險特性LNG還具有易擴散、流淌、易產(chǎn)生靜電和發(fā)生罐內(nèi)翻滾、分層等危險特性。2 LNG船舶的分類及其特點LNG運輸船，是指載運LNG的專用船舶。這類船舶目前的標(biāo)準(zhǔn)載貨量在1215萬立方米之間。一些國家已經(jīng)能設(shè)計16萬立方米、20萬立方米、甚至30萬立方米的LNG船舶。但是由于受到港口碼頭和接收站條件的限制，LNG船艙容量可能會穩(wěn)定在10多萬立方米的水平。該類船舶的設(shè)計，考慮的主要因素是能適應(yīng)低溫介質(zhì)的材料，和對易揮發(fā)、易燃物質(zhì)的處理。LNG船舶是高技術(shù)、高附加值的船種之一

5、，它的使用壽命一般為3540年。這種船舶依液貨艙結(jié)構(gòu)的不同，主要分為3種。(1)MOSS型船舶(獨立球型液貨艙)此型船舶由挪威首創(chuàng)，1973年首次推出，其后依次為美國、德國、日本和芬蘭所采用。日本航行的液化天然氣船大部分都是此種類型。球罐采用鋁合金或9%鎳鋼制成，板厚按不同部位在30169mm之間；隔熱采用300mm的多層聚苯乙烯板，如圖1所示。MOSS型船舶的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)力分析容易；鋁合金結(jié)構(gòu)牢固，只要不發(fā)生直接碰撞，不會損傷；安裝也簡單，內(nèi)部沒有扶強材，能單獨建造并縮短施工周期，檢查質(zhì)量容易，安全性好；液面晃動效應(yīng)少，不受裝載限制；初期投資較少。缺點是：船舶有較大的尺寸，甲板有大開

6、口，甲板結(jié)構(gòu)不連續(xù)，應(yīng)力集中點多；液貨重心高；操縱困難，特別是在甲板上部受風(fēng)面積大，在大船上，盡管尾樓比油船要高出好幾層，但駕駛臺視線仍不理想。(2)Membrane型船舶(薄膜型液貨艙)Membrane型技術(shù)，首先由法國開發(fā)，分為薄膜GT(Gas Transport)型和薄膜TG(Technigaz)型兩種。但隨著Gaz Transport公司和Technigaz公司于1994年合并為Gaztransport & Technigaz(簡稱GTT)，液艙形式被統(tǒng)稱為GTT薄膜型，分別用Mark和NO標(biāo)示其區(qū)別。目前，薄膜型LNG船的液貨艙，按其采用絕熱材料和施工方式的不同，分為GTTNO96型

7、和Mark III型等兩種。為了確保船舶材質(zhì)在-162.5的低溫下不會脆裂，此種液化天然氣船的槽邊均由鋁或不銹鋼制成。為防止液化天然氣蒸發(fā)產(chǎn)生高壓，槽體設(shè)置隔熱層，使外界熱量不能進入槽內(nèi)，如圖2。Membrane型船舶的主要優(yōu)點是：由于內(nèi)壁用薄膜做成，薄膜內(nèi)壁比傳統(tǒng)的艙壁要薄的多，消耗的鎳鋼材料少(這里用鎳鋼并非防腐蝕，而是防止低溫脆裂)，減輕液艙的結(jié)構(gòu)重量；預(yù)冷的時間縮短；駕駛臺視角廣；船型瘦削，受風(fēng)面積小，推進效率較高。缺點是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜：對管理要求較高；舾裝周期較長；全部液艙的薄膜和絕熱裝置都要進行全面試驗，包括在低溫條件下周期性載荷的疲勞試驗。(3)SPB型船舶(自立方型貨艙)SPB型L

