大型LNG接收站首船接卸作业流程分析

付海泉 屈 晟 殷先平

（1.中海油粤东液化天然气有限责任公司，广东 揭阳 515200；2.中海福建天然气有限责任公司，福建 莆田 351100）

0 引言

液化天然气（LNG）是天然气行业的重要组成部分，因其清洁、高效和经济的特性，被认为是地球上最干净的石化能源，逐渐被广泛应用于工业和居民燃气等多个领域，对于提升我国经济发展水平和环境质量具有日趋重要的作用。我国LNG工业起步较晚但发展较为迅猛，2003年12月广东大鹏LNG的开工标志着中国规模化建设大型LNG接收站时代的到来，目前已建、在建和规划中的大型LNG接收站项目达13个［1］。大型LNG接收站的首船接卸标志着该项目进入试生产阶段，因此对整个项目具有里程碑意义。首船的成功接卸涉及生产准备，卸料管线和储罐BOG置换、预冷，卸料管线LNG填充，储罐预冷和卸料5个步骤。

1 生产准备

国内LNG接收站通常在项目核准后成立生产准备部，开始项目投产的生产准备工作，也有部分接收站在公司成立之初就成立了生产准备部介入项目的设计、施工管理工作，后者的管理模式可使项目建成后大大减少操作不便的症结。生产准备包含人员、物资、管理体系、承包商、政府许可、试生产方案和船舶确认7部分。因生产准备涉及内容较多，且各接收站存在差异，笔者仅简要介绍人员取证、政府许可和船舶确认3部分。

1.1 人员取证

根据国内法律法规要求，相关行业的从业人员只有经过培训，并取得国家主管部门颁发的从业资格证才允许从事相关岗位。国内LNG接收站在首船抵港前人员需办理的证件见表1。

1.2 办理政府许可

大型LNG接收站项目的“政府许可”办理是指在装置试车投产前，装置的安全、环保、消防及计量的设施、设备需满足国家和地方的要求，以获得政府相关部门的证书和作业许可。政府许可的办理是确保LNG接收站首船接卸的关键步骤之一。国内LNG接收站在首船抵港前需办理的证件见表2。

1.3 船舶确认

大型LNG接收站首船抵港前，一般需完成《LNG接收站港口信息和接收站手册》的编制、码头尽职调查和船岸兼容研究工作。《LNG接收站港口信息和接收站规则手册》一般需包括概述、港口信息、港口设备、货物操作和HSE 5部分内容，主要目的是为了使到港船舶了解接收站对船舶作业的规定、要求和作业程序，确保船舶在港期间的安全作业和沟通顺畅。

表1 人员取证列表

表2 政府许可列表

表2 政府许可列表（续）

2 首船调试

2.1 作业流程概述

一般情况下，LNG船舶根据接收站的要求提前抵达锚地，根据国家法律规定，外轮靠泊应由引航站引航靠泊，在LNG船舶进港过程中，需根据船舶模拟操纵试验的要求提供相应数量和马力的拖轮协助LNG船舶进港、靠泊作业，以确保LNG船舶靠泊法向速度应小于10 cm／s，靠泊角度应小于5°［2］。根据《SIGTTO LNG Operations in Port Areas》的规定，LNG船舶在进港、靠泊操纵过程中需确保LNG船舶前2 778 m、后926 m没有其他船舶的“移动安全区”，国内一般由属地海事局派遣相应数量的海事巡逻艇进行协助。LNG船靠泊后，需经放置登船梯、安全检查、卸料臂的连接及气密性检查，卸前计量、卸料系统和储罐的BOG置换、预冷、卸料管线LNG填充、储罐预冷等一序列操作，具体流程见图1。

图1 LNG接收站首船接卸流程示意图

2.2 卸料管线和储罐BOG置换、预冷

船舶抵港前卸料管线和储罐均应处于氮封状态，其中卸料管线露点＜-40℃，内罐露点＜-20℃且O2%＜9%。GB／T-26978.5-2011《现场组装立式圆筒平底钢质液化天然气储罐的设计与建造第5部分：试验、干燥、吹扫及冷却》规定：由于使用氮气等惰性气体，可能会导致冷却过程中钢材出现低于设计温度的过冷现象，例如LNG储罐达到-180℃，因此强烈推荐在冷却前采用储存介质热蒸气置换氮气，防止可能出现的过冷现象。同时由于国内大型LNG接收站卸料管线尺寸基本都大于965.2 mm，若直接引进LNG将导致管线底部温度过低，造成管道弯曲变形进而损坏管道。为保证卸料管线预冷的均匀进行和储罐预冷的安全进行，首先利用BOG对其进行置换和预冷，由于耗量较大，船舱自然蒸发的BOG无法满足作业要求，因此一般要求船方启动一台扫舱泵将LNG输送至LNG汽化器进行强制气化。由于船方的正常流程为汽化器出口与BOG管连接，通过气相返回臂进入接收站，无法对卸料管线进行置换和预冷，因此需对流程进行改造。

