摘要：随着经济的快速发展，和对环境保护的要求越来越高，对清洁能源的需求也越来越大，“清洁能源”――天然气将在社会中扮演非常重要的角色。在天然气的生命周期中，液化天然气（LNG）的低温贮运是其中的主要环节，而作为其主要运输工具的LNG船舶，扮演着十分重要的角色。因为LNG是极低温贮运，所以LNG船舶的预冷也显得极为重要。
关键词：LNG船舶气试工艺方案实施要点
引言
随着社会的发展和进步，能源结构的调整，天然气已成为和煤炭及石油相提并论主要能源，并且将成为未来主要能源之一。当前，人与自然的和谐相处越来越受到重视，在新能源还没有成熟之前，“清洁能源”――天然气将在社会中扮演非常重要的角色。由于天然气分布格局不同，地理位置相对集中，随着天然气液化技术逐渐成熟，把天然气从一个区域运输到另一个区域已经普遍。我国2012年上半年天然气表观消费量721亿立方米，增长15.9%，在天然气消费量较大幅度增长的情况下，我国天然气的产量增长幅度则比较有限，因此需要加大进口天然气量。所以LNG船舶的预冷极为重要，它不仅关系到LNG船舶的经济性，更关系到LNG船舶和人的生命财产安全，因此，对研究LNG船舶冷却的注意点及处理方式意义重大。
1.LNG 船舶及气试作业基本流程
1.1LNG 船舶结构
LNG 船舶货舱有独立液舱型(MOSS 型和 SPB型)和薄膜型两大类，目前新建造的 LNG 船均是薄膜型。以薄膜型 LNG 运输船为例，该型船由 4 个独立的液货舱组成，相邻液货舱之间由平面舱壁构成舱室。该船型的储槽被安装在船壳内，LNG 和储槽的载荷直接传递到船壳上，结构见图 1。
图 1 薄膜型 LNG 船结构
1.2 LNG 船气试基本流程
LNG 船抵港前，LNG 接收站需完成快速脱缆钩、 图 1 薄膜型 LNG 船结构登船梯、卸料臂、船岸通信、ESD 测试等相关准备工作，然后方可让 LNG 船靠泊进行气试作业。在 LNG 码头气试作业主要包括接收站准备工作、6″循环管线冷却及填充、接收站储罐降压、LNG 船靠泊、货舱置换、货舱冷却、装载 LNG、船用泵调试、LNG 卸载、离泊等步骤，见图2。其中接收站 LNG 储罐降压、6″循环管线冷却及填充属于码头准备工作。接收站准备工作主要为气试前的设备设施检查及测试、安全系统 LNG的检查及测试等。
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图 2 LNG 船舶接收站码头气试基本流程
2. LNG船舶在冷船过程中常见异常情况分析
2.1易漏点及原因分析
在冷船过程中，最常见的异常情况就是出现滴漏，通常滴漏情况容易发生在一些船与卸料臂的法兰连接，过滤器、单向阀的法兰连接处及卸料臂的紧急切断双球阀和旋转接头连接处等。因此，液相臂的预冷，是整个气试过程中的第一步，也是关键一步。
究其原因，出现滴漏的情况主要是在预冷过程中，冷热不均及多次使用中垫片的应力破损造成。在预冷过程中，管道的下半部分先接触到液态的LNG，如果量大的话，温度迅速降到-150℃左右，剧烈收缩。而管道上半部分处于蒸发的气相中，温度相对较高，收缩不明显。由此产生的收缩不一致，容易产生滴漏。同时，产生的热应力，也容易引起垫片的变形，多次使用后，在管道背压较高的情况下，也容易引起滴漏的情况。所以预冷时，管道的背压控制也是相当重要的。通常当预冷过程中，出现滴漏，经冷紧无效后，则必须终止预冷，排空管道，吹扫干净后，更换垫片，重新预冷。
因此，从理论数据上来讲，预冷过程越慢越好，但从经济性上来考虑，则预冷越快越好。所以，在实际操作中，预冷速率要根据实际经验，综合几方面因素来考虑，得出一个相对合理的速率。通常预冷过程总共90分钟比较合理。前40分钟左右到达臂的顶端，再过30分钟，管线温度达到-100度，然后再深冷20分钟。
2.2LNG船舶预冷失效
在冷船过程中，有一种情况也时常发生。即：在船上岸上所有阀门都设置正确，阀门状态也准确无误，管道中也有几公斤压力，但是流量就是上不去，船舱的温度也下降的很慢，每小时才下降1-2度，而正常情况下应该下降10度左右。这时基本可以说船舶预冷失效。
究其原因，出现这种情况最大的可能就是气堵。即管道中某个位置存在气相，没有排掉，使得液相不能顺利流通，流量变小。而管道中存在气体的原因，可能是预冷产生的蒸发气，或者是原来管道中存在气体，因为管道走向，阀门开度大小等原因没能及时排掉。
出现这种情况时，就需要在适当的位置大量排气。当管道中的气体排净后，流动变的顺畅，冷却效果就能恢复正常。
2.3船舶上返回气处理
在冷船过程中，船舶会产生大量的蒸发气（bog），这些气体需要排到岸上的bog系统。在排气过程中要考虑对岸上气相臂的冲击，以免因流量突然大增造成压力高连锁。
同时应密切监控储罐压力。冷却速率为-10degC/h时产生的BOG量为10 to 15 t/h。由于从船上返回的BOG所带的液雾可能会导致BOG压缩机过滤网堵塞，需密切关注过滤器差压。
排气刚开始时，船上排出的bog温度较高，氮气含量也较大，不适合回收，这时需要排火炬烧掉。当船上排过来的bog温度达到-90℃后，此时bog的含量已经合格，可逐步关小火炬，由压缩机回收bog到外输系统中。此时应密切关注bog系统压力及设备负荷。必要时可加开压缩机。加开压缩机时需注意对系统的冲击。在外输量较小时，则需加大外输量。若气相压力持续升高，则开大火炬排放，控制气相压力。
3.结束语
总之，随着城市的迅速发展，人民生活水平的不断提升，能源需求紧张，使得LNG将在社会中扮演非常重要的角色。为提高液化LNG船舶的管理水平和营运效率，对LNG船舶预冷过程常见问题进行分析研究，对今后制定合适的LNG船舶预冷计划、节约预冷时间和能量具有一定的指导意义。
参考文献：
[1] 顾安忠.液化天然气技术 [M] 北京：机械工业出版社，2000：28.
[2] 王忠诚，李品友，金国平等.LNG船舶预冷过程中冷却液的CFD模拟[J].上海海事大学学报，2010，31.
论文作者:王金才1,姜亮2,熊志3
论文发表刊物:《防护工程》2018年第21期
论文发表时间:2018/11/12
标签：预冷论文; 船舶论文; 天然气论文; 接收站论文; 货舱论文; 过程中论文; 卸料论文; 《防护工程》2018年第21期论文;