8、NG船，液艙與船內(nèi)壁留有較大空間，液艙中部設(shè)有防止液體流動的隔壁，是日本石川島播磨重工獨立開發(fā)的技術(shù)。因為可用于20萬立方米的大型LNG船舶，備受關(guān)注。SPB型船舶的優(yōu)點是：液艙與船內(nèi)壁留有較大空間，便于檢查液艙外部，維修容易，也易于安裝；液艙中部設(shè)有防止液體流動的隔壁，不存在晃動問題，船舶也比較好操縱；設(shè)計時，其安全性由準(zhǔn)確的有限元分析及實驗確認，是它的最大優(yōu)點。目前，全球營運中的大約140艘LNG船舶，主要是Membrane(薄膜型貨艙)和MOSS型(球形貨艙)等兩種。其中，MOSS型船舶，由于在早期的LNG海運中占有較大優(yōu)勢，而且具有貨物裝載限制較少等使用操作上的優(yōu)點，目前處于優(yōu)勢地位，

9、總數(shù)居第一位，占到一半以上。但是，新的LNG船舶訂單，薄膜型占據(jù)了三分之二強。從總體上看，薄膜型LNG船舶，在船型性能方面優(yōu)于MOSS型，是LNG船型的發(fā)展方向。但是它的建造周期長。3 LNG船舶安全管理探討LNG船舶的發(fā)展和LNG項目的建成投產(chǎn)，將給船舶管理和海事監(jiān)管帶來新的壓力。首先，大型LNG船舶和碼頭存儲設(shè)備，存儲量巨大，屬于特別重大危險源。第二，隨著國內(nèi)各港吞吐量增長，船舶通航密度不斷加大，通航環(huán)境復(fù)雜：LNG船舶操作難度加大；需防止其他各類船舶事故對LNG船舶和LNG碼頭的影響，特別是要防止油輪或危險化學(xué)品船舶的泄露、溢油或火災(zāi)爆炸等事故的發(fā)生。此外，還必須防止災(zāi)害性天氣導(dǎo)致船舶發(fā)

10、生走錨、飄移等導(dǎo)致碰撞LNG船舶或碼頭的事故發(fā)生。故提出以下建議。(1)嚴(yán)格執(zhí)行ISM規(guī)則LNG船的船公司和船上人員，要重視LNG船舶的安全管理，有必要參照西方國家LNG船舶管理的規(guī)程，結(jié)合設(shè)備制造商所提供的安全運行指南，制訂相應(yīng)的安全操作規(guī)程，規(guī)范LNG船舶機電設(shè)備運行操作管理，裝卸貨管理和檢驗檢查制度，規(guī)范職務(wù)功能和標(biāo)準(zhǔn)，制訂和建立一套科學(xué)、系統(tǒng)和程序化的安全管理體系，確保維護、保養(yǎng)、故障處理的制度化和規(guī)范化。還要借助SMS強化船岸人員的安全意識。發(fā)證機關(guān)要嚴(yán)格審核和認證。(2)加快海事主管機關(guān)專業(yè)人才的培養(yǎng)，強化人員培訓(xùn)對LNG船舶的安全監(jiān)督管理的重任，毫無疑問地落到了海事部門的身上。雖

11、然我國海事主管機關(guān)對液化氣船舶的安全監(jiān)管己有多年經(jīng)驗，但是LNG船舶比起其他液化氣船舶，具有許多特殊性，危險性更大，安全監(jiān)管要求更高，且LNG船舶在我國港口目前尚未出現(xiàn)過，沒有現(xiàn)成的安全監(jiān)督經(jīng)驗可借鑒。因此，對LNG船舶的安全監(jiān)督管理工作任重而道遠，應(yīng)引起足夠的重視：須加大投入，加快LNG船舶監(jiān)管專業(yè)人才的引進和培養(yǎng)以及相關(guān)人員的培訓(xùn)工作；加強對LNG船舶海事安全監(jiān)督管理的研究；為在LNG船舶工作的駕駛、輪機人員實施強制培訓(xùn)和持證上崗做準(zhǔn)備，現(xiàn)在就著手制訂LNG船舶特殊培訓(xùn)、考試、發(fā)證辦法、相應(yīng)的培訓(xùn)大綱(包括培訓(xùn)和實操內(nèi)容、安全運行規(guī)則等)、試題庫等。(3)制定LNG船舶進出港的安全措施可能

