小型乙烯运输船气体试验流程

王振宇

（招商局金陵船舶（南京）有限公司，南京 210000）

0 引言

小型乙烯运输船在第一次正式载货前需要进行气体试验，以确保再液化系统和货泵等设备的正常运行，进而可检验货罐和管路绝缘的可靠性。同时，对货罐罐体进行预冷，防止因降温过快对罐体产生过度应力。某小型乙烯运输船挂中国旗，入级中国船级社（CCS）。该船为自航半冷半压式液化气运输船，主要装载乙烯，也可装载乙烷、丙烷、丁烯和无水氨等多种货品。货物系统设计和建造满足2016版IGC规则和CCS《散装运输液化气体船舶构造与设备规范》（2018）规范。该船货舱处所内设有2只IMO C型双耳罐，总净舱容约6 500 m3。甲板上设有1只IMO C型单圆筒罐，总净舱容约70 m3。乙烯运输船在首次装货前需要进行气体试验，其基本作业流程类似于大型气体运输船，其目的是对该船能否正常装载货所约定的货品进行检测、纠错或改正，是船舶投入正式运营前实船调试再液化系统的最佳机会[1]。本文利用船舶上配有的甲板罐结合再液化系统进行实船调试，完成大货罐置换冷舱作业过程，并对过程中的检验事项进行介绍。

1 气体试验主要液货设备

表1为气体试验主要液货设备。该船配备2套再液化系统，每套系统间可互为备用。

表1 气体试验主要液货设备

2 气体试验基本条件

气体试验基本条件如下：

1）船舶试航结束，即除液货系统外所有相关问题扫尾结束。

2）确定气体试验终端地点。

3）与终端明确气体试验用乙烯的供货状态，一般为0.05～0.10 MPa的饱和乙烯液体。

4）消防系统试验结束，包括全船水消防、甲板喷淋和甲板干粉系统等试验结束。

5）气体试验参加方召开预备会议，明确各方职责，确定气体试验总指挥，制定气体试验大纲。

6）所有参加气体试验人员都应参加应急演练，包括应急撤退、泄漏处置等项目。

7）所有参加气体试验人员都应配有专门的防静电工作服，使用无火花工具等。

3 液货系统准备

液货系统的准备条件如下：

1）货物系统所有设备安装结束。特别确认货油泵的安装情况，包括泵的校中，并确保泵运行的旋转方向[2]

2）货物系统所有报警点测试结束，货物辅助系统试验结束（如氮气、气体探测、冷却水、滑油、控制空气、ESD切断和阀门遥控系统等）。

3）货物压缩机使用空气作为介质，制冷压缩机使用氮气作为介质，进行模拟运行，状态良好。制冷压缩机动车结束后，制冷系统还需加注规定量的R1270制冷剂。

4）第三方机构出具货罐清洁证书，货罐封罐。

5）第三方机构出具货罐上压力、温度、液位等传感器的校准证书。

6）第三方机构出具货罐的舱容证书，包括液位计和罐体低温下收缩后对液位的修正。

7）所有液货管路上的可拆接头已全部安装到位，气体试验过程中禁止拆装。

9）货罐上安全阀进出口的隔离阀应全部打开，确保安全阀处于随时工作状态。

4 气体试验步骤及检验要求

4.1 空隔舱密性试验

货罐表面虽然安装有低温绝缘，但受限于绝缘厚度，绝缘表面温度仍将低于环境温度。为避免在罐体绝缘表面产生凝水继而渗入绝缘层，货罐外的空隔舱需要先做密性试验，保压30 min，无压降；随后充装来自船上氮气发生器产生的干空气（露点-15 ℃），至微正压，一般为0.002 5～0.004 0 MPa。在机舱中还需配置1台专门的空气干燥器（露点-50 ℃），通过专门的补气阀，给空隔离舱补气。

4.2 货罐和甲板罐的干燥及惰化

由于本船液货具有低温特性，其蒸发温度远低于0 ℃，若不进行干燥，货罐内气体中存在水分，将很容易结冰，进而影响货泵、阀件等的正常使用。货罐内的干燥环境，一般要达到露点-50 ℃。

船舶氮气发生器在氮气质量分数99.9%模式下，露点约为-60 ℃，但产量只有～500 Nm3/h。为节约制氮能量，先将货罐内的空气（成分同大气）置换成露点为-15 ℃的干空气；船上的氮气发生器将被切换到干空气模式，产生约2 300 N·m3/h的干空气，露点为-20 ℃，置换货罐和甲板罐中的空气，达到-20 ℃要求后，切换成质量分数99.9%的氮气模式进行置换。惰化过程中，应每小时对各取样点进行1次取样检测；货罐惰化后含氧量应低于0.2%，露点低于-50 ℃，静置一段时间后，货罐内的检测结果不应有变化。这样可以有效地防止乙烯进入货罐时与空气混合引起爆炸[3]。

4.3 液货管路和设备的惰化

货罐和甲板罐惰化完毕后，蓄压到0.1 MPa。分别打开货罐上的蒸气管、液相管、扫线管和凝液管等液货管路，同时打开管路上相应的阀门，利用货罐内的氮气干燥并惰化表1所列设备，注意排出的氮气应通过管路上的泄放口、仪表管接口和集管区通岸接头等处，排至开敞甲板；最终，管路和设备中的氮气浓度应与货罐中氮气浓度一致。货罐放气惰化管路后，罐内压力应维持微正压，一般不超过0.02 MPa。

