LNG运输船气试与首次装卸操作的程序

苑伟民

（中国石油化工股份有限公司天然气分公司 广西液化天然气工程项目部，广西北海 536000）

0 引言

根据IGC规范，临近液货舱的所有压载舱均须进行水压试验。该试验可在舱体建造完毕后任何时间开展。一般来说，许多船厂倾向于船在干船坞中或者下水之后、安装液货舱绝缘和屏蔽之前，对几个压载舱进行水压试验，并在试航之前或海上试航期间完成最终测试。建造完成后，LNG运输船与任何其他船舶一样进行海上试航。

一旦液货舱绝缘隔热层安装完毕，靠近液货舱的压载舱边界的外表面将无法检查。因此，在这种情况下，压载舱水压试验的完成方法是：在压载水排放之后，从舱内进行检查，确认压载舱体上没有任何因加载压力造成的裂缝或永久变形。

建造完成后，LNG运输船与任何其他船舶一样进行海上试航。由于试航程序没有任何特别的不同之处，这里不作介绍。试航完成后，LNG运输船在执行运输任务之前还需要进行气试[1]。

1 LNG船气试

1.1 气试的目的与范围

LNG船气体试验是指每一艘新造 LNG运输船，正式投用前，在完成海试后通过与LNG接收站联接，LNG船舱部分装载一定量的LNG，在设计温度或接近设计温度条件下对 LNG船上设施进行一系列试验，简称“气试”。其目的是确认所有相关的货物操作设备或气体管理系统的功能性能处于良好状态，包括仪表、监控及警报系统。气试期间，通过从LNG接收站装载适量的液化天然气，确认各系统与设备的性能；通过从LNG接收站装载适量的液化天然气，确认各系统与设备的性能。气试期间应进行下列操作：屏蔽件处所氮气充填、液货舱与管线惰化、置换（充气）、液货舱与管线预冷、LNG装料、泵操作、使用应急泵进行物料紧急转移、卸料、储罐预热、储罐惰化充气、气体处理[2-4]。

1.2 气试操作步骤

总体上可以分为以下三个阶段：第一阶段，在船仍在船厂时进行，也称为“低温测试”；第二阶段，物料装卸系统的实际测试，该测试自运输船抵达接收站并装载气试所需的 LNG时开始，当运输船返回至接收站并卸载试验所需的LNG时结束；第三阶段，气体管理系统与燃气轮机牵引系统的测试，与物料处理系统测试同时进行。

2 低温测试[5]

2.1 安全栅氮气充填

本项操作的目的是使用制氮机制造的氮气，充填安全栅并将空间内的氧气置换排出，直到空间内氧气的体积含量降至3%以下。

船厂采用的典型氮气置换程序如下：1）确认液货舱内压力处于1050mbar~1200mbar（绝压）的范围；2）启动制氮机，将氮气缓冲罐充填至最高工作压力；3）吹扫置换所有氮气管线；4）通过氮气供应旁通阀，向绝缘隔热空间和屏蔽间处所同时注入氮气，通过排气旁通阀，将置换排出的氮气混合空气排至大气；5）氧含量小于3%后，关闭两个旁通阀并将常规氮气供应/排放阀调至自动控制模式，氮气置换露点应低于−70°C。在置换操作期间，应根据情况对下列项目进行检查和/或记录：舱压；绝缘隔热空间与屏蔽间处所的压力；氧含量。

2.2 液货舱与管线干燥

本项操作的目的是去除液货舱内的潮气，防止舱体预冷时结冰。液货舱内部空气通过惰性气体产生器吹出的干燥空气被置换排出，直至舱内露点低于−20°C。船厂采用的典型氮气置换程序如下：使用干燥空气吹扫清理潮气、液体和喷雾集管；通过物料液体管线和液货舱进料管线，将惰性气体产生器吹出的干燥空气注入所有的液货舱，置换排出的空气通过物料蒸气管线排空，弥散进入大气；露点低于−20°C以下时，相关物料管线使用干燥空气吹扫干燥，在置换操作期间，应按情况对下列项目进行检查和/或记录：舱内露点；舱内温度压力；惰性气体产生器出口的空气温度、压力和露点。试验期间应检查惰性气体发生器，确保其处于良好的功能和运行状态。