12、包括：正常情況下，LNG船舶不得夜間在港內(nèi)航行和靠離泊。LNG船舶由高級引航員引航。LNG船舶港內(nèi)航行，港區(qū)實行交通管制，包括：LNG船舶避免與其他船舶在進港航道交會，嚴(yán)禁相互追越；LNG船舶，前方由海事巡邏艇清道護航；后方用消拖兩用船護航；除監(jiān)護船舶外，LNG船舶前后2.5倍設(shè)計船長范圍內(nèi)不得有其他船舶航行?？傊?，LNG的高危險性，決定了LNG船具有很強的排他性，要求海事主管機關(guān)提高對LNG船舶安全的監(jiān)管力度。為保證LNG船舶在進出航道時的航行安全，海事部門應(yīng)充分認識到海事監(jiān)管的艱巨性和復(fù)雜性，充分意識到改進和提升港口水域安全監(jiān)督手段的必要性和緊迫性，盡快著手研究監(jiān)管手段和相應(yīng)人員的培訓(xùn)工作

13、，以保證LNG船舶和港口安全。參考文獻1王錦輝.中國液化天然氣船建造現(xiàn)狀淺析. 江蘇船舶，2004年第4期，P892Ian Harper1. Future Development options for LNG Marine Transportation. AIChE 2002 Spring National Meeting，new Orleans march 1014，20023李品友.液化氣體海運技術(shù).大連海事大學(xué)出版社，2003年1月作者：黃鵬程LNG的特性 處理LNG時潛在危危險性主要來自它以下三方面特性：極低溫度。在大氣壓力下按LNG組成不同，其沸點略有差別，但都存一162左右，在此

14、低溫下LNG蒸氣密度大于環(huán)境空氣。僅少量液體就能轉(zhuǎn)化為大量氣體。1體積LNG大致能轉(zhuǎn)化600體積氣體。天然氣是可燃的。一般環(huán)境條件下，5一15(體積，下同)天然氣和空氣的混臺物是可燃的。最近的研究結(jié)果表明，其最低可燃界限(LFL)為4。1. LNG的蒸發(fā)(1)蒸發(fā)氣(BOG)的物理性質(zhì)大批量LNG是作為一種沸騰液體儲存在絕熱的儲罐中。任何傳入儲罐的熱量都將導(dǎo)致一定量液體蒸發(fā)而成為氣體，這部分氣體稱為蒸發(fā)氣，其組成與液體組成有關(guān)。一般蒸發(fā)氣中約含20N2和80CH4及痕量C2H6。蒸發(fā)氣溫度低于一113時其組分幾乎足純CH4，溫度升到一85時CH4中約含N2 20，這兩種情況下蒸發(fā)氣密度均大于環(huán)

15、境空氣，而標(biāo)準(zhǔn)狀況下蒸發(fā)氣密度僅為空氣的60。(2)閃蒸加壓的LNG當(dāng)其壓力降至沸點壓力以下時，將有一定量的液體蒸發(fā)而成為氣體，同時液體溫度也隨之降到其在該壓力下的沸點，此過程稱為閃蒸。LNG是種多元混臺物，故閃蒸氣組成不同于液體組成。計算閑蒸氣量及其組成，以及與之相對應(yīng)的液體組成是相當(dāng)困難的，必須借助電子汁算機。以下數(shù)據(jù)可作為估計參考：壓力在100200kPa范圍內(nèi)，1m3處于沸點下的LNG每降低1 kPa壓力時閃蒸出的氣量約為0.4kg。(3)儲存容器 溫度高于一80時加壓不能使天然氣液化，故置于沒有放空系統(tǒng)的容器中的LNG，隨溫度上升容器內(nèi)壓力也上升，直至容器破裂。所以處理LNG的設(shè)備應(yīng)

