LNG运输船船对船过驳安全性评估

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(中国船级社武汉规范研究所，武汉 430022)

LNG运输船船对船过驳安全性评估

程康，甘少炜，范洪军，曹蛟龙，秦傲寒

(中国船级社武汉规范研究所，武汉 430022)

针对一艘10万m3和一艘5万m3的LNG运输船过驳安全问题，分析两船碰垫选型、过驳软管选取、总管与软件连接，采用FLACS对过驳期间安全距离进行计算分析。结果表明，两船匹配良好，具备过驳条件，过驳期间需设置大于225 m的安全距离，安全距离内严禁其他船只进入。整个评估过程充分考虑了LNG深冷易燃的特性和LNG运输船的特点，针对性地降低了过驳中可能出现的风险。

LNG运输船；船对船过驳；兼容性分析；风险评估；安全距离

大型LNG运输船由于吃水等限制无法进入内河流域，因此,需在沿海地区过驳到小型LNG运输船进行分销。LNG为深冷、易燃危险品，其过驳难度远高于普通船舶，为此国际权威组织如石油公司国际海事论坛(OCIMF)、国际船级社协会(IACS)、国际标准组织(ISO)、国际气体船和岸站经营者协会(SIGGTO)等纷纷出台LNG过驳指导文件[1-4]，国内交通运输部也发布了天然气的过驳标准。上述文件中均强调了过驳兼容性分析和安全距离评估在保障过驳安全中的重要作用，例如，OCIMF文件第二章2.1条、IACS文件中第三章1.4.2条和SIGTTO文件的第二节2.9条等均提出过驳前需对两船的兼容性进行分析。但具体如何分析两船的兼容性没有明确，目前多数依靠船员经验执行，容易出现不匹配问题，例如,过驳期间出现软管长度不够、碰垫选择不当、BOG无法处理、压力过高导致安全阀起跳等问题，增加了作业的风险和花费。

另外为对LNG船过驳进行安全监管，通常会划定最小安全距离，过驳期间严禁其余船只进入。目前大多数区域直接采用500 m或1 000 m的安全距离，对港口往来船只的航行造成了很大的影响。准确划定安全距离，在保证安全的同时将影响最小化成为了过驳研究的另一个热点和难点。目前，国内对LNG船对船过驳的安全性研究尚处于起步阶段，相关的规范和操作指南还有待补充和完善。基于LNG运输船的技术特点,对过驳兼容性分析的具体项目和评估方法进行了研究，同时利用计算流体力学(CFD)软件对过驳中可能发生的事故后果进行了模拟，计算了过驳安全距离，为LNG船-船过驳的实际操作和相关实施指南的发布提供必要的技术支持。

1 基本情况

某10万m3和5万m3的LNG运输船主要技术参数见表1和表2[5]。两船均按照国际散装运输液化气体船舶构造与设备规则(IGC规则)进行设计、建造和检验。

表1 10万m3 LNG运输船的主要参数

10万m3LNG运输船采用双燃料发动机，可用货物作为燃料。全船配备4个NO.96型薄膜舱，设计温度-163 ℃，安全阀起跳压力设定为25 kPa，货舱总容积10万m3，充装率98.5%，每个货舱配有2个货泵，1个喷淋泵和1个备用泵，备用泵同时兼作燃料泵使用。该轮配有BOG处理系统，可在发动机完全停止时，处理货舱在最大蒸发量下的多余BOG气体。ESD系统有光纤、电缆和气动连接3种连接形式，船舷配有5根总管，其中4根液相、1根气相，管径及布置满足OCIMF的要求[6]，气相和液相管径均为16 in，间距3 m，布置见图1。

图1 10万m3 LNG运输船总管布置示意

船长 195.0m最大排水量47860t船宽 30.9m货舱数 4型深 19.26m总容积 50000.158m3夏季吃水8.52m货舱类型 薄膜(No.96)

5万m3LNG运输船采用双燃料发动机。全船配备4个NO.96型薄膜舱，设计温度-163 ℃，安全阀起跳压力设定为24 kPa，货舱总容积5万m3，充装率98.5%，每个货舱配有2个货泵，1个喷淋泵和1个备用泵，备用泵同时兼作燃料泵使用。该船配有BOG处理系统，可在发动机完全停止时处理货舱在最大蒸发量下的多余BOG气体。ESD系统有光纤、电缆和气动连接3种连接形式，船舷配有5根总管，其中4根液相1根气相，管径及布置满足OCIMF的要求，气、液相管径均为16 in，间距3 m，布置见图2。

