LNG船对船输送系统简介

第19卷 第4期 中 国 水 运 Vol.19 No.4 2019年 4月 China Water Transport April 2019 LNG船对船输送系统简介 黎 翔，吴 军，关海波 （沪东中华造船（集团）有限公司LNG技术研究所，上海 200129） 摘 要：随着全球范围内环保规范的日渐完善和排放标准的日益严苛，以及人们环保意识的加强，LNG的需求迅速增长，LNGC-FSRU、FLNG、LNG动力船、LNG加注船等的需求也随之增长，因而不可避免的会出现LNG货物在船与船之间的输送问题，LNG船对船输送系统正是这一问题的有效解决途径。本文以实船项目为基础，详细的介绍了LNG船对船输送系统的组成及其在大型LNG-FSRU上的应用。 关键词：LNG；FSRU；STS；LNG加注；LNG船对船输送 中图分类号：U662 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2019）04-0001-03 一、引言 随着人们环境保护意识的加强，控制污染气体及温室气体排放的要求日益强烈。迫于世界环境保护组织的压力，国际海事组织（IMO）不断出台新规则规范，以期进一步控制船舶气体污染物排放。随着IMO Tier Ⅲ规定的即将实施，未来将会增加更多的排放控制区（ECAs），使用LNG作为燃料是应对该法规的一种重要解决方案。因而近年来，LNG-FSRU、LNG动力船、LNG加注船等的需求迅速增长，随之带来了LNG船对船的输送问题，如何安全、有效地进行LNG这种超低温易燃液体在船与船之间的输送，是这类船舶的关键技术之一。 二、LNG船对船输送系统的种类 LNG船对船输送系统（LNG ship to ship transfer system）是保证LNG货物在船与船之间安全驳运的一种液货输送系统，通常需要满足OCIMF、EN1473-3、SIGTTO等相关规范、标准的相应要求，LNG加注船的船对船输送系统还需要满足SGMF、IGF等相关要求。目前，主流的LNG船对船输送系统主要有硬质装卸臂式和柔性软管式。由于硬质装卸臂系统结构复杂、装卸臂自身高度较高，不适合需要进行远洋航行的船舶，且价格昂贵，一般应用于LNG接收站和FLNG。因而，目前大多数FSRU及LNG加注船采用柔性软管式的船对船输送系统。本文主要介绍柔性软管式LNG船对船输送系统（下文简称船对船输送系统）在大型LNG-FSRU上的应用。 三、柔性软管式LNG船对船输送系统 由于FSRU投入运营以后，会由系泊设备长期固定在码头，因而当FSRU货舱内的LNG消耗完了以后，需要由其他的LNG运输船来给FSRU的货舱补充LNG，通常，FSRU装备柔性软管式的船对船输送系统来满足这一需求。 柔性软管式LNG船对船输送系统主要由下述部分组成：应急释放系统（ERS）、LNG低温柔性软管、Y型三通接头、快速接头（QC/DC）、软管鞍座、液压动力单元及控制站收稿日期：2018-10-25 作者简介：黎 翔（1988-），男，湖南新化人，沪东中华造船（集团）有限公司LNG技术研究所工程师。 图1 柔性软管式LNG船对船输送系统概略图 1．应急释放系统 当LNG货物在船与船之间驳运时，如果两船之间的距离过大，或者船上发生火灾等紧急情况，需要立刻停止LNG的驳运，且断开两船之间的连接。DNV规范明确要求船对船输送系统需要配备应急释放系统（Emergency Release System，ERS），允许突发状况下的快速脱离。 应急释放系统是船对船输送系统的核心部件，主要由一个能连锁开关且能相互脱离的双关闭阀（Double Closure Valve，DCV）和一个应急释放接头（Emergency Release Coupling，ERC）组成（见图2）。