16、設(shè)置設(shè)計合理的放空系統(tǒng)或安全閥。2 LNG的溢出和泄漏（1)溢出液體的性質(zhì) LNG傾倒在地面上時，起初迅速蒸發(fā)， 然后很快降至某一固定的蒸發(fā)速度后者取決于地而吸熱性能以及可由周圍大氣中獲得的熱量。不劇表面由實驗測得的LNG蒸發(fā)速度入表660所示。 表660 LNG蒸發(fā)速度 kg/(m2h) 材料60s后蒸發(fā)速度粒狀填充物 480潮濕土壤 240干燥土壤 195水 190標(biāo)準(zhǔn)混凝土 130輕質(zhì)膠狀混凝土 65(2) LNG的泄漏LNG泄漏到水中時產(chǎn)生強烈的對流傳熱，以致在一定的面積內(nèi)蒸發(fā)速度保持不變。隨著LNG流動泄漏而積逐漸擴大，直到氣體蒸發(fā)量等于漏出液體所能產(chǎn)生的氣體量。（3)氣體云團的膨脹

17、與擴散 泄漏的LNG剛開始蒸發(fā)時產(chǎn)生的氣體溫度接近液體溫度，其密度大于環(huán)境空氣。冷氣體在未大量吸收環(huán)境空氣中熱量之前，沿地面形成一個流動層。當(dāng)其溫度升至約一113 (對純CH4)或一80(對LNG蒸氣)時氣體密度就小于環(huán)境空氣。形成的蒸發(fā)氣和空氣的混合物在溫度繼續(xù)上升過程中逐漸形成密度小于空氣的云團(Cloud)，此云團的膨脹和擴散是一個與風(fēng)速，大氣穩(wěn)定度有關(guān)的復(fù)雜問題，也要利用數(shù)學(xué)模型以計算機進行預(yù)測。泄漏LNC時，由于液體溫度很低，大氣中的水蒸氣也被冷凝而形成“霧團”(Fog Cloud),此霧團通常是可見的可以作為可燃性云團的示蹤物，指示出云團的區(qū)域范圍，盡管實際范圍還要更大些。泄漏的L

18、NG以噴射形式進入大氣，同時進行膨脹和蒸發(fā)，還進行與空氣的劇烈混合。大部分LNG包在初始形成的類似溶膠的云團之中，在進一步與空氣混合的過程中完全氣化。3.著火 天然氣和空氣混合的云團中，天然氣含量在5一15范圍內(nèi)可以引起著火。直徑大于100mm的LNG層狀著火形成火焰的表面發(fā)散能(SEP)很高。 游離云團中的天然氣處于低速燃燒狀態(tài)，云團內(nèi)形成的壓力低于5kPa，一般不會造成很大的爆炸危害。但若在一個狹窄且密集地安裝有很多設(shè)備的區(qū)域或建筑物內(nèi)，云團內(nèi)部有可能形成較高的爆炸壓力波4. 其他物理現(xiàn)象(1)翻滾(Rollover)現(xiàn)象 這是指短時問內(nèi)有大量氣體從LNG儲罐中散發(fā)山來，如不采取預(yù)防措施，將導(dǎo)致設(shè)備超壓。LNG儲罐中有時會形成阿個穩(wěn)定的液層。這是因為新注入罐中的LNG與罐底原剩的部分密度不同而又未充分混臺，導(dǎo)致下層密度高于上層。當(dāng)有熱量傳入儲罐時，兩個液層之間自發(fā)地進行傳質(zhì)和傳熱，最終完成混合，同時在液層表面進行蒸發(fā)。此蒸發(fā)過程吸收了上層液體的熱量而使下層液體處于“過熱”狀態(tài)。當(dāng)兩層液時的密度接近相等時就會突然迅速混合而在短時問內(nèi)產(chǎn)生大量氣體，并使儲罐內(nèi)壓力急驟上升，甚至頂開安全閥，這就是所謂翻滾現(xiàn)象。在蒸發(fā)過程中，當(dāng)蒸發(fā)氣量明顯低于其正常量時，通常要出現(xiàn)翻滾現(xiàn)象的前兆。所以，在設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中要嚴(yán)密監(jiān)測蒸發(fā)氣量