4.4 甲板罐的置换

1）甲板罐置换的作用：用货物蒸气替换罐内的氮气。

2）甲板罐置换的原因：氮气属于不可凝气体，过多的氮气会导致货物压缩机出现高温报警乃至停机。

3）甲板罐置换的目标：货罐上部的检测点乙烯蒸气质量分数高达97%，同时罐内蓄压约为0.05 MPa。

4）甲板罐置换的方法：使用码头终端提供的液态乙烯，经集管区进入乙烯蒸发器。由于乙烯蒸气的密度小于氮气，故乙烯蒸气要从甲板罐底部进入罐内，形成往上的层压；将货罐内的氮气直接排至大气或排至大货罐内临时储存。

4.5 甲板罐的冷舱

本船货罐和甲板罐均采用五镍钢制成，为防止过冷液体直接加入罐内，罐体产生过度热应力；同时防止正式装载时，液体因遇到常温罐体而出现闪蒸，既而在罐内无法形成液面。罐体冷却温降不允许超过10 ℃/h。

码头提供的乙烯低温液体通过甲板罐顶部的喷淋管进入罐体内，变为低温气体并降低罐内温度。在此过程中，一般应确保甲板罐内压力为0.05～0.36 MPa （安全阀设定值的20%）。超出的乙烯蒸气需排至大货罐内临时储存。

冷舱过程中，应确保乙烯的加注速率尽可能低，直到甲板罐内温度传感器显示接近-85 ℃，才能开始装载。

4.6 甲板罐的装载

装载时，一开始的速率应尽可能慢，直到液位计上显示出数值，才能开始全速装载。

过程中应确保甲板罐内压力介于0.05 MPa和0.36 MPa之间（安全阀设定值的20%），超出的乙烯蒸气需要排至大货罐内临时储存。

罐内尽可能装载足够多的乙烯液体，临近装载结束时，罐内压力不低于0.5 MPa。

4.7 货罐的置换

货罐置换的作用、目的、目标与甲板罐相同，但方法不同。

液态乙烯被甲板罐内的压力压出，经乙烯蒸发器后产生乙烯蒸气，从大货罐的底部进入，罐内的氮气或氮气乙烯的混合物经货罐顶部的蒸气管，接至透气桅排出。

在此过程中，应每小时对各取样点进行1次取样检测，直到乙烯蒸气质量分数达到97%。置换结束后，罐内压力保持在约0.1 MPa。

本船中的2个货罐采用顺序置换，即先置换2号货罐，再置换1号货罐。

4.8 货罐的冷舱

冷舱的目的与目标和甲板罐相同。然而，由于罐内有货泵，一般罐体允许的降温速度小于货泵本体允许的降温速率。基于此，允许货罐的降温速率为7 ℃/h，降温过程中，应每隔1 h手动盘泵一次，泵的联轴节此时暂不安装。

货罐若需冷舱，则必须运行再液化系统，货物压缩机从货罐中吸入货物蒸气，冷凝后再回到货罐顶部的喷淋管，再次气化吸热。设备运行步骤如下：

1）启动制冷压缩机；

2）冷却乙烯冷凝器；

3）启动货物压缩机第1级；

4）调节制冷剂经济器温控阀；

5）启动货物压缩机第2级；

6）凝液进入货物经济器。

冷舱过程中，应注意观察舱压的数值，若降至0.01 MPa左右，则应由甲板罐将液体驱动至货罐内顶部喷淋管，从而产生乙烯蒸气来补充货罐内的压力损失。

冷舱时，可2个货罐同步进行；根据冷舱效果，启动1套或2套再液化系统。

冷舱结束以后，才允许安装货泵的联轴节。

4.9 货罐的装载

冷舱结束后，必须至少间隔3 h才能进行装载，主要需确保深井式货泵泵体温度尽可能均匀，防止泵体损坏。

开始装货时，速率应尽可能慢，直到液位计数值发生变化；同时注意观察舱内压力，若压力快速升高，则应至少开启1套再液化系统。

为试验货泵，先装载约200 t乙烯，利用每舱的货泵进行驳运试验和货泵效用试验；待货泵试验完成后，开始全面装载。

注意：货罐的装载试验也可以在船舶首次正式装货前进行。

4.1 0 绝缘检查以及滑动鞍座检查

甲板罐装载后，应检查相关管路绝缘及支架的效果，同时需检查罐体绝缘以及滑动鞍座的位移量。

货罐冷舱达到-85 ℃后，应检查相关管路绝缘及支架的效果，对货罐绝缘表面以及货罐滑动鞍座端进行检查。

待货罐正式装货后，罐体温度进一步降低，此时需要对货罐绝缘表面进行再次检查。

5 结论

气体试验结果表明：

1）本船甲板罐容积足够对大货罐进行置换和冷舱作业，为今后气体船的气体试验提供参考。

2）通过检查再液化系统和货泵等的功能，验证乙烯运输船液货设备的功能。

3）货罐和管路绝缘的设计和施工效果良好，极大地降低了船舶投入运营后，因为绝缘损坏而导致货物损失乃至船体损坏的概率。