槽车对LNG动力船燃料罐首次加注方案

刘腾龙,陶 洋，刘建朔

(上海新奥新能源技术有限公司 ，河北 廊坊 065001)

槽车对LNG动力船燃料罐首次加注方案

刘腾龙,陶 洋，刘建朔

(上海新奥新能源技术有限公司 ，河北 廊坊 065001)

LNG动力船的燃料罐和燃料系统是该类船舶动力系统的重要组成部分，LNG系统的安全性关乎本船的命运，燃料罐的首次预冷成功与否尤为关键，为此，文章介绍槽车对船用LNG燃料罐首次加注方案、加注流程等，为LNG动力船舶首次加注提供参考。

LNG动力船舶；燃料罐；加注

针对绿色航运能源发展趋势，全球已经将视角投向多种能源研究，尤其是LNG(液化天然气)。虽然，近几年LNG作为船舶燃料带来的经济效益存在着不确定性，但其在减少二氧化碳、氮氧化物、颗粒物等的排放方面发挥的作用是不可置疑的[1]。 LNG动力船加注方式细分为6种：船—船加注方式(Ship to Ship,简称STS)；海上浮式设施—船(Offshore unit to ship)；槽车—船加注方式(Truck to ship,简称为TTS)；岸—船加注方式(Terminal to ship)；趸船—船(Pontoon to ship)；整体换罐(Mobile tank)[2-5],其中槽车—船加注方式目前应用最为广泛。

1 LNG动力船首次加注流程

LNG动力船首次加注LNG，需要对LNG燃料罐、系统进行干燥、预冷、置换、充装，以及管路吹扫和惰化。干燥是指将系统中的水蒸气排出，防止残留的水分在系统中结冰，堵塞管路；惰化是指采用惰性气体将燃料罐及管系中的干燥空气排出，从而降低燃料罐内的氧气浓度。此外，当采用氮气对燃料罐进行干燥时，可视为惰化处理的一部分，即干燥和惰化同时进行。惰化完成进行预冷操作，预冷有2种方式：采用氮气预冷和采用天然气预冷，将燃料罐平均温度降到-130 ℃或者更低。采用低温氮气预冷时，还将进行置换操作，即将预冷完成后燃料罐内的氮气由天然气驱除，之后方可进行LNG加注。加注完成后需对加注管路进行吹扫和惰化，将管路内残存的LNG液体驱赶至燃料罐内，随后进行氮气惰化，即可完成首次船舶加注。

2 首次加注详细流程

2.1 LNG动力船燃料罐干燥和惰化

采用氮气对燃料罐进行干燥时，干燥可视为惰化的一部分。氮气对燃料罐进行惰化，可采用2种方法：高温氮气活塞效应惰化法、低温氮气活塞效应惰化法[6]。通过实际操作，证明采用低温氮气活塞效应惰化法效果较好，该方法是指将低温的氮气(密度比燃料罐内气体密度大)由燃料罐下进液进入燃料罐底部，燃料罐内的气体由燃料罐气相管排出，此过程持续进行，通过检测排出口气体，将燃料罐内氧气浓度和露点温度降到符合要求为止，惰化管路连接原理如图1所示。

图1 燃料罐惰化原理图

2.2 LNG动力船燃料罐预冷

对于不同的LNG系统，通常采用液氮预冷的方式，还可采用LNG进行预冷，但需考虑预冷后产生低温气体的处理方式。对于管路能够承受最低温度-196 ℃的系统，可以采用液氮喷淋预冷方法，管路连接如图2所示，即直接利用液氮通入加注管路，液氮由燃料罐上喷淋管路喷入燃料罐，从而汽化实现对燃料罐的预冷，预冷后产生的低温气体由气相管或放散管排出；对于管路承受温度不低于-165 ℃的系统，采用低温氮气预冷法，即液氮经过汽化后由燃料罐顶部进液管或底部进液管进入，控制进气温度，防止液态氮气进入，管路连接如图3所示。在预冷过程中需控制进液/进气的流量，通过观察燃料罐预冷速度，控制冷却的速度在8～12 ℃/h，不超过15 ℃/h，当燃料罐温度降到-130 ℃以下时，预冷结束。

图2 液氮喷淋预冷法原理图

图3 低温氮气预冷法原理图

2.3 LNG动力船燃料罐置换

燃料罐预冷完成后需将内部氮气排出，置换的原理与惰化的原理相同，同样采用活塞效应法，由于天然气密度比氮气密度小，将气态天然气由燃料罐顶部充入，活塞效应将燃料罐内氮气推向底部，由底部出口排出，置换原理如图4所示。当在排出口处检查到甲烷≥98%时，即完成燃料罐置换。

图4 燃料罐置换原理图

2.4 多槽车对LNG动力船加注

采用多槽车同时对船加注方式[7]，采用压差进液方法，将若干槽车加注管路并联后连接到船舶LNG燃料罐加注管，提高加注效率，大量缩短加注时间。在加注管上设置拉断阀，当紧急事件发生时，通过拉断阀能够实现槽车与船舶快速脱离，拉断阀两端自动封闭的功能，保证了加注过程中的安全性。加注管路连接如图5所示，图中以2辆槽车对船加注为例。

图5 加注管路连接图

管路连接完成后，需要进行如下步骤。

1)确保管路连接正确，对管路进行试压、惰化、置换操作。

2)对槽车燃料罐进行增压，依次打开槽车增压液相管气动阀、手动阀，槽车气相手动阀、气相根部气动阀，观察槽车的压力，确保槽车罐内压力比船罐内压力高，从而实现压差卸车，过程中注意槽车压力，防止安全阀起跳。

