摘 要

目前，LNG运输船舶对海上运输有着极其重要的作用，所以研究其运输过程最合理、最经济的方案尤其重要。其中，LNG运输船舶气试的目的是确认所有相关的货物操作设备或气体管理系统的功能性能处于良好状态，包括仪表、监控及警报系统。气试期间，通过从LNG接收站装载适量的液化天然气，确认各系统与设备的性能。所以关于LNG运输船舶的气试过程的分析及优化是研究LNG运输船舶最合理经济运输方案最有效的研究方向之一。所以，本论文就是要通过研究LNG运输船舶气试、气试具体操作步骤及在LNG接收站上气试总体要求和控制难点等内容，从而得到其优化方案。同时，本论文讨论的优化方案中最突出的是与气试密切相关的LNG接收站上的气试优化方案。因为在接收站上的气试优化方案适合绝大部分LNG运输船舶。

关键词:LNG运输船舶；合理经济；气试； 优化方案

Abstract

At present, LNG shipping plays an extremely important role in maritime transportation, so it is especially important to study the most reasonable and economical plan of its transportation process. The purpose of LNG shipping gas test is to confirm that all relevant cargo operating equipment or gas management systems are in good condition, including instruments, monitoring and alarm systems. During the gas test, the performance of each system and equipment is confirmed by loading appropriate amount of LNG from the LNG receiving station. Therefore, the analysis and optimization of gas test process of LNG transportation ships is one of the most effective research directions to study the most reasonable economic transportation scheme of LNG transportation ships. Therefore, this thesis is to through the research of LNG transportation ship gas try, specific operation steps and try on LNG receiving station gas general requirements and control difficulty, etc, and the optimal solution is obtained. At the same time, the most prominent optimization scheme discussed in this paper is the gas test optimization scheme of LNG receiving station which is closely related to gas test. Because the gas test optimization scheme at the receiving station is suitable for most LNG transport ships.

key words:LNG transport ships；reasonable economic；gas test；optimum proposal

目 录

1. 绪论 -------------------------------------------------------- 1

1.1 LNG简介 ----------------------------------------------------- 1

1.2 LNG运输船舶简介 --------------------------------------------- 1

1.3 研究目的 ---------------------------------------------------- 2

第2章 气试 ------------------------------------------------------- 2

2.1 气试 -------------------------------------------------------- 3

2.1.1 气试的定义 ----------------------------------------------- 3

2.1.2 气试的目的和范围 ----------------------------------------- 3

2.2 气试操作步骤 ------------------------------------------------- 3

2.2.1 货物系统干燥惰化 ------------------------------------------ 3

2.2.2 气试期间的货物处理系统测试 -------------------------------- 4

2.2.3 气试过程中气体管理系统的测试 ------------------------------ 5

第3章 优化 --------------------------------------------------------- 6

3.1 LNG接收站 ---------------------------------------------------- 6

3.2 在LNG接收站上的难点及改动 ------------------------------------ 6

3.2.1 气试总体要求和控制难点 ------------------------------------ 6

3.2.2 常规接收站配合气试工艺改动和操作风险 ---------------------- 7

3.3 在LNG接收站上的优化方案 -------------------------------------- 7

3.4 其它方面的气试优化 -------------------------------------------- 8

3.4.1 干燥 ------------------------------------------------------ 8

3.4.2 惰化 ------------------------------------------------------ 8

3.5 气试总优化方案 ------------------------------------------------ 9

第4章 结论 --------------------------------------------------------- 9

参考文献 ------------------------------------------------------------ 9

致谢 ---------------------------------------------------------------- 10

第1章 绪论

1.1 LNG简介

液化天然气是天然气行业的重要组成部分，因其清洁、高效和经济的特性，被认为是地球上最干净的石化能源，逐渐被广泛应用于工业和居民户燃气等多个领域，对于提升我国经济发展水平和环境质量具有日趋重要的作用。

LNG是英语液化天然气(liquefied natural gas)的缩写。主要成分是甲烷。LNG无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积大概是同量气态天然气体积的六百分之一，LNG的重量仅为同体积水的百分之四十五左右，热值为52MMBtu/t（1MMBtu=2.52×10^8cal）^[1]。

Potenamp;Partners公司预测，到2015年，世界LNG贸易量将从2004年的世界LNG进口接收站的分布1.32亿吨增加到3.75亿吨。2004~2015年，日本在亚太地区LNG贸易量中所占比例将从目前的65%下降到39%。亚太地区新增加的LNG需求将主要来自中国、印度和北美洲西海岸等新兴的市场，到2015年，这些新兴市场的需求将达到6500万吨。大西洋盆地LNG工业的扩展主要集中在美国和英国等市场，到2015年，美国的LNG进口量很可能超过日本，英国有可能取代西班牙成为欧洲最大的LNG进口国^[2]。

天然气作为清洁能源越来越受到青睐，很多国家都将LNG列为首选燃料，中国的LNG接收站和沿海中转站分布天然气在能源供应中的比例迅速增加。液化天然气正以每年约12%的高速增长，成为全球增长最迅猛的能源行业之一。近年来全球LNG的生产和贸易日趋活跃，LNG已成为稀缺清洁资源，正在成为世界油气工业新的热点。国际大石油公司也纷纷将其新的利润增长点转向LNG业务，LNG将成为石油之后下一个全球争夺的热门能源商品。