图2 5万m3 LNG运输船的总管布置示意

2 兼容性分析

按照IGC规则，LNG运输船的设计依照LNG的特点，主要在货物围护系统、BOG气体的处理、温度压力控制和应急切断系统(ESD)等方面作出了特别规定，然后过驳又涉及软管和总管的匹配连接，由此确定兼容性分析包含两船匹配度检查、碰垫选型、软管选型等内容，其中两船匹配度检查又包含货物围护系统、BOG气体的处理、温度压力控制和应急切断系统的匹配性分析。

2.1 两船匹配度检查

两船均采用No.96型薄膜舱，见图3，货舱保冷效果接近，因而在过驳过程中不会发生类似C型舱对薄膜舱过驳时热液进入冷液的闪蒸现象[7]。且安全阀起跳压力设定基本相同，在过驳中可有效保障气相空间连通的安全性。

图3 两船货物围护系统示意

如图1和图2所示，两船均采用4液1气的总管布置，布置方式、间距及管径均一致，且两船所安装的ESD系统均有光纤、电缆和气动3种连接方式。

5万m3运输船的舱容正好为过驳船舱容的一半，采用隔舱装载运输的方式分2次卸完，可有效避免10万m3运输船出现半舱装载的问题。LNG运输船通常没有半舱装载的工况设定，主要是避免由于LNG粘度非常小导致产生晃荡问题。

两船均配备BOG处理系统，可在发动机完全停止时，处理货舱在最大蒸发量下的多余BOG气体，控制舱内压力，防止过驳过程中安全阀起跳。

2.2 碰垫选型

依据当量计算法[8]计算两船等效排水量系数C。

式中：DSA、DSB分别为10万和5万m3船舶满载排水量。

求得C=64 746.72 t。

依据等效排水量系数选出过驳作业时两船间应配备4个直径3.3 m，长度为6.5 m的碰垫，单个碰垫的极限吸收能量不低于500 kJ，靠泊时的航速低于0.18 m/s，选取依据见表3。

表3 OCIMF标准液化气体传输操作时碰垫选择指南

为防止靠泊作业期间由于疏忽大意而造成两船之间的接触，通常在船艏和船艉会设置小尺寸的辅助碰垫，依据已有的LNG海上驳运操作统计[9]和两船的基本参数，选取2个直径2.0 m、长3.5 m的辅助碰垫，布置见图4。

图4 船对船过驳布置设计方案

2.3 软管选型

两船总管最大液位差为3.97 m，总管距舷边距离为3.4 m，得出软管长度不得小于3.97×2+3.4×2=14.74 m[10]。

两船液相总管口径为16 in，而配备软管直径为10 in，为保证过驳速率，建议在液相总管间配备Y形变径接头；在气相总管间配备16 in/10 in的变径接头，同时为保证作业安全，在每条传输管路上配备紧急释放系统。

3 过驳安全距离计算

以某地区过驳为例，环境参数见表4。

表4 苏比克湾环境参数

采用挪威GexCon咨询公司开发的三维计算流体力学(CFD)软件FLACS进行泄漏后果CFD仿真计算，按照两船过驳的实际布置建模如图5所示。对两船过驳充装站区域按实际布置建模未简化，其余区域(如船艏、上层甲板及上层建筑等区域)按实际尺寸建模，对计算结果影响不大的设施(如舾装件等)进行了相应的简化处理。

图5 CFD仿真计算模型

荷兰应用科学院(TNO)依据事故发生的概率和后果给出了LNG软管不可接受的最大风险泄漏场景为泄漏孔径等于10%的软管直径[11],拟定扩散最危险风向为沿船长方向，天然气可燃范围设为2.5%～15%(取燃烧下限(LFL)的50%)[12]，由此算得可燃蒸气云扩散结果见图6，可燃蒸气云扩散最远距离为150 m。

图6 发生泄漏后可燃气体扩散浓度分布(标尺为天然气气体摩尔分数，范围0.025～0.15)

图7 两船过驳安全距离

依据FLACS计算结果，两船过驳时浓度为2.5%～15%的可燃蒸气云最大扩散距离为150 m，基于保守的考虑[13]，安全系数定为1.5，因此，设定两船过驳安全距离为225 m，过驳期间安全距离内严禁其他船只进入，见图7。该距离远小于一般港口规定的500 m或1 000 m的要求，在保障过驳安全的同时保证了港口船只的正常通航。

