1、航海技术世界海运液化天然气船与超大型油船货物操作差异分析陆庆东何庆华摘要：随着LNG船队规模不断扩张，大批有超大型油船服务资历的船员加入LNG船队。以17.7 万m的No96薄膜型LNG船与总载重量3 0 万t的VLCC为例，对LNG船和VLCC货物性质、货舱和管系、集气平台布置、货物相关设备、货物溢出报警系统、货舱压力控制方式和货物操作等方面的差异进行对比分析，并对新加入LNG船队的船员学习LNG船相关知识提出建议，为其尽快适应和胜任LNG船上工作提供参考。关键词：船舶安全；液化天然气船；超大型油船；货物操作DOI:10.16176/ki.21-1284.2023.09.001随着全球LNG
2、贸易量不断增长，LNG船队规模也不断扩张。截至2 0 2 2 年底，全球共有7 3 4艘大型LNG船，且每年以10%左右的速度增长。迈人2 1世纪以来，我国天然气产业实现了跨越式发展，LNG船队也在加速发展，导致出现LNG船员紧缺问题。由于LNG船的货物操作与油船相比有相似之处，LNG船东更愿意招聘有油船特别是超大型油船（V LC C）工作经历的船员到LNG船上工作。尽管有诸多相似之处，LNG船与VLCC在货物管理和操作方面仍存在较大差异。本文以一艘17.7万m3的No96薄膜型LNG船与总载重量3 0 万t的VLCC为例，对LNG船和VLCC在货物性质、货舱和管系、集气平台布置、货物相关设备
3、、货物溢出报警系统、货舱压力控制方式和货物操作等方面的差异进行对比分析，并提出相关建议，为新加入LNG船队的船员尽快适应和胜任LNG船上工作提供参考。一、货物性质差异(一)原油1.成分原油是各种烃类（碳氢化合物的统称）和非烃类（硫、氧、氮、磷、钒等元素）化合物所组成的天然石油产品，其组成十分复杂，不同产地的原油成分差异较大。原油中碳元素含量一般为8 2%87%，氢元素的含量一般为12%15%。2.危害性原油主要化学性质包括易燃易爆性、毒性、环境污染性和对船舶结构材料的腐蚀性。易燃易爆性。原油挥发出的油气极易燃烧或爆炸。不同产地的原油，其挥发性和挥发物成分均不同，因此易燃性也不同，一般把原油分成
4、“不易挥发”和“易挥发”两种。毒性。原油含有芳香烃（如苯、甲苯和二甲苯等）、硫化物等有毒物质。液态原油通过吞食、皮肤接触等可对人体器官造成损害，原油蒸发气可通过吸人的方式对人体健康产生严重危害。第46 卷第9 期1世界海运航海技术污染环境。如果原油泄漏人海，将造成严重的海洋环境污染。腐蚀性。原油中含有硫分，长时间与船舶结构材料接触，会对其造成腐蚀。(二)LNG1.成分LNG是由多种碳氢化合物组成的混合物，主要成分是甲烷。不同产地的天然气甲烷含量不同，表1为某地的天然气组成。表1天然气组成成分含量/%甲烷（methane）96.3乙烷（ethane）1.2丙烷（propane）0.4丁烷（but
5、ane）0.2戊烷（pentane）0.2氮气（nitrogen）1.3二氧化碳（carbondioxide）0.1其他（other）0.32.危害性LNG最主要的危害包括易燃易爆、低温冻伤、致人室息、翻滚和快速相变等。（1）易燃易爆常温下甲烷在空气中的可燃范围为5.3%14%（体积比）。LNG泄漏会立即气化，与空气混合后达到可燃范围时，遇到火源将发生燃烧或爆炸。（2）低温冻伤LNG液体泄漏接触到人体皮肤上，将导致皮肤冻伤；泄漏到甲板上，可能导致金属脆性断裂。（3）致人室息纯净天然气本身没有毒性，但具有室息性。LNG泄漏会迅速蒸发，导致空气中含氧量急剧减少，人处于该环境时，极易由于缺氧导致室息