1.2 LNG运输船舶简介

动力船尚在发展中，其前景非常好。其中LNG运输船是国际公认的高难度、高技术、高附加值的"三高"产品，LNG船是在零下163摄氏度(-163℃)低温下运输液化气的专用船舶， 是一种"海上超级冷冻车"，被喻为世界造船业"皇冠上的明珠"，现只有美国、中国、日本、韩国和欧洲的少数几个国家的13家船厂能够建造^[3]。中国LNG船行业发展现状良好，迅速扩大的市场需求量为LNG船行中国LNG船舶主要建造厂分布业提供了基础，快速崛起的整体实力逐渐弥补起步较晚的劣势。

LNG船行业拥有巨大市场潜力，因此，越来越多的国内造船企业开始进军LNG船领域。中国目前LNG船队的现状是:现有LNG船队规模5艘，分别服务于福建LNG项目(2艘)和广东LNG项目(3艘)。即将生效的新船订单为10艘，分别是中海油-BG项目4艘，中石化APLNG项目6艘。

LNG运输船舶的储罐是独立于船体的特殊构造。在该船舶的设计中，考虑的主要因素是能适应低温介质的材料，对易挥发或易燃物的处理。船舶尺寸通常受到港口码头和接收站条件的限制。12.5万立方米是最常用的尺寸，在建造船舶中最大的尺寸已达到20万立

方米。LNG船的使用寿命一般为40～45年。世界大型LNG船的储罐系统有独立式和薄膜式两种。独立式有A型、B型、C型3种，A型为菱形，B型为球形或SPB型。薄膜型是大型船的首选，C型则是中小型船舶的首选。

薄膜型主要是法国GTT公司的GAZTRANSPORT No96型和TECHNIGSZ MarkⅢ型液货舱。货舱顶部的倒角因为缩减了LNG自由液面的面积，还增加了船舶稳性同时减少了货物的晃动。薄膜液货舱的特点有：主屏壁非常薄，约0.7-2.0mm；液舱的绝热结构有很好的绝热性和足够的强度，LNG重量经绝热结构由船体承受；薄膜液货舱有完整的次屏壁目得是保证主屏壁泄露货物时维护系统的完整性；绝热材料被安装在船体内部，表面覆盖金属薄板（主或次屏蔽），主要用来保持液态的甲烷防止泄露。

B型独立形液货舱由挪威的MOSS ROSENBERG公司开发，选用耐低温的合金为舱体材料，绝热材料选用聚氨酯泡沫，它与LNG船的船体部分是互相独立的，它的重量是由液货舱本身承担，液货舱是由固定在船体上的圆柱形裙板支持，液货舱要求有足够的支持能力和绝缘效果，并且为了预防LNG在突发事故中泄露，还设有次屏壁。B型独立形液货舱的特点有：液货舱热胀冷缩产生的变形不直接作用于船体结构本身；在设计中能够进行高精度的应力分析；选用有滴盘和防溅板构成的部分次屏壁，能够保证即使在发生碰撞时，LNG的泄露量也可以保持在很低的水平；舱内圆柱形裙板有很好的弹性，可以吸收货物进出造成的热胀冷缩的变形；因为舱内货物产生的壳体薄膜应力是均匀分布的，所以没有应力集中现象。到目前为止，B型独立的球形舱被认为是IGC CODE中最安全的液货舱^[4]。

1.3 研究目的

目前，大型LNG运输船的建造技术和研究理论逐渐成熟，随着LNG的广泛应用和市场需求，中小型LNG运输船的建造和研究已成为另一种发展趋势。中小型LNG船并不是大型LNG船的尺寸缩小，无论从结构设置还是内部设备等方面两者都有着本质的差别，而最大的差异就是对货舱区结构及货舱系统的设计。中小型LNG船运营周期短，吃水浅排水量小，中转频繁，同时装载极低温易燃的货物^[5]，因此对LNG船的设计，特别是液舱的结构设计、强度分析、材料和工艺有很高的要求，国内LNG船制造技术与韩日等先进LNG船制造技术还存在一定的差距，努力突破并掌握LNG船核心技术，才是在日益激烈的全球LNG船市场中占得一席之地的法宝。所以对LNG运输船舶的研究就有了更高的难度。而LNG运输船舶气试的目的是确认所有相关的货物操作设备或气体管理系统的功能性能处于良好状态，包括仪表、监控及警报系统。气试期间，通过从LNG接收站装载适量的液化天然气，确认各系统与设备的性能。关于LNG运输船舶的气试过程的分析及优化是研究LNG运输船舶最合理经济运输方案最有效的研究方向之一。所以关于LNG运输船舶的气试研究就有了很大的研究价值及意义。

