宋玉东;陈功剑
【摘 要】IT维保以LNG船舶"闽榕"号、"闽鹭"号的气试过程为例,介绍了LNG船舶气试的基本流程,分析了气试作业过程的关键点及优化措施,主要包括LNG船舶状态、系统隔离、储罐降压、BOG置换等;发现在LNG码头气试流程已经确定情况下,"闽鹭"号气试时间仅为29.6 h,消耗LNG为1020 m3.实践表明,在气试流程已经优化的条件下,保持LNG船舶货舱CO2的体积分数在0.1％ 左右、N2体积分数在98％ 以上,对提高气试作业的安全和效率有明显效果. 【期刊名称】《广东石油化工学院学报》
成官宝【年(卷),期】2017(027)006
卷帘门门板【总页数】5页(P41-44,50)
【关键词】气试;BOG置换;预冷;液化天然气;CO2
【作 者】宋玉东;陈功剑
【作者单位】中海油能源发展股份有限公司天津人力资源服务分公司 ,天津300452;中海油能源发展股份有限公司安全环保分公司 ,天津300452
【正文语种】中 文
【中图分类】TE974
0 引言
液化天然气(LNG)作为经济实惠、绿环保、安全可靠的能源，被广泛应用于各个行业[1-2]。LNG船舶是连接LNG液化工厂和LNG接收终端的重要工具。2006年全球有LNG船206艘，2009年有LNG船300艘[3]。在LNG船建造完成后或检修完成后，都要进行干燥、惰化，然后在相关场所进行惰性气体置换和预冷，通常这个过程称为气试。气试是LNG船投入运行的关键步骤，是LNG船舶正常进行卸船作业的前提。福建LNG自2008年4月投产以来经历多次卸船作业、LNG船舶气试、冷舱加燃料、贫富气混装和燃气电厂机组调试等多种工况的考验，福建LNG接收站始终保持平稳、安全地为5个城市和3个电厂供气，创造了良好的安全运行纪录。截至2010年12月27日，接收站安全试运行976天；输气干线安全运 行943天。总结气试过程的经验，得出LGN船舶气试的实际规律，对船舶气试计划的完善和节约气试时间具有实际借鉴意义。
1 LNG船舶及气试作业基本流程
图1 薄膜型LNG船结构
1.1 LNG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[5]。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[6]。
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、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。
图2 LNG船舶接收站码头气试基本流程
2 LNG船气试实施关键过程分析
2.1 LNG船舶状态
LNG船舶在新出厂或回船坞检修完成后，需要进行惰化处理，货舱中有大量的惰性气体，在气试前要确定船舶每个货舱的气体(N2、CO2、O2)体积分数和露点，以及船舶相关设备和系统性能是否达到安全要求。
2.2 气试前码头的准备工作
1)码头循环管线预冷。在LNG接收站投产初期尚不具备大规模外输能力的情况下，基于节
能考虑码头循环管线保持常温状态，需要对码头循环管线进行预冷与LNG填充。LNG接收站正常运营后，码头循环管线保持冷态，气试前此工作可以省略。
2)系统隔离。因船舶内含有CO2,若CO2进入BOG汇管预冷凝成冰，会对管线上的阀门、仪表上的引压管及管线上的动设备造成严重影响，因此气试过程需要将BOG储罐和相关管线进行隔离，使CO2对LNG接收站的影响最小化。
3)储罐降压。气试过程中，LNG储罐会与接收站系统隔离一段时间，由于LNG的蒸发，储罐压力会升高，为保证储罐安全，需提前将储罐压力降低，防止气试过程中出现压力安全阀(PSV)起跳，储罐向大气中排放BOG。
2.3 BOG置换方案
船舶气试过程中BOG置换是由接收站向船方提供LNG，船方利用船上汽化器将LNG汽化后对船舱进行置换，置换出的气体通过船舶的桅杆放空，见图3。置换过程中存在两种方案，一种是置换过程中气体全部通过船舶桅杆进行放空，置换合格的标准为气体中的CO2的体积分数不大于0.1%。另一种是置换过程中，在船舶桅杆放空气体中CH4的体积分数大于5
%时，置换产生的气体通过接收站火炬进行燃烧放空，见图4，置换的标准为放空气体的CO2的体积分数不大于0.1%。LNG船舶的桅杆放空点，相对于LNG接收站而言为低点放空，当放空气体中CH4的体积分数大于5%时，气体体积分数达到CH4的爆炸极限范围5%～15%，为了安全考虑，建议在船舶BOG置换过程中，采取方案二进行BOG置换。