6、，（4）翻滚作为不同组分的混合物，LNG在货舱内会出现分层而引起翻滚现象，致使LNG大量蒸发，引起货舱压力升高，如不及时处置，严重时会危及货舱安全。（5）快速相变当低温LNG和水接触时，可能出现LNG的快速2沸腾气化现象，称为快速相变，从而导致蒸气爆炸（并非燃烧爆炸）。二、货物系统与货物操作差异LNG船和VLCC在货舱、甲板管系、集气平台布置、货物设备、货物溢出报警系统、货舱压力控制和货物操作等方面均存在一定差异。（一）货舱和管系1.货舱(1)VLCC典型的VLCC共有17 个货舱，包括5个中舱和12个边舱，其中最后2 个边舱为残油舱。VLCC货舱舱壁涂层一般为有机环氧涂层或不锈钢涂层。不锈钢
7、涂层可以装载大部分油品或化学品货物。残油舱底部设有加温盘管。(2)LNG船No96薄膜型LNG船共有4个货舱，货舱之间设有干隔舱。货舱舱壁有主屏壁和次屏壁，材料均为殷瓦钢，厚度0.7 mm，成分包括3 6%左右的镍钢合金和64%的铁，具有极低的热膨胀系数 2 。LNG船货舱内部不设加热盘管。2.甲板管系(1)VLCCVLCC甲板管系主要包括货油管系、蒸气排放控制管系、惰气管系和洗舱管系等。(2)LNG船LNG船甲板管系主要包括液相管系、气相管系、喷淋管系、氮气管系、惰气管系、燃气管系和应急通风管系等。LNG船不需要洗舱，故不设洗舱管系。（二）集气平台布置1.VLCCVLCC集气平台（manif
8、old）有4根货油管线（蓝色，字母C表示cargo）和2 根蒸气排放控制管线（黄色，字母V表示vapour），通常货油管设在中部，蒸气排放控制管设在两侧，如图1所示。2023年总第3 3 9 期应急货泵安装至该货舱进行卸货。航海技术世界海运每艘LNG船都配备一台应急货泵，排量为000000550m/h，存储于甲板。如果某货舱两台主货泵均失效，由于喷淋泵流量很小，不能用于卸货，需将VC图1VVLCC集气平台布置2.LNG船LNG船集气平台有4根液相管线（字母L表示liquid）和1根气相管线，气相管线在中部，如图2所示。00000LL图2 LNG船集气平台布置（三）货物相关设备1.货泵(1)VL
9、CCVLCC配备与卸货有关的货泵包括主货泵、喷射泵和扫线泵等。主货泵3 台，为蒸汽透平驱动的立式离心泵，每台排量为550 0 m3/h。喷射泵2 台，每台排量为6 3 0 m/h，当卸货接近尾声时，利用喷射泵将残余货物卸出。扫线泵1台，排量为2 0 0 m/h，用于将货物管线和货泵间舱底的残油排放至污水舱，通过油污排放监控设备排放至船外，或排放至岸上接收设施。(2)LNG船LNG船配备货泵、喷淋/扫舱泵、燃气泵和应急货泵等。每个货舱装有两台货泵，都是单级离心泵，排量为18 0 0 m/h。喷淋/扫舱泵结构和货泵相同，排量小，为60m/h，主要用于对货舱、管线进行预冷；如果需要对货舱进行干舱，可
10、用该泵将舱底LNG残液扫出；卸货时如果岸上不能提供回气以保持舱压，可利用该泵将货舱LNG液货泵人LNG蒸发器，蒸发成气体后用压缩机送至货舱内以保持舱压。燃气泵的结构和喷淋/扫舱泵相同，排量较小，为15m/h。需要强制蒸发气时，将货舱LNG液货泵人强制蒸发器进行蒸发，经加热器加热后送至机舱作为燃料。第46 卷第9 期CVCLVL2.惰气系统VLCC利用主锅炉和废气锅炉产生的废气作为气，卸货时保持货舱压力，以及航行时保证货舱内氧含量低于5%。LNG船设有专用的惰气发生器，产生惰气用于LNG船舶出坞后或进坞前货舱、管线和货物设备的情化。VLCC和LNG船产生的惰气主要成分对比如表2所示。表2 VLC