应急释放接头一般由液压驱动，应急释放接头收到释放指令打开后，位于应急释放接头两边的双关闭阀在内部流体的压力下迅速脱离，双关闭阀在相互脱离的同时快速关闭，阻断两端管路内LNG的流动，使管路中的LNG尽可能少的泄露出来。应急释放系统一般配合快速释放钩（一种特殊的系泊设备，本文不作详细描述）同时使用，当ESD信号使船对船输送系统应急断开以后，快速释放钩也会随即将系泊缆绳释放，从而实现两船的完全 （HPU）、船舶距离监测器（VSD）。如下图1所示。 2 中 国 水 运 第19卷 脱离。应急释放系统一般安装在FSRU上面。 图2 应急释放系统 2．LNG低温柔性软管 船对船输送操作时，两船之间的距离在海水的作用下会不断波动；而且，不同LNG船的货物集管高度、集管之间的相互距离等参数也不一致。为了使船对船输送系统的兼容性更大，LNG的驳运采用低温柔性软管。 LNG低温柔性软管一般由数层耐低温的金属与非金属材质编织复合而成（见图3），能承受-196℃的超低温介质，一般需要满足EN13766，IMO IGC Code和EN1474-Ⅱ等相关规则规范的要求。受制于LNG的超低温性质及软管的加工制作工艺，一般长度20m左右的低温软管其管径最大只能生产到DN250。 图3 LNG低温柔性软管 由于低温软管在每次船对船输送操作时都需要进行吊装操作，为了延长软管寿命，防止低温软管在吊装过程中，由于吊装索具选用不当导致软管吊装处应力集中而损坏，低温软管在吊装时需要使用特殊的软管支撑座，软管支撑座一般选用耐低温的聚亚安酯材料，根据软管的最小弯曲半径而设计制作（见图4）。 图4 低温软管支撑座 3．Y型三通接头 根据OCIMF-SIGTTO的建议，液货舱舱容为6万至20万立方米的LNG船，其货物集管尺寸一般为DN400，而超长低温软管（20m以上）的尺寸一般最大只能做到DN250，为了保证货物集管的装卸货速率，因而需要一个特质的Y型三通过渡接头来匹配货物集管与低温软管之间的连接。Y型三通接头的设计，需要经过应力计算的校核，用以保证使用的安全，延长使用寿命（见图5）。 FSRU通常需要配备数量足够的Y型三通接头来匹配自身货物装卸集管与软管，以及对方LNG船货物装卸集管与软管之间的连接。Y型三通接头由耐低温且适合露天储存的不锈钢316L材质制成，一般露天储存在FSRU用于接收LNG一侧的集管附近（FSRU一般长期固定一侧靠泊码头、对外输出气态天然气，靠海一侧则用来接收其他LNG船运送过来的LNG）。 图5 Y型三通接头 4．快速接头 软管与对方LNG运输船之间的连接，一般通过快速接头（QC/DC）来实现，快速接头一般固定安装在软管靠LNG运输船一侧，方便软管与LNG运输船之间的快速连接与脱离，提高装卸货效率。一般由FSRU配备，FSRU上的快速接头一般采用CAMLOCK接头（见图6）。 而对于LNG加注船/LNG燃料船，根据IGF Code的要求，需要使用带自闭功能的干式快速接头（见图7），这种快速接头由带自闭阀的两部分组成，带操作手柄的部分一般固定在软管上，另一部分则固定在被加注的LNG燃料船的LNG加注集管上。 图6 CAMLOCK快速接头 图7 干式快速接头 5．软管鞍座 低温软管有一定的最小弯曲半径要求，为了不损伤低温软管，提高LNG液货操作的安全性，延长软管的使用寿命，在船对船输送操作时，低温软管不能随意搁置在舷侧栏杆上面，需要设计专门的带有一定弯曲半径的软管鞍座来支撑软管。软管鞍座固定在货物集管下方的集管平台上，鞍座跨过舷侧栏杆，将软管导出舷外（见图8、图9）。