2.3 惰化

惰化处理后舱内的大气组分应达到以下要求：氧含量小于2%；露点低于−40°C。一些接收站要求在装载气试用LNG之前，使用氮气（而不是二氧化碳）进行首次惰化处理。

船厂采用的典型氮气惰化程序如下：1）预冷物料管线与液货舱之间的喷淋管线；2）通过液体管线和喷淋管线，从陆地液氮储罐向 LNG气化器提供液氮；3）通过物料蒸气管线，将LNG气化器产生的氮气提供至液货舱，通过物料液体管线，将置换排出的空气排出，弥散进入大气；4）测量液货舱取样点的露点和氧含量。在置换操作期间，应根据情况对下列项目进行检查和/或记录：液氮供应流量、压力和温度；气化器出口处的氮气温度与压力；液货舱内露点与氧含量。试验期间应检查和确认LNG气化器处于良好的运行状态。

2.4 物料管线预冷

液体物料管线、蒸气物料管线和喷淋管线应进行预冷，目的是确认管线被调至冷却状态，检查管线支架的移动情况以及绝缘隔热层的有效性。此外，应检查整个管道系统，确认管线无“冷点”。

船厂的典型预冷程序如下：1）物料支管线安装临时混合器，以便产生低温氮气；2）将混合气供应至液体物料管线、蒸气物料管线和喷雾管线，直至温度小于等于−100°C；3）遇冷后，各条管线应在1bar压力条件下进行气密性试验。

操作期间应按情况对下列项目进行检查和/或记录：液体物料集管两端的温度；蒸气物料集管两端的温度；喷淋集管两端的温度；支撑点上管道收缩量；管道绝缘保温层的冷点。

3 气试期间的物料处理系统测试

3.1 与接收站的连接以及紧急关停系统的测试

到达接收站后，应进行的操作包括：1）连接船岸接地线和通讯设施；2）连接卸料臂；3）开启码头防护水幕；4）测试紧急关停系统。

紧急关停系统按如下程序测试：1）将运输船的紧急关停系统连接至岸边物料泵和管线的关停线路；2）打开紧急关停阀；3）确认紧急关停系统已连接电源，气动管线压力正常；4）通过装卸控制室控制面板的重置按钮，重置紧急关停系统；5）通过装卸控制室的控制面板和/或接收站，启动紧急关停系统；6）使用电话确认LNG船和接收站相互之间的通讯信号正常；7）测试支线的紧急关断阀的关闭时间，特别注意以下时间：信号发出的时间至阀开始关闭的时间，信号发出的时间至阀完全关闭的时间；8）重启紧急关停系统。

3.2 净化（置换）

当LNG船到达接收站，2个已经惰化的货舱将会在-70~20℃℃之间的温度用LNG蒸汽清洗，在此操作期间，货舱应将压力保持在40mbar~200mbar。

船厂采用的典型操作程序：1）液体管线和LNG气化器之间的喷淋管线冷却；2）由接收站向气化器、液体管线和喷淋管线供应LNG；3）LNG蒸汽通过气体管线进入货舱；4）由液体管线将置换掉的惰性气体和LNG蒸汽混合物输送至接收站；5）在穹顶顶部取样并分析 LNG蒸汽成分；6）当货舱内的LNG蒸汽含量超过98%，净化基本完成。

在净化操作期间，应根据情况对下列项目进行检查和/或记录：1）大气压力和温度；2）海水温度；3）货舱压力、温度和 LNG蒸汽含量；4）绝热空间压力和温度；5）LNG气化器出口压力、温度和流速；6）到岸的流速；7）液体和气体管道的压力和温度；8）货舱和主绝热空间的压力差。

3.3 冷却

净化操作之后，装载LNG前，货舱需要冷却。冷却的目的是为了减小货舱边缘和泵塔上的热应力，以及减少最初装载阶段蒸发气体的体积。冷却阶段操作目标是使货舱内平均温度在-130℃以下。

船厂采用的典型操作程序：1）液体管线和货舱之间的喷淋管线冷却至-100℃以下的温度；2）LNG由接收站通过液体管线向和喷淋管线进入货舱；3）LNG蒸汽通过喷淋头开始进行喷淋；4）货舱内产生的蒸汽由气相管线返回至接收站；5）每小时测量一次LNG的温度。