为实现利用BOG对卸料管线和储罐进行置换和预冷而进行的流程改造，一般有以下两种方法。①由接收站进行流程改造，通过跨接管将码头气相管线与液相管进行连接，船方供应的BOG通过气相臂经跨接管进入卸料管线和储罐。②由船方进行流程改造，在LNG船的LNG汽化器出口管线和LNG卸料管线之间连接一根跨接管，将LNG汽化后通过其中一个液相臂（以UA-0101C为例）进入卸料管线和储罐。虽然两种方法均可实现，但由于国内LNG接收站基本均未设置吊装设备，若进行该项作业需租赁大型吊车，且LNG接收站作业人员属于首次作业，经验较为欠缺。因此若由接收站进行流程改造存在施工难度大，作业时间长且费用高的问题，不利于后续作业的开展。而船方已设有吊装设备，且作业人员经验丰富，可缩短作业时间，因此一般由船方进行流程改造。

在BOG置换和预冷期间，根据要求调节LNG汽化器进口阀和旁路阀以控制BOG流量和温度。卸料管线预冷温降速率控制要求一般为-10℃／h，管道顶部和底部温差低于50℃，卸料管线温度达到-120℃时BOG预冷结束。国内某接收站卸料管线为1 016 mm，长度为450 m，BOG将卸料管线冷却至-120℃（栈桥管线温度已达到-140℃）耗时30.2 h，LNG耗量734 m3，平均预冷速率为5℃／h，最大预冷速率为8.2℃／h，船方供应BOG量为12 000～13 000 kg／h，温度为-20～-149℃。

2.3 卸料管线LNG填充

当卸料管线BOG预冷结束后，停止供应BOG，可进行卸料管线LNG填充。针对BOG置换、预冷期间LNG汽化器出口与LNG管道相连的情况，目前有两种较为普遍的做法：① 由船方拆除LNG汽化器出口与液相管间的跨接管，然后利用LNG扫舱泵对卸料管线进行LNG填充。这是目前大部分LNG接收站首船接卸所采取的做法。② 将LNG汽化器通过阀门隔离后直接进行LNG填充，而不需拆除LNG汽化器出口与液相管线的跨接管。目前仅国外部分接收站开始尝试这种方法。

据目前投产接收站的经验，拆除LNG汽化器出口与液相管间的跨接管一般需持续4～6 h。在这过程中由于管线漏热的影响导致卸料臂和卸料管线温度上升，因此在开始LNG填充时需首先利用小流量LNG对卸料臂和卸料管线进行重新冷却。但由于小流量LNG进入卸料管线后，管线底部温度急剧下降，而顶部温度基本不变，容易导致管线温差超过50℃，影响作业安全。由于船方利用阀门隔离LNG汽化器的时间较短，卸料臂和卸料管线的温度基本维持不变，此时对卸料管线进行LNG填充，易于控制管线顶部和底部温差，有利于管线的安全运行，同时可缩短作业时间。但由于BP、壳牌等船舶管理公司的管理理念和标准不一样，部分船舶不允许利用阀门对LNG汽化器进行隔离，因此在船舶确认阶段需与船方充分沟通以确认是否拆除跨接管。

2.4 储罐预冷及填充

卸料管线LNG填充完成后，通过储罐预冷管线调节阀控制储罐预冷速率，GB／T-26978.5-2011规定储罐预冷速率应控制在3～5℃／h范围内，罐壁或罐底上任意两个相邻热电偶之间的最大温差为30℃，储罐底部所有温度点达到-145℃时储罐预冷结束。储罐预冷时一般要求预冷管线压力维持在0.2～0.4 MPa范围内，以确保LNG经过喷嘴后以雾化形状进入储罐，同时可避免LNG液滴直接滴落造成储罐底部局部温度过低的现象。储罐预冷结束后，继续利用预冷管线对储罐进行填充，直至液位达到50 mm，然后利用小流量的卸料至2.5 m，以对储罐进一步深冷。当储罐液位达到2.5 m后可逐步增大卸料速率。