图8所示鞍座一般放置在LNG运输船一侧，图9所示鞍座一般放置在FSRU一侧。 第4期 黎 翔等：LNG船对船输送系统简介 3 软管鞍座一般由不锈钢316L或者船用铝合金制成，鞍座分为本体及软管导向槽。鞍座底部安装一块木板，起电绝缘作用。鞍座本体内一般设置压载水箱，用来增加鞍座自重，提高稳定性。软管导向槽内部镶嵌PTFE材质的垫板，在减少摩擦力的同时，还起到了电绝缘的作用。 图8 软管鞍座 图9 软管鞍座（含防跌落缓冲装置） 由于应急释放系统紧急脱开时，软管连同其上的隔离阀（双关闭阀连接在软管一侧的部分）会在重力作用下快速跌落至水中，容易碰撞船体外板或者其他部件，对软管或者船体造成损坏。因而在应急释放系统所在的FSRU一侧的软管鞍座内，设置了一套防跌落缓冲装置。防跌落缓冲装置本体固定于鞍座本体内，通过一根不锈钢绳索与软管端的隔离阀连接。缓冲装置能降低软管的跌落速度，等软管完全跌落以后会释放软管，实现两船的完全脱离。 6．液压动力单元及控制站 应急释放系统由独立的液压动力单元（Hydraulic Power Unit，HPU）驱动，液压动力单元一般安装在FSRU上面。HPU一方面通过高压液压油直接控制ERC的开关，另一方面持续提供低压的液压油给ERC的液压驱动头，通过液压油的不断循环加热，防止ERC驱动头结冰而失灵。HPU可由压缩空气驱动，也可由电力驱动，通常，HPU需要设置备用驱动源。一般在HPU上设置手动释放手柄，来对ERC进行手动释放（见图10）。同时，船舶距离监测器的信号也会传输给HPU，便于HPU进行自动操作。HPU也可以与船上的ESD系统连接，接收ESD信号而执行相关ESD动作。 图10 液压动力单元（HPU） 7．船舶距离监测器 进行船对船输送作业时，两艘船需要通过特殊的系泊设备并排靠泊在一起。由于水流及风力等影响，两船之间的横向距离及纵向距离都在不断发生变化，一旦距离超过一定值，就有可能导致LNG低温软管拉断、LNG泄漏的风险，甚至会对两船的货物集管造成损坏，因而需要对两船之间的距离进行实时监控。 船舶距离监测器（Vessel Separation Detector，VSD）用来监测两船在进行船对船输送操作时的相互距离，通常，VSD安装在FSRU一侧的货物集管平台上（见图11），通过一根特殊的电绝缘绳与对方LNG运输船相连。VSD电绝缘长度比LNG低温软管长度短，当两船之间的距离扩大到一定程度时，VSD电绝缘绳上的拉断部件拉断，发出ESD信号给HPU。通常，FSRU上配备两套VSD（VSD-1，VSD-2），两套VSD配备长度不同的电绝缘绳。当VSD-1电绝缘拉断时，触发ESD1信号；如果两船之间的距离继续扩大，VSD-2的电绝缘绳拉断，触发ESD2信号，释放应急释放接头，软管脱开，从而保护船对船输送系统和两船的货物集管。 图11 距离监测器（VSD） 四、结束语 随着越来越多的FSRU、LNG燃料船、LNG加注船等投入运营，LNG船对船输送的需求越来越大。LNG加注船与LNG燃料船之间的LNG船对船输送系统，与本文所述的系统类似，由于LNG加注船尺寸及LNG燃料舱尺寸较小等缘故，其船对船输送系统的规格也较小。 但是，目前市场上的LNG船对船输送系统，单根管路的最大流量一般为2,000~2,500m3/h，如果要满足大型LNG船12,000~14,000m3/h的装卸货流量要求，需要同时使用6套液相系统和2套气相系统，这给实船操作带来很多繁复工作的同时，设备的数量及整体价格也相应上升。因而亟需开发更大规格的船对船输送系统以满足不断增长的市场需求。 参考文献 [1] 彭雪竹.国内外双燃料发动机发展状况分析[J].船舶物资与市场，2012，3：16-21.