图3 LNG船舶气试BOG置换气体船舶放空图4 气试过程中BOG置换气体火炬燃烧
2.4 气试过程LNG计量
气试过程中LNG的消耗量通过接收站码头流量计进行计量。为保证计量的有效性，应在第三方的监督下进行。在船舶BOG置换前后、船舶预冷前后在第三方的见证下打印流量计读数，分别计算BOG置换过程LNG的消耗量和船舶预冷过程LNG的消耗量。
3 LNG船舶气试过程优化及实例分析
3.1 LNG船舶气试优化
BOG置换过程中，当船舶桅杆放空气体中甲烷体积分数超过5%时，需要通过接收站火炬
进行放空，该过程中接收站的储罐和工艺系统为隔离状态，接收站无法正常外输。为降低LNG船舶气试对接收站外输的影响，气试过程BOG置换时间应选择在接收站下游用户用气量最小的时间，同时加大下游管线的管存量，增加管线自身的供气能力。
表1 LNG船舶气试优化分析序号影响因素产生的影响采取措施1 CO2 (1)常温常压下,冷却到-56℃时,CO2气体会冻结成雪花状的固态二氧化碳(俗称干冰)。在进行货舱置换时,CO2进入接收站BOG管道或LNG储罐容易残留在管道或储罐内,在低温环境下形成干冰将导致管道、仪表引压管等出现冰堵现象,或者损坏阀门影响接收站设备安全运行(2)CO2分子量比N2和CH4大,置换过程中需消耗更多的能量和时间 在进行气试前,船方先对货舱内的CO2用N2进行置换,使LNG船舶货舱内的CO2的体积分数足够低,以降低CO2对接收站的影响2码头管线状态 在码头管线处于常温状态下时,需对码头进行预冷,增加船舶停靠时间如直接对大管道进行预冷,预冷过程中的控制难度增加,风险增加 综合分析卸货LNG船的时间和卸料管线的BOG蒸发量情况,可仅考虑对码头循环管线进行预冷和填充,以减少码头保冷损耗和大尺寸卸料管线排放损耗3气试时间优化 气试通常至少持续一天的时间,且气试期间供气完全依靠管存气供气,因此需降低气试对外输的影响 (1)选择在供气最低点开始气试,置换时间应尽量选择在23:00之后,降低储罐系统和工艺系统隔离后,接收站暂停外输对下游供气的影响(
台卡制作
2)通知电厂等工业用户暂停或降低供气量,保障民生供气
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3.2 实例分析
电磁铁开关
2008年4月，在福建LNG码头对“闽榕”号LNG船出厂后进行了首次气试作业。2010年1月在福建LNG码头对“闽鹭”号回坞检修后进行气试作业，“闽鹭”号在抵港前要求船方船舱内N2的体积分数大于98%。在“闽榕”号和“闽鹭”号进入LNG码头前，接收站已经做好了码头相关测试并检查是否具备气试条件。表2和表3为“闽榕”号、“闽鹭”号进港前船舱气体组分和露点数据。表4和表5为“闽榕”号和“闽鹭”号置换结束开始LNG船冷却前各个船舱的气体的体积分数。表6为“闽榕”号和“闽鹭”号作业时间和LNG消耗量比较。
表2 “闽榕”号进港前船舱气体组分和露点货舱φ(N2)/%φ(CO2)/%φ(O2)/%露点/℃顶部中部底部TK185141-67-57-58TK285141-63-65-65TK385141-60-57-56TK485141-61-63-59
表3 “闽鹭”号进港前船舱气体组分和露点货舱φ(N2)/%φ(CO2)/%φ(O2)/%露点/℃顶部中部底部TK1990.040.9-40-48-50TK2990.040.9-40-40-54TK3990.041.1-40-46-48TK4990.041.1-50-52-56
表4 “闽榕”号置换后的气体组分 %测量点TK1TK2TK3TK4φ(CO2)φ(CH4)φ(CO2)φ(CH4)φ(CO2)φ(CH4)φ(CO2)φ(CH4)上0.1840.1840.1850.185中0.1850.1850.1850.185下0.1850.1840.1850.185
上010*********
表6 “闽榕”号和“闽鹭”号作业时间和LNG消耗量比较名称置换时间/h置换流量/(m3/h)置换消耗量/m3冷舱时间/h冷舱流量/(m3/h)冷舱消耗量/m3作业总消耗量/m3“闽榕”号17.73549315.710～708891382“闽鹭”号15.01725414.610～707661020
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