3)槽车增到一定压力后，依次开启槽车出液根部气动阀、手动阀，加注管手动阀、船罐进液阀，开始进液。

4)待槽车卸液完成后，依次关闭槽车增压液相管气动阀、手动阀，槽车气相手动阀、气相根部气动阀，以及打开相应放散阀。

5)槽车液体卸净后，依次关闭出液根部气动阀、槽车出液根部手动阀、加注管路进液手动阀，以及开启相应放散阀，防止出现管路憋压情况。

6)将加注管路内的LNG或NG(气态天然气)吹扫至船罐中。

7) 完成吹扫后，拆卸软管，槽车离开，进行下一批槽车加注，重复上述步骤。

8) 待所有槽车加注完成后，吹扫加注管路，对管路进行惰化处理，拆卸管路，完成加注操作。

2.5 加注完成操作后管路吹扫及惰化

LNG 燃料充装结束后，需将充装管路内残留的液体驱赶至LNG 燃料罐内或者回流至槽车内。可采用以下2 种方式，将管路中的气体驱赶至槽车燃料罐内，或者船上的LNG燃料罐内。①利用槽车燃料罐中的压力或岸上氮气的压力，将充装管路中的液体驱赶至船上的 LNG燃料罐内；② 利用船上提供的氮气压力，将管路中的液体驱赶至槽车燃料罐内。

3 加注前安全检查及注意事项

1)检查船舶靠泊状况、缆绳拴紧和锚机等安全设备的状态。

2)检查加气软管外表面，加气设备仪器仪表显示参数等。

3)检查船舶燃料罐、管路、接头、阀门、可燃气体报警器。

4)设立“正在充装 请勿靠近”的警示牌。

5)要求停止一切与加气无关的用电操作，无关人员必须处于安全区域。

6)船上杜绝动火作业等。

3.1 加注前槽车检查

1)认真检查装卸车现场，确认附近没有明火，尾气排气管应装有消火器。

2)检查车辆的手刹、排气管防火罩等设施是否完好，审核车辆、驾驶员等的有效证件是否齐备；出具的液体质量保证书是否符合质量要求。

3)检查燃料罐及槽车的温度、压力、液位是否在正常值内，一次仪表和二次仪表读数是否一致，并根据液位显示测算进液数量；同时检查槽车有无漏气。

4)检查管路、阀门连接是否良好，各接头是否有松动。检查气、液相软管是否完好及截止阀是否关闭，接地线接地是否良好。

5)督促槽车驾驶员、押运员关闭通讯工具、存放火种。

6)操作人员在LNG 槽车首尾各1人指挥引导槽车进入卸车区。

3.2 主要注意事项

1)操作人员在操作时必须配戴防静电工作服、防冻手套、防护面罩等。

2)槽车靠近码头时，车速不得超过5 km/h，停好后需熄火、拉起手刹，上交车钥匙，并在车轮前后放好三角垫木[8]。

3)加注现场还需准备低温防护服、消防隔热服、正压呼吸器。

4) 观察好现场风向，人员避免站在下风侧。

5)操作人员在进入加注现场时，需上交手机、充电宝等电子设备，以及打火机。

6)需制定应急抢险预案，以及在加注前需进行现场演练，以便应对紧急情况的发生。

4 结束语

通过对LNG动力船燃料罐的惰化、预冷、加注研究，以及经过实际操作验证，笔者认为该方案可以为大多数LNG动力船燃料罐的首次加注提供有力参考。但基于多数船舶的LNG系统设计不同，在首次加注前，还需参考系统设计图，进行详细方案的制定。

[1] 于柏枫.浅析LNG动力船舶的发展[J].科技创新与应用，2014(33)：63.

[2] 徐建勇，范洪军，吴顺平，等．LNG燃料的船对船(STS)加注技术研究[J].船舶工程，2015(1)：7-10.

[3] 赵亚彬，秦冬冬，韩星，等.内河LNG动力船加注方案研究[J].当代化工，2015,44(12):2876-2878.

[4] 石兵. 关于内河船用LNG 加注站建设的思考[J].中国海事，2013 (6):38-40.

[5]罗东晓. 移动式LNG 加注技术 [J]. 化工学报，2009 (12): 106-109.

[6]孟勇．浅析全容式LNG燃料罐干燥置换技术[J].石油化工设备技术，2014，35(3):14-16.

[7]刘腾龙，王宏成，田堃，等.一种多槽车对船的并联加注装置： 201520776141.2[P].2016-03-23.

[8]李岳洋，管义锋，周群，等．槽罐车对LNG双燃料动力船充装操作方法[J].江苏船舶，2014，31(1):19-21.

With the Global Emission Control zone(ECA)continuing expanded,LNG，a clean energy,is much more favored of ship owners to further application of the ship.LNG fuel tank and fuel system of the LNG power ship are important parts of the class of the marine power system,which is related to the fate of the ship,especially for single fuel LNG ships.Success on the first pre-cooling for LNG fuel tanks is particularly critical,for debails on the program and process of the first filling of LNG fuel tank witll provide reference,such as ensuring the safety,completing the filling smoothly and rapidly,and the follow-up pre-cooling.

LNG power ship;tank;bunker

刘腾龙(1978-)，男，江苏徐州人，工程师，大学本科，主要从事船舶建造、LNG动力船研究工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2017.02.005

2016-10-11