国内某接收站储罐平均预冷速率为3.46℃／h，耗时50.3 h，LNG耗量2 130 m3。储罐预冷完成后继续利用预冷管线对储罐进行LNG填充至50 mm，然后通过储罐进料管线以400 m3／h的速率卸料至0.5 m，并以1 200 m3／h的速率卸料至2.5 m。

3 注意事项

3.1 管道位移

根据热胀冷缩的原理，管道在遇冷状态下会发生收缩，如果温降速率过快会加速管道的收缩变形，进而发生位移。在LNG温度条件下，不锈钢的收缩率约为千分之三［3］。国内某接收站卸料管线为965.2 mm，首船预冷期间LNG流向方向最大位移为175 mm，横向最大位移为133 mm；而某接收站卸料管线为1 016 mm，首船预冷期间LNG流向方向最大位移为228 mm，横向最大位移为200 mm。如果管道位移过大容易损坏管道，进而影响作业安全。为了减小预冷过快对管道带来的冲击，主要通过减小卸料流量以降低温降速率来减缓管道的碰撞，即严格要求管道温降低于-10℃／h，且顶部和底部温差低于50℃；针对管道预冷收缩的情况，通常可采用金属波纹管（即膨胀节）、管环式补偿，以及膨胀率小的管道材料等方法解决，目前国内LNG项目多数采用膨胀节的方式进行管道补偿，并在弯管处设置固定、移动或单向管墩的方法来减小或避免管道朝单侧大幅度移动的危险。同时为了实时监测预冷期间管道位移情况，LNG接收站需提前做好管道位移标志。

3.2 储罐喷嘴

LNG储罐虽然是LNG储存系统的一台单元设备，但建造费用却占LNG接收站工程费用的40%，因此尽管储罐是个静设备，但在LNG接收站中属于核心设备。储罐预冷是LNG接收站首船接卸的重点，也是难点。预冷一般通过储罐顶部的喷嘴来实现，因此其设计、选型直接决定了储罐的预冷效果。该接收站的预冷效果非常好，主要得益于该接收站储罐预冷喷嘴设计和选型较为合理。该接收站选用Axial Flow Full Cone Nozzles型喷嘴，并将喷嘴连接到储罐顶部的环形管道上，安装了24个喷头且喷头与管道呈45°分布，预冷期间只需将LNG压力控制在喷嘴的工作压力范围内，LNG即可通过喷嘴以雾状形式喷射到罐内，同时根据储罐温降速率调节LNG流量以确保预冷均匀进行［4］。

3.3 船岸通讯系统模式切换

目前国内LNG接收站的船岸通讯系统主要包括光纤和电缆两种模式，部分接收站还设有气动模式。船岸通讯主要是在出现紧急情况时用于船岸ESD信号的传输，也可用于船岸通讯。国外接收站认为光纤传输不稳定，且由于光纤头为铜芯遇海水易形成铜锈，因此一般以电缆作为主要通讯模式。国内接收站则认为电缆存在危险，且操作不便，因此一般以光纤为主要通讯模式。无论采取何种模式，首船抵港作业时均要求对另外一种模式进行测试，因此涉及到船岸通讯的切换，如果操作不当易引起ESD导致船岸作业停止。因此在进行“光纤”和“电缆”模式切换时，一定要在控制面板上将“Inhibit”按钮投用，并结合不同接收站的设计，检查是否需在DCS系统上屏蔽部分信号，以免引起ESD。同时在进行模式切换时需加强船岸沟通，以免由于单方面的切换导致对方触发ESD。

4 结束语

根据国家和行业规范并结合实例，对典型大型LNG接收站首船接卸过程中的生产准备，卸料管线BOG置换、预冷，卸料管线LNG填充，储罐预冷和填充等4部分进行了论述，同时讨论了实际操作过程中存在的问题，并提出了相应的解决措施，为国内LNG接收站首船接卸提供了参考。由于各个接收站采用的设计标准和所处区域不同，因此在实际操作过程中存在差异，各接收站在准备过程中应认真按照标准和规范要求，同时准备好相应的应急预案，以确保首船作业的安全。

［1］徐博.2020年前中国多气源供应格局展望［J］.天然气工业，2012，32（8）：1.

［2］刑云，刘淼儿.中国液化天然气产业现状及前景分析［J］. 天然气工业，2009，29（1）：120.

［3］顾安忠.液化天然气技术［M］.北京：机械工业出版社，2003.

［4］黄群，夏芳.LNG储罐国产化的可行性［J］.天然气工业，2010，30（7）：80.