操作期间，应根据情况对下列项目进行检查和/或记录：1）大气压力和温度；2）海水温度；3）货舱压力、温度和液位；4）绝热空间的温度和氮的流速；5）清舱总管的压力和温度；6）到岸的流速；7）液体和气体管线的压力和温度；8）货舱和内层绝热空间的压力差；9）绝热舱和内壳空间的压力差。在冷却操作期间，要通过外观检查确定没有表面上的问题，同时也要检查液货测量系统（CTS）。

3.4 装载

一旦冷却完成，一个储罐内将会装载一定数量的LNG用来进行气试。对于目前标准的LNG运输船装载的LNG约为4000m3~5000m3。

船厂采用的典型操作程序：1）液体管线冷却至-100℃以下的温度；2）液体管线冷却后即开始LNG装载；3）在装载过程中定期检查液位和压力及温度；4）当达到计划装载量时，紧急切断阀关闭，进料阀一直开启，避免压力增大。

装载操作期间应根据情况对下列项目进行检查和/或记录：1）大气压力和温度；2）海水温度；3）货舱压力、温度和液位；4）绝热空间的温度和氮的流速；5）清舱总管的压力和温度；6）到岸的流速；7）液体和气体管线的压力和温度；8）货舱和内层绝热空间的压力差；9）绝热舱和内壳空间的压力差。

在冷却过程中检查液货管子确认没有冷点、收缩和支架的侧向移动，检查阀门保证没有泄漏。

在此阶段紧急关闭系统已经测试是很必要的，液货测量系统和浮动计也需要完成检查。

3.5 海上净化（置换）

接收站未净化的储舱将会在海上进行相似操作。通过喷射泵将储舱的LNG进行喷淋，被置换的氮气和LNG蒸汽的混合物通过桅杆高处放空。

3.6 海上冷却

仍然温暖的储舱在海上通过与在接收站相似的操作进行冷却。通过喷射泵将储舱的LNG进行喷淋，产生的 LNG蒸汽的被燃烧掉。如果超压，气体将会通过桅杆进行高处放空。

3.7 LNG转移和泵操作

LNG按照顺序从一个储舱转移到另一个储舱来测试所有舱内泵。该操作交替每一个主舱内泵和喷淋泵和清舱泵，备用泵也同样在储舱内降级操作。

在进行 LNG转移操作过程中应根据情况对下列项目进行检查和/或记录：1）大气压力和温度；2）海水温度；3）货舱液位；4）货舱和内层绝热空间的压力差和温度差；5）所有泵的卸货压力、发动机电流、泵的装载、关闭等级；6）应该按照下面的顺序开关阀：LNG泵卸料阀、LNG储舱进料阀、分支阀门；7）绝热空间内氮的流速；8）绝热舱和内壳空间的温度。

在这个过程中，检查包括仪表、监控、报警灯所有设备是否正常工作。

3.8 卸载

当LNG转移操作完毕，LNG船与接收站再次对接卸载剩余的货物。

船厂采用的典型操作程序：1）在达到接收站前所有的储藏最好全部净化，并将剩余的LNG转移至一个储舱内；2）在到达接收站前，液体管线和将要卸载LNG的储舱内的喷淋泵使用LNG冷却；3）在连接接收站后卸载臂使用装有LNG的储舱内的喷淋泵冷却；4）使用卸料泵和清舱泵卸载剩余液货。

在操作期间，应根据情况对下列项目进行检查和/或记录：1）大气压力和温度；2）海水温度；3）货舱压力、温度和液位；4）绝热空间的压力、温度和氮的流速；5）如果岸上蒸汽回流管线不能使用，需要记录LNG气化器出口压力、温度和流速；6）卸料泵和清舱泵出口压力和流量；7）液体主管线和跨接管线的压力及温度；8）尽量记录来自岸上的蒸汽流速；9）货舱和内层绝热空间的压力差；10）绝热舱和内壳空间的压力差。

