LNG船舶特性及其管理的思考

LNG船舶特性及其管理的思考[内容提要]此文分析LNG的特性和LNG船舶的技术特点，简要介绍我国LNG项目进展的情况，探讨LNG船舶的海事管理工作。关键词：LNG；船舶；特点；进展；海事管理从能源的利用角度看，天然气是绿色能源，也是全世界的首选能源。着眼于长远，许多国家进口液化天然气(LiquefiedNaturalGas，缩写为LNG)。为了弥补我国的能源缺口，改善能源结构及生态环境，国家1999年11月批准了广东LNG一期项目的立项。随后，福建LNG，浙江LNG，上海LNG，山东LNG，辽宁大连LNG，江苏南通LNG等项目相继上马或开始前期工作。目前，广东大鹏LNG一期项目已经完成工程量的一半以上，与之相配套的采用薄膜型技术的LNG船舶也已经在上海沪东船厂建造。这是我国港口建设和修造船业发展的新机遇，也给船舶管理和海事监管提出了新挑战。1LNG的危险特性(1)易燃易爆天然气，不论气态还是液态，均属于高度易燃易爆物质。LNG火灾特点是：•火焰传播速度较快；•质量燃烧速率大，约为汽油的2倍；•火焰温度高、辐射热强，易形成大面积火灾；•具有复燃、复爆性，难于扑灭。(2)低温天然气主要成分是甲烷，也包括一定量的乙烷、丙烷和重质碳氢化合物，本身无色、无味、无毒且无腐蚀性。但为了便于船舶运输，LNG都以低温常压方式储存，工作温度-162℃。天然气冷却至约-162℃，由气态转变成液态，称为液化天然气，体积约为同量气态天然气体积的1/600。如此低温物质一旦泄露，若接触到作业人员，就会造成严重冻伤；若接触到常温管材或设备，就可能发生脆裂现象。(3)易蒸发LNG(按甲烷考虑)的沸点是-162℃，易蒸发。LNG存储设备及管道也因LNG的低温而极易吸热。随着温度升高，LNG的蒸气压迅速增大。因此，储罐、蒸发器及管路等设备应有足够的强度，同时应具备相应的泄压措施，以防止温度升高时容器胀裂导致LNG泄漏。LNG一旦从储罐、管道或其他设备泄漏出来：•一部分立即急剧气化，与周围空气混合生成冷蒸气雾，在空气中冷凝形成白烟，再稀释受热后与空气形成可燃性气云。可燃性气云若遇到点火源，将引发闪火或蒸气云爆炸等事故。•如果泄露的LNG数量较大，未立即蒸发的部分在地面上形成液流，若无围护设施，就会沿地面扩散，遇到点火源便可引发池火灾。(4)其他危险特性LNG还具有易扩散、流淌、易产生静电和发生罐内翻滚、分层等危险特性。2LNG船舶的分类及其特点LNG运输船，是指载运LNG的专用船舶。这类船舶目前的标准载货量在12~15万立方米之间。一些国家已经能设计16万立方米、20万立方米、甚至30万立方米的LNG船舶。但是由于受到港口码头和接收站条件的限制，LNG船舱容量可能会稳定在10多万立方米的水平。该类船舶的设计，考虑的主要因素是能适应低温介质的材料，和对易挥发、易燃物质的处理。LNG船舶是高技术、高附加值的船种之一，它的使用寿命一般为35~40年。这种船舶依液货舱结构的不同，主要分为3种。(1)MOSS型船舶(独立球型液货舱)此型船舶由挪威首创，1973年首次推出，其后依次为美国、德国、日本和芬兰所采用。日本航行的液化天然气船大部分都是此种类型。球罐采用铝合金或9%镍钢制成，板厚按不同部位在30~169mm之间；隔热采用300mm的多层聚苯乙烯板，如图1所示。MOSS型船舶的优点是：•结构简单，应力分析容易；•铝合金结构牢固，只要不发生直接碰撞，不会损伤；•安装也简单，内部没有扶强材，能单独建造并缩短施工周期，检查质量容易，安全性好；•液面晃动效应少，不受装载限制；•初期投资较少。缺点是：•船舶有较大的尺寸，甲板有大开口，甲板结构不连续，应力集中点多；•液货重心高；•操纵困难，特别是在甲板上部受风面积大，在大船上，尽管尾楼比油船要高出好几层，但驾驶台视线仍不理想。(2)Membrane型船舶(薄膜型液货舱)Membrane型技术，首先由法国开发，分为薄膜GT(GasTransport)型和薄膜TG(Technigaz)型两种。