11、C和LNG船产生的情气成分对比成分VLCC氮气约8 3%二氧化碳12%14%氧气2%4%一氧化碳微量二氧化硫50 ppm氮氧化物微量灰尘和烟气微量(1)VLCCVLCC上无须配备货物压缩机（compressor）。(2)LNG船LNG船甲板机械房配备4台货物压缩机，2 台大功率的称为高负载压缩机（High-Dutycompressor，简称HDcompressor），两台小功率的称为低负载压缩机（Low-Duty compressor，简称LDcompressor）。两种压缩机工作原理相同。HDcompressor的作用包括：装货过程中和货舱预冷时，为保持货舱压力，将LNG蒸发气抽出，送至岸罐
12、；在货舱气化操作第2 阶段，将货舱LNG蒸发气和惰气混合气体抽出，送至岸罐；货舱升温操作时，将低温LNG蒸发气从货舱抽出，送至加热器加温后，再利用该压缩机将热的蒸发气送回到货舱内，这样循环多次，达到货舱升温的效果。LDcompressor的作用是将货舱自然蒸发气和强制蒸发气送至机舱作为燃料使用。3LNC船85%86%14%15%0.1%0.5%0.1%0.3%20 ppm0 5 pm0.5%世界海运航海技术3.蒸发器(1)VLCCVLCC上无须配备货物蒸发器（vapouriser）。(2)LNG船现代LNG船一般配备两台蒸发器，包括LNG蒸发器（LNGvapouriser）和强制蒸发器（for
13、cingvapouriser），工作原理相同，都是利用高温水蒸气将低温LNG液体加热，使之气化成LNG气体。功率大的称为LNG蒸发器，功率小的称为强制蒸发器。4.蒸气加热器(1)VLCCVLCC上无须配备蒸气加热器（gasheater）。(2)LNG船蒸气加热器与蒸发器工作原理相同，都是利用高温水蒸气作为加热介质。蒸发器是将LNG液体加热成LNG蒸发气，而蒸气加热器是将冷的LNG蒸发气加热至所需温度的LNG蒸发气。（四）货物溢出报警系统为防止装货过多导致液货溢出货舱，VLCC和LNG船每个货舱都设置了独立货物溢出报警系统。VLCC每个货舱和残油舱都设定了高位报警（货舱体积的9 5%）和高高位报
14、警（货舱体积的98%）。高高位报警是独立溢出报警，当货舱液位达到设定位置时，磁浮子启动簧片开关，信号传输到警报面板，发出声响和视觉警报。LNG船每个货舱设有一个独立的溢出报警系统。当货舱液位达到9 7%（高位）和9 9%（高高位）时，系统通过一个远程控制单元，向工作站和报警面板发送信号，发出声响和视觉警报。（五）货舱压力控制1.VLCCVLCC货舱压力通过压力/真空透气枪（p r e s s u r e/v a c u u m r is e r，简称P/Vriser）、压力/真空阀（pressure/vacuum valve，简称P/Vvalve）、压力/真空切断器（pressure/vacu
15、umbreaker，简称P/Vbreaker）和货舱压力报警系统来控制。（1）货舱压力升高以下是某VLCC货舱压力保护装置的设定方式（不同的船设定值可能存在差异）。4货舱压力增大，甲板P/Vriser处于开启状态，舱内气体排出；压力继续上升至14kPa时，P/Vvalve自动打开，呼气阀工作，舱内气体继续排出。每个货舱均配备单独的P/Vvalve。当压力继续上升至2 1kPa时，甲板P/Vbreaker自动打开。P/Vbreaker是原油船货舱透气系统的组成部分，也是最后一道防线，以防透气系统故障、误操作时对结构造成破坏。货舱能承受的极大压力约为2 5kPa。（2）货舱压力下降货舱压力下降至1
16、kPa时，发出警报，货泵自动停止，以防止货舱压力进一步下降。极端情况下，货舱压力进一步下降至-7 kPa时，P/Vvalve打开，吸气阀工作，外界空气进人货舱内，提高舱压；货舱压力继续下降至-10 kPa时，P/Vbreaker自动打开，外界空气加速进人货舱以提高舱压。外界空气进入货舱是十分危险的状况，货舱油气和空气混合，可能达到可燃范围。2.LNG船航行过程中，货舱压力保持4k19 k Pa 范围。压载航行时，保持舱压7 k19 k Pa；满载航行时，保持舱压4k9kPa，因为满载时货物蒸发量大于压载时的蒸发量，舱压更容易升高3。（1）货舱压力升高舱压升高至2 0 kPa时，发出高压报警。舱