第2章 气试

目前，LNG运输船舶在全球范围内得到广泛的应用，所以对其合理经济性的研究就有着相当大的研究价值。而因为LNG船气试的目的是确认所有相关的货物操作设备或气体管理系统的功能性能处于良好状态，包括仪表、监控及警报系统，所以LNG运输船舶的合理经济性的研究离不开其气试的研究。因此，关于LNG运输船舶气试的分析及优化的研究就有利于提高LNG运输船舶的合理经济性。而LNG气试与LNG接收站密切相关，所以研究在接收站上的气试优化方案极其重要。

所以本文就是要重点研究LNG运输船舶的气试及其优化方案，预期通过对气试及气试

具体操作步骤，LNG接收站气试总体要求及控制难点等的分析，得出其优化方案，特别是与其气试密切相关的在LNG接收站上的气试优化方案。

2.1 气试

2.1.1 气试的定义

LNG船气试实验是指每一艘新造的LNG运输船正式使用前，在完成海试后通过与LNG船舱部分装载一定量的LNG，在设计温度或接近设计温度条件下对LNG船上的设施进行一系列实验，简称“气试”^[6]。

2.1.2 气试的目的和范围

LNG船气试的目的是确认所有相关的货物操作设备或气体管理系统的功能性能处于良好状态，包括仪表、监控及警报系统。气试期间，通过从LNG接收站装载适量的液化天然气，确认各系统与设备的性能。气试期间应进行的操作有：屏蔽件处所氮气充填、液货舱与管线惰化、置换、液货舱与管线预冷、LNG装料、泵操作、使用应急泵进行物料紧急转移、卸料、货舱预热、货舱惰化及除气^[7]。

2.2 气试操作步骤

总体上可以分为三个阶段：第一阶段，在船厂进行，即对货物系统进行干燥惰化处理；第二阶段，物料装卸系统的实际测试，该测试自运输船抵达接收站并装载气试所需的LNG开始，到运输船返回至接收站并卸载实验所需的LNG结束；第三阶段，气体管理系统及燃气轮机牵引系统的测试，与物料处理系统测试同时进行。

2.2.1 货物系统干燥惰化

屏壁间处所充惰的目的是使用制氮机制造的氮气，充填屏壁间处所并将空间内的氧气置换排出，直到空间内氧气的体积降至3%以下。采用的典型氮气置换程序如下：确认液货舱内压力处于1050mbar~1200mbar绝对压力的范围；启动制氮机将氮气缓冲罐充填至最高工作压力；吹扫置换所有氮气管线；通过氮气供应旁通阀向绝缘隔热空间和屏壁间处所同时注入氮气，通过排气旁通阀将置换排出的氮气、空气混合空气排至大气；氧含量小于3%后关闭两个旁通阀并将常规氮气供应/排放阀调至自动控制模式。氮气置换露点应低于−40°C。在置换操作期间应根据情况对下列项目进行检查和记录：绝缘隔热空间与屏壁间处所的压力、舱压、氧含量。（本文探讨的对象为C型独立舱，绝热层外部留空处所充入露点为-20℃的干空气即可。）

液货舱与管线干燥的目的是去除液货舱内的水分，防止舱体预冷时结冰。液货舱内部空气通过惰性气体发生器吹出的干燥空气被置换排出，直至舱内露点低于−20°C。船厂采用的典型氮气置换程序如下:使用干燥空气吹扫，通过液相管，将惰性气体发生器吹出的干燥空气注入液货舱置换排出的空气通过蒸气管线排出至舱内空气露点达到−20°C。相关

物料管线使用干燥空气吹扫干燥，在置换操作期间，应按情况对下列项目进行检查和记录：舱内温度压力、舱内露点、惰性气体发生器出口的空气温度、压力和露点。试验期间应检查惰性气体发生器确保其处于正常的功能和运行情况。

惰化处理后舱内的大气组分应达到以下要求：露点低于−40°C、氧含量小于2%。船厂采用的典型氮气惰化程序如下：预冷液相管与液货舱之间的喷淋管线；通过液相管和喷淋管线，从陆地液氮储罐向LNG蒸发器提供液氮，再通过气相管，将LNG蒸发器产生的氮气提供至需惰化的液货舱，通过液相管线将置换排出的混合气体排至大气；测量液货舱取样点的露点和氧含量。在置换操作期间，应根据情况检查或记录以下设备：液氮供应流量、温度和压力、蒸发器出口处的氮气压力与温度、液货舱内氧含量与露点。试验期间应检查和确认LNG 蒸发器处于良好的运行状态^[8]。

气相管线、液相管线和喷淋管线应进行预冷，以确认管线被调至冷却状态检查管线支架的移动情况以及绝缘隔热层的有效性。此外，应检查整个管道系统确认管线无“冷点”。 船厂的典型预冷程序如下：物料支管线安装临时混合器，以便产生低温氮气；将混合气供应至液相管线、气相管线和喷雾管线，直至温度小于等于−100°C；遇冷后各条管线应在1bar压力条件下进行气密性试验。操作期间应按情况检查或记录：蒸气物料集管两端的温度、液体物料集管两端的温度、喷淋集管两端的温度、管道绝缘保温层的冷点、支撑点上管道收缩量。

2.2.2气试期间的货物处理系统测试