在这个过程中，检查包括仪表、监控、报警灯所有设备是否正常工作。

3.9 升温

到船厂后，储藏在惰化和净化之前需进行升温。

船厂采用的典型操作程序：1）冷的LNG蒸汽通过蒸汽管线被输送至重型压缩机和气体加热器；2）加热的气体通过装货管线返回至储舱底部；3）不能通过泵抽走的LNG被蒸发为气体；4）产生的LNG蒸汽的被燃烧掉，如果超压，气体将会通过桅杆进行高处放空。

在储藏升温操作期间，应根据情况对下列项目进行检查和/或记录：1）大气压力和温度；2）海水温度；3）货舱压力、温度和液位；4）绝热空间的压力、温度和氮的流速；5）重型压缩机出口压力和温度及气体流速；6）气体加热器的压力和温度；7）液体主管线和跨接管线的压力及温度；8）到燃烧炉和大气的蒸汽流速；9）货舱和内层绝热空间的压力差；10）绝热舱和内壳空间的压力差；11）压缩机和电机的噪音。

在这个过程中，检查包括仪表、监控、报警灯所有设备是否正常工作，检查液体管道的位移。

3.10 惰化和通风

一旦升温完成，所有的储舱接着均被惰化和净化，净化和惰化程序如上所述进行逆向操作。

4 气试过程中气体管理系统的测试

4.1 气体燃烧操作确认测试

在气体测试操作过程中对下列主要的气体燃烧操作，按照备忘录约定进行测试：1）氮气清洗顺序；2）燃烧器燃料模式变化顺序；3）在双模式下增加/减少燃烧器顺序；4）在气体模式下减少燃烧器顺序；5）在气体模式下熄火和跳闸；6）燃油自动辅助顺序；7）燃气自由流动，燃烧试验；8）燃油升压顺序；9）燃气燃烧试验和主汽轮机的操作。

4.2 蒸发的气体操作确认测试

按照备忘录约定进行下列蒸发器的操作测试：1）货舱压力控制系统没有强制蒸发器；2）货舱压力控制系统有强制蒸发器；3）货舱通风控制。

4.3 其他测试

其他包括：1）停电测试；2）过量 BOG应急调放测试；3）气体模式下轮机舱无人操作测试。

5 第一次装载和卸载操作

1）验船师出席第一次装载和卸载操作过程。对于 LNG运输船，验船师出席第一次装载和卸载操作过程是必要的。通常，验船师将会确认所有装备包括仪器仪表、监控和报警系统在操作过程中正常运行。当在气试过程中装载一定量的气体量相对于整个船的容量较小（在3%以内），有必要确定所有设备通过了气体测试检查并在全速下正常工作，例如液货管系在实际操作流速大于气体测试流速下会进行再次检查。

2）确认灌装限制。在气试期间，装载低于储罐低槽的少量 LNG时，确认高、高高液位报警和自动停车不能使用。在完成装载后，可通过清舱泵从一个货舱向另一个货舱转移一些货物来进行测试高高液位报警。

3）确认冷点。IGC规范中要求，当第一次满载时候确认船体内膜冷点（微量积冰）。

6 结论

1）在实际操作过程中，根据每个接收站及LNG运输船的实际情况进行气试操作。

2）在气体测试过程中，若通过惰性气体产生器产生惰性气体来进行干燥，或选用二氧化碳进行惰化，必须核算进入管道的气体是否会产生干冰，避免产生的干冰堆积在罐壁及切断阀门附近，阻塞气相管道，尤其在切断阀门处，固化的干冰将不会升华，造成不能卸船，类似事故在国内接收站出现过。

3）推荐在气试过程中采用氮气作为惰气。

[1] 付海泉, 林素辉, 郭志明. 大型 LNG 接收站配合LNG船气试作业简析[J]. 天然气技术与经济, 2012,6(4): 47-50.

[2] 严艺敏, 钟君儿, 李昭新. LNG接收站配合LNG运输船气体试验技术研究[J]. 上海煤气, 2012, 298(6): 1-8.

[3] 中国船级社. 薄膜型液化天然气运输船检验指南[S].2011.

[4] 中国船级社. CCS散装运输液化气体船舶构造与设备规范[M]. 北京: 人民交通出版社, 2005: 107.

[5] McGuire. White. Liquefied Gas Handling Principles On Ship and in Terminal[M]. London: Witherby &Company Limited, 2000: 25-163.