17、压升高至2 2 kPa时，发出高高压报警，货舱喷淋/扫舱泵、喷头自动关闭。舱压升高至2 3 kPa时，排气阀（ventvalve）自动打开，货舱蒸发气通过No.1透气枪进人大气（当舱压降低至2 1kPa时，排气阀自动关闭）。舱压进一步升高至2 5kPa时，货舱先导式泄压阀（pilot operated pressure relief valve）打开，货舱蒸发气通过本舱透气榄进入大气4。每个货舱设有两个独立的泄压阀，一个失效时另一个立即启动。LNG船泄压阀的功能与VLCC的P/V阀基本相同。（2）货舱压力降低舱压降低至-1kPa时，货舱先导式泄压阀自动打开，外界空气进入货舱，以保证货舱压力回到
18、正压。同样，外界空气进入货舱是十分危险的状况，2023年总第3 3 9 期航海技术世界海运货舱压力降为负压之前应采取相应措施，在泄压阀压缩机将货舱压力控制在7 k10 k Pa 之间。装货时自动开启之前将货舱压力升高到正压。间为12 14 h。（六）LNG船货物操作3.卸货与VLCC相比，LNG船在装货前、装货、卸卸货前，需利用船上低温LNG液货对货舱、船货、货物计量、压载航行和进坞前的操作有明显上管线和岸上管线进行预冷。LNG船卸货期间，为区别。保持货舱压力，岸罐提供LNG气体通过装卸臂（气1.装货前相）至货舱，货舱压力控制在7 k13 k Pa 之间。卸VLCC出坞后，保证舱内干净适货即可
19、开始装货时间为12 14h。货。LNG船出坞后不能马上装货，需进行绝缘层充对正常航次来说，LNG船需保留一定的液货，氮、货舱干燥、惰化、气化、预冷等操作。供机舱作为燃料使用和货舱预冷，留船货量依据压（1）绝缘层充氮载航程时间等因素而定。如果卸货后需进坞修船，LNG船舶投人正常运营前应将主、次绝热层充则应尽可能将货物卸空。人干燥的氮气，通过自动控制系统，氮气不断得到4.货物计量释放和补充，维持绝热层压力。原油买卖，船舶交付是以重量计量，通常用美（2）货舱干燥国石油学会（AmericanPetroleumInstitute，简称货舱干燥（drying）是指LNG船舶出坞后，用API）或密度进行计算
20、。干燥的空气置换货舱内潮湿的空气。LNG货物买卖，LNG船舶货物交付不是以重量货舱干燥是为避免潮湿的空气在货舱降温过程或体积计量，而是以交付的能量计算，通常以百万中凝结成冰；货舱干燥后需将货舱惰化，而惰性气英热（MillionMetricBritishthermalunit，简称体含有硫和氮氧化物，遇潮湿空气后易形成腐MMBtu）为单位 5。船方数量为法定货物数量。蚀剂。以卸货为例，卸货前确认各项参数，关闭相关（3）货舱惰化设备，检查船舶横、纵倾是否在允许范围，船方在货舱惰化（inerting）是指用性气体置换货舱密闭传输计量系统（CustodyTransferMeasurement内的干空气
21、，目的是避免货舱内可燃气体与空气混System，简称CTMS或CTS）上打印“卸前测量证合达到可燃气体浓度范围。书”等证明。卸货后再次对各项参数进行确认，关（4）货舱气化闭相关设备，检查船舶横、纵倾是否在允许范围，货舱气化（gassingup）是指用常温LNG气体置船方打印“卸后测量证书”等证明，计算出卸货总换货舱内惰气。货舱气化的目标是使货舱内CO2含体积。岸方根据卸货总体积、卸货前后液货温度、量低于1%（体积比）。舱内压力、LNG成分等参数，计算出货物体积、重（5）货舱预冷量、密度和能量等数据 6-7。货舱预冷（coolingdown）是指用岸罐的LNG液5.压载体通过各货舱的喷淋管线以喷