但随着GazTransport公司和Technigaz公司于1994年合并为Gaztransport&Technigaz(简称GTT)，液舱形式被统称为GTT薄膜型，分别用Mark和NO标示其区别。目前，薄膜型LNG船的液货舱，按其采用绝热材料和施工方式的不同，分为GTTNO96型和MarkIII型等两种。为了确保船舶材质在-162.5℃的低温下不会脆裂，此种液化天然气船的槽边均由铝或不锈钢制成。为防止液化天然气蒸发产生高压，槽体设置隔热层，使外界热量不能进入槽内，如图2。Membrane型船舶的主要优点是：•由于内壁用薄膜做成，薄膜内壁比传统的舱壁要薄的多，消耗的镍钢材料少(这里用镍钢并非防腐蚀，而是防止低温脆裂)，减轻液舱的结构重量；•预冷的时间缩短；•驾驶台视角广；•船型瘦削，受风面积小，推进效率较高。缺点是：•结构复杂：•对管理要求较高；•舾装周期较长；•全部液舱的薄膜和绝热装置都要进行全面试验，包括在低温条件下周期性载荷的疲劳试验。(3)SPB型船舶(自立方型货舱)SPB型LNG船，液舱与船内壁留有较大空间，液舱中部设有防止液体流动的隔壁，是日本石川岛播磨重工独立开发的技术。因为可用于20万立方米的大型LNG船舶，备受关注。SPB型船舶的优点是：•液舱与船内壁留有较大空间，便于检查液舱外部，维修容易，也易于安装；•液舱中部设有防止液体流动的隔壁，不存在晃动问题，船舶也比较好操纵；•设计时，其安全性由准确的有限元分析及实验确认，是它的最大优点。目前，全球营运中的大约140艘LNG船舶，主要是Membrane(薄膜型货舱)和MOSS型(球形货舱)等两种。其中，MOSS型船舶，由于在早期的LNG海运中占有较大优势，而且具有货物装载限制较少等使用操作上的优点，目前处于优势地位，总数居第一位，占到一半以上。但是，新的LNG船舶订单，薄膜型占据了三分之二强。从总体上看，薄膜型LNG船舶，在船型性能方面优于MOSS型，是LNG船型的发展方向。但是它的建造周期长。3LNG船舶安全管理探讨LNG船舶的发展和LNG项目的建成投产，将给船舶管理和海事监管带来新的压力。首先，大型LNG船舶和码头存储设备，存储量巨大，属于特别重大危险源。第二，随着国内各港吞吐量增长，船舶通航密度不断加大，通航环境复杂：•LNG船舶操作难度加大；•需防止其他各类船舶事故对LNG船舶和LNG码头的影响，特别是要防止油轮或危险化学品船舶的泄露、溢油或火灾爆炸等事故的发生。此外，还必须防止灾害性天气导致船舶发生走锚、飘移等导致碰撞LNG船舶或码头的事故发生。故提出以下建议。(1)严格执行ISM规则LNG船的船公司和船上人员，要重视LNG船舶的安全管理，有必要参照西方国家LNG船舶管理的规程，结合设备制造商所提供的安全运行指南，制订相应的安全操作规程，规范LNG船舶机电设备运行操作管理，装卸货管理和检验检查制度，规范职务功能和标准，制订和建立一套科学、系统和程序化的安全管理体系，确保维护、保养、故障处理的制度化和规范化。还要借助SMS强化船岸人员的安全意识。发证机关要严格审核和认证。(2)加快海事主管机关专业人才的培养，强化人员培训对LNG船舶的安全监督管理的重任，毫无疑问地落到了海事部门的身上。虽然我国海事主管机关对液化气船舶的安全监管己有多年经验，但是LNG船舶比起其他液化气船舶，具有许多特殊性，危险性更大，安全监管要求更高，且LNG船舶在我国港口目前尚未出现过，没有现成的安全监督经验可借鉴。因此，对LNG船舶的安全监督管理工作任重而道远，应引起足够的重视：•须加大投入，加快LNG船舶监管专业人才的引进和培养以及相关人员的培训工作；•加强对LNG船舶海事安全监督管理的研究；•为在LNG船舶工作的驾驶、轮机人员实施强制培训和持证上岗做准备，现在就着手制订《LNG船舶特殊培训、考试、发证办法》、相应的培训大纲(包括培训和实操内容、安全运行规则等)、试题库等。