4 结论

1)结合过驳中碰垫和软管的选型，拟定了过驳兼容性分析的具体实施内容为两船匹配度检查、碰垫选型和软件选型等内容，其中两船匹配度检查包含了上述IGC规则覆盖的LNG运输船的主要技术方面。

2)对现有的零散分析方法进行了梳理和综合，并结合实际的案例开展了如下分析：利用工程实际经验开展了两船主要设备的对比分析，完成了两船的匹配度检查；采用OCIMF的当量计算法为两船过驳选取了合适的碰垫并提出了过驳航速的限值；结合现有相关标准的技术要求选取了合适的软管布置方式和长度。

3)依据国际权威数据库中典型的破口尺寸，采用CFD计算软件开展了安全距离计算，计算最小安全距离为225 m，为过驳期间保证港口其余船只的正常通航提供依据。

4)目前全球LNG船舶的总管布置均依据OCIMF的要求，即布置型式、总管间距和管径均一致，差异仅在舱室压力和两船间狭长区域的长度。下一步将基于现有的储罐型式对应的最大压力情况开展具有普适性的安全距离划定，以避免不同船舶过驳都要进行复杂的CFD计算。

[1] Oil Companies International Marine forum. The safe Transfer of Liquefied Gas in an Offshore Environment[M]. London: Wither by Publishing Group Ltd,2014.

[2] International Association of classification Societies. LNG bunkering guidelines[M]. London: IACS Conventions,2015.

[3] International Standardization Organization. Specification for bunkering of gas fueled ships[M]. Geneva: ISO Conventions,2015.

[4] The Society of International Gas Tanker and Terminal Operators. Liquefied gas handling principles on ships and in terminals[M]. London: Wither by Publishing Group Ltd,2000.

[5] 张则松,王言英.LNG运输船船型浅析[J].船舶工程,2003,25(4):25-30.

[6] Oil Companies International Marine forum. Recommendations for Manifolds for Refrigerated Liquefied Natural Gas Carriers (LNG)[M]. London: Wither by Publishing Group Ltd,1994.

[7] 丁玲,马坤.中小型LNG运输船液货罐设计技术[J].船舶,2010,21(1):26-29.

[8] 顾祖旭.LNG船对船过驳作业碰垫配置研究[D].大连：大连海事大学，2015.

[9] 秦飞,王平.两船并靠作业流载荷研究[J].船舶,2013,24(3):1-6.

[10] 张荣,程康,范洪军.LNG运输船作为浮式储存装置的适应性评估研究[J].船舶工程,2016(9):47-51.

[11] 陈国华,成松柏.LNG泄漏事故后果模拟与定量风险评估[J].天然气工业，2007,27(6):133-135.

[12] 黄郑华.LNG船火灾爆炸危险性评估与事故预防[J].油气储运,2011,30(5):340-342.

[13] 罗肖锋,范洪军,程康.集装箱船LNG燃料加注与装卸货同时操作的安全区域分析[J].船舶工程,2016,38(4):13-17.

Study on Safety Assessment Method of LNG Ship to Ship Transfer

CHENGKang,GANShao-wei,FANHong-jun,CAOJiao-long,QINAo-han

(Wuhan Rules and Research Institute of China Classification Society, Wuhan 430022, China)

In order to ensure the safety for LNG ship to ship (STS) transfer, a 100 000 m3LNG carrier and a 50 000 m3LNG carrier were selected to study the selection of fender and transfer hosepipe, connection of the main pipe with hospipe. The 3-dimensional CFD software FLACS was adopted to assess the safe distance during the transfer. The results showed that these two carriers have good compatibility, meet the requirements of STS transfer, the safe distance is not less than 225 m. The characteristics of LNG cryogenic cooling and inflammable were fully considered so as to reduce the possible risks during STS transfer of LNG.

LNG carrier; ship to ship (STS) transfer; compatibility analysis; risk assessment; safe distance

U674.13

A

1671-7953(2017)06-0054-04

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.06.012

2017-03-10

2017-04-14

中国海事局和国家能源局(海事[2012]509号)

程康(1986—)，男，硕士，工程师

研究方向：LNG水上运输技术