22、雾的形式将货舱温度VLCC各压载舱压满重量为净载重量的2 5%降低，以便装货的顺利进行。50%。V LC C 压载航行，如遇暴风天气，可以将风货舱预冷是为了避免直接装货产生过量的LNG暴舱泵人海水，以保证安全。蒸发气，避免直接装货对货舱及绝热层产生巨大的LNG船各压载舱压满重量约等于净载重量，压低温冲击。载航行与满载航行吃水基本相当。压载航行不能将2.装货海水压人货舱，因为每个货舱都有货物。LNG船货舱和船上管线预冷后，各项检查及测6.进坞前试完毕后可以开始装货。装货期间，货舱内原有VLCC进坞前工作较简单，只需将所有货物卸LNG气体和后续蒸发气一起被送回岸罐，利用HD净，然后进行洗舱和通风，
23、达到进坞标准后即可。第46 卷第9 期5世界海运航海技术LNC船进坞前须进行扫舱（stripping）、货舱升温（warmingup）、货舱惰化（inerting）和货舱通风（aeration）等操作，使货舱内空气质量达到可呼吸状态，人员可进入货舱进行检修。三、相关建议拥有油船经验的船员加入LNG船队具备优势，但也应加强学习，尽快掌握LNG船的相关知识和要求。（一）学习公约和规则，掌握LNG船相关要求LNG船建造和操作除了同VLCC一样要遵守19 7 4年国际海上人命安全公约和国际防止船舶造成污染公约等，还需符合国际散装运输液化气体船舶构造和设备规则（IGCCode）。I G Ccode规定了
24、散装液化气船的设计和建造标准及所装配的设备，使其对船舶、船员和环境所造成的危险减至最低。船员应熟悉规则的各章内容，并在实践操作中加以运用。（二）提高个人安全意识，防范低温伤害LNG货物与普通石油产品的最大不同就是其极低温度达到-16 2 左右，因泄漏导致低温冻伤的事故常有发生，因此，船员在进行货物操作时，应严格遵守安全操作程序，穿着个人防护装备。在manifold值班的人员，应随时注意附近管线的工作状况。如果发现装卸臂上有碎冰坠落，表明该装卸臂可能要自动脱开，应立即远离该场所，并报告相关负责人。（三）熟悉LNG船货物操作设备，提高业务技能LNG船配备了很多VLCC无须配备或者与其不尽相同的设备
25、，包括压缩机、蒸发器、蒸气加热器、惰气发生器和氮气发生器等，相关船员应尽快熟悉这些设备的操作规程，操作时严格遵守这些规程。船员应在实践中不断总结，掌握设备工作原理，努力提高自身业务技能。（四）通过模拟器培训，熟悉LNG船货物操作流程培养LNG船员最有效的途径是让他们到LNG船上见习和培训，但是实船有定员限制，加上成本高昂，无法满足大批船员在船实训的要求。航海模拟6器现已被广泛应用于航海教育与培训，先进的模拟器基本具备与实船对等的功能，可使船员熟悉设备工作原理和操作程序，为以后在实船工作打下坚实的基础。（五）注重英语学习，提高英语应用能力我国LNG船运输业起步比较晚，LNG船雇用了大量欧美国家船
26、员，船上工作语言一般为英语。为了更快地融人团队，新加人LNG船的船员应注重英语学习，提高英语应用能力，多和外籍船员交流，与其建立良好的私人关系，从他们身上学到更多的专业知识和先进的管理理念。四、结语随着LNG海运贸易量逐年上升，LNG船的需求量不断增加，LNG船员短缺成为LNG船发展的瓶颈。与油船相比，LNG船在所载货物、与货物相关的结构和设备、货物操作等方面存在较大差异。为保证LNG船的安全，应对拟在LNG船上任职的有油船工作经验的船员进行必要的培训，使其尽快熟悉LNG船相关设备和操作程序，尽快成为合格的LNG船员。参考文献：1 GIIGNL annual report 2023Mj.Neu
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