(3)制定LNG船舶进出港的安全措施可能包括：•正常情况下，LNG船舶不得夜间在港内航行和靠离泊。•LNG船舶由高级引航员引航。•LNG船舶港内航行，港区实行交通管制，包括：LNG船舶避免与其他船舶在进港航道交会，严禁相互追越；LNG船舶，前方由海事巡逻艇清道护航；后方用消拖两用船护航；除监护船舶外，LNG船舶前后2.5倍设计船长范围内不得有其他船舶航行。总之，LNG的高危险性，决定了LNG船具有很强的排他性，要求海事主管机关提高对LNG船舶安全的监管力度。为保证LNG船舶在进出航道时的航行安全，海事部门应充分认识到海事监管的艰巨性和复杂性，充分意识到改进和提升港口水域安全监督手段的必要性和紧迫性，尽快着手研究监管手段和相应人员的培训工作，以保证LNG船舶和港口安全。参考文献1王锦辉.中国液化天然气船建造现状浅析.江苏船舶，2004年第4期，P8~92IanHarper1.FutureDevelopmentoptionsforLNGMarineTransportation.AIChE2002SpringNationalMeeting，newOrleansmarch10~14，20023李品友.液化气体海运技术.大连海事大学出版社，2003年1月作者：黄鹏程LNG的特性处理LNG时潜在危危险性主要来自它以下三方面特性：①极低温度。在大气压力下按LNG组成不同，其沸点略有差别，但都存一162℃左右，在此低温下LNG蒸气密度大于环境空气。②仅少量液体就能转化为大量气体。1体积LNG大致能转化600体积气体。③天然气是可燃的。一般环境条件下，5％一15％(体积，下同)天然气和空气的混台物是可燃的。最近的研究结果表明，其最低可燃界限(LFL)为4％。1.LNG的蒸发(1)蒸发气(BOG)的物理性质大批量LNG是作为一种沸腾液体储存在绝热的储罐中。任何传入储罐的热量都将导致一定量液体蒸发而成为气体，这部分气体称为蒸发气，其组成与液体组成有关。一般蒸发气中约含20％N2和80％CH4及痕量C2H6。蒸发气温度低于一113℃时其组分几乎足纯CH4，温度升到一85℃时CH4中约含N220％，这两种情况下蒸发气密度均大于环境空气，而标准状况下蒸发气密度仅为空气的60％。(2)闪蒸加压的LNG当其压力降至沸点压力以下时，将有一定量的液体蒸发而成为气体，同时液体温度也随之降到其在该压力下的沸点，此过程称为闪蒸。LNG是种多元混台物，故闪蒸气组成不同于液体组成。计算闲蒸气量及其组成，以及与之相对应的液体组成是相当困难的，必须借助电子汁算机。以下数据可作为估计参考：压力在100～200kPa范围内，1m3处于沸点下的LNG每降低1kPa压力时闪蒸出的气量约为0.4kg。(3)储存容器温度高于一80℃时加压不能使天然气液化，故置于没有放空系统的容器中的LNG，随温度上升容器内压力也上升，直至容器破裂。所以处理LNG的设备应设置设计合理的放空系统或安全阀。2LNG的溢出和泄漏（1)溢出液体的性质LNG倾倒在地面上时，起初迅速蒸发，然后很快降至某一固定的蒸发速度．后者取决于地而吸热性能以及可由周围大气中获得的热量。不剧表面由实验测得的LNG蒸发速度入表6－60所示。表6－60LNG蒸发速度kg/(m2·h)(2)LNG的泄漏LNG泄漏到水中时产生强烈的对流传热，以致在一定的面积内蒸发速度保持不变。随着LNG流动泄漏而积逐渐扩大，直到气体蒸发量等于漏出液体所能产生的气体量。（3)气体云团的膨胀与扩散泄漏的LNG刚开始蒸发时产生的气体温度接近液体温度，其密度大于环境空气。冷气体在未大量吸收环境空气中热量之前，沿地面形成一个流动层。当其温度升至约一113℃(对纯CH4)或一80℃(对LNG蒸气)时气体密度就小于环境空气。形成的蒸发气和空气的混合物在温度继续上升过程中逐渐形成密度小于空气的云团(Cloud)，此云团的膨胀和扩散是一个与风速，大气稳定度有关的复杂问题，也要利用数学模型以计算机进行预测。泄漏LNC时，由于液体温度很低，大气中的水蒸气也被冷凝而形成