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容提要此文分析LNG的特性和LNG船舶的技術特點，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，改善能源結構及生態(tài)環(huán)境，國家1999年11月批準了廣東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一期項目已經完成工程量的

2、一半以上，與之相配套的采用薄膜型技術的LNG船舶也已經在上海滬東船廠建造。這是我國港口建設和修造船業(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。LNG火災特點是：火焰?zhèn)鞑ニ俣容^快；質量燃燒速率大，約為汽油的2倍；火焰溫度高、輻射熱強，易形成大面積火災；具有復燃、復爆性，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。如此低溫物質一旦泄露，若接觸到作業(yè)人員，就會造成嚴重凍傷；若接觸到常溫管材或設備，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)器及管路等設備應有足夠的強度，同時應具備相應的泄壓措施，以防止溫度升高時容器脹裂導致LNG泄漏。LNG一旦從儲罐、管道或其他設備泄漏出來：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，若無圍護設施，就會沿地面擴散，遇到點火源便可引發(fā)池火災。(4)其他危險特性LNG還具有易擴散、流淌、易產生靜電和發(fā)生罐內翻滾、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。這類船舶目前的標準載貨量在1215萬立方米之間。一些國家已經能設計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。該類船舶的設計，考慮的主要因素是能適應低溫介質的材料，和對易揮發(fā)、易燃物質的處理。LNG船舶是高技術、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構的不同，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：結構簡單，應力分析容易；鋁合金結構牢固，只要不發(fā)生直接碰撞，不會損傷；安裝也簡單，內部沒有扶強材，能單獨建造并縮短施工周期，檢查質量容易，安全性好；液面晃動效應少，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，甲板結構不連續(xù)，應力集中點多；液貨重心高；操縱困難，特別是在甲板上部受風面積大，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，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GTTN

7、O96型和Mark III型等兩種。為了確保船舶材質在-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)產生高壓，槽體設置隔熱層，使外界熱量不能進入槽內，如圖2。Membrane型船舶的主要優(yōu)點是：由于內壁用薄膜做成，薄膜內壁比傳統(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)，減輕液艙的結構重量；預冷的時間縮短；駕駛臺視角廣；船型瘦削，受風面積小，推進效率較高。缺點是：結構復雜：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)S

8、PB型LNG船，液艙與船內壁留有較大空間，液艙中部設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。因為可用于20萬立方米的大型LNG船舶，備受關注。SPB型船舶的優(yōu)點是：液艙與船內壁留有較大空間，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；設計時，其安全性由準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)

9、勢地位，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，將給船舶管理和海事監(jiān)管帶來新的壓力。首先，大型LNG船舶和碼頭存儲設備，存儲量巨大，屬于特別重大危險源。第二，隨著國內各港吞吐量增長，船舶通航密度不斷加大，通航環(huán)境復雜：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品船舶的泄露、溢油或火災爆炸等事故的發(fā)生。此外，還必須防止災害性天氣導

10、致船舶發(fā)生走錨、飄移等導致碰撞LNG船舶或碼頭的事故發(fā)生。故提出以下建議。(1)嚴格執(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，結合設備制造商所提供的安全運行指南，制訂相應的安全操作規(guī)程，規(guī)范LNG船舶機電設備運行操作管理，裝卸貨管理和檢驗檢查制度，規(guī)范職務功能和標準，制訂和建立一套科學、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)證機關要嚴格審核和認證。(2)加快海事主管機關專業(yè)人才的培養(yǎng)，強化人員培訓對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

11、身上。雖然我國海事主管機關對液化氣船舶的安全監(jiān)管己有多年經驗，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)以及相關人員的培訓工作；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和持證上崗做準備，現(xiàn)在就著手制訂LNG船舶特殊培訓、考試、發(fā)證辦法、相應的培訓大綱(包括培訓和實操內容、安全運行規(guī)則等)、試題庫等。(3)制定LNG船舶進出港的安全

12、措施可能包括：正常情況下，LNG船舶不得夜間在港內航行和靠離泊。LNG船舶由高級引航員引航。LNG船舶港內航行，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倍設計船長范圍內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，海事部門應充分認識到海事監(jiān)管的艱巨性和復雜性，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)管手段和相應人員的

13、培訓工作，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.大連海事大學出版社，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

14、按LNG組成不同，其沸點略有差別，但都存一162左右，在此低溫下LNG蒸氣密度大于環(huán)境空氣。僅少量液體就能轉化為大量氣體。1體積LNG大致能轉化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   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。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

15、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)境空氣，而標準狀況下蒸發(fā)氣密度僅為空氣的60。(2)閃蒸   加壓的LNG當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，以及與之相對應的液體組成是相當困難的，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，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 

16、;  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，隨溫度上升容器內壓力也上升，直至容器破裂。所以處理LNG的設備應設置設計合理的放空系統(tǒng)或安全閥。2  LNG的溢出和泄漏                               

17、0;                          （1)溢出液體的性質                      

18、    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/(m2·h) 材料60s后蒸發(fā)速度粒狀填充物   480潮濕土壤 

19、;  240干燥土壤   195水   190標準混凝土   130輕質膠狀混凝土   65          (2) LNG的泄漏LNG泄漏到水中時產生強烈的對流傳熱，以致在一定的面積內蒸發(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生的氣體量。（3)氣體云團的膨脹與擴散    泄漏的LNG剛開始蒸發(fā)時產生的氣體溫度接近液體溫度，其密度大于環(huán)

20、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速，大氣穩(wěn)定度有關的復雜問題，也要利用數(shù)學模型以計算機進行預測。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LNG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

21、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備的區(qū)域或建筑物內，云團內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   這是指短時問內有大量氣體從LNG儲罐中散發(fā)山來，如不采取預防措施，將導致設備超壓。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，導致下層密度高于上層。當有熱量傳入儲罐時，兩個液層之間自發(fā)地進行傳質和傳熱，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產生大量氣體，并使儲罐內壓力急驟上升，甚至頂開安全閥，這就是