復(fù)雜工況下LNG船貨物回收轉(zhuǎn)運(yùn)技術(shù)研究

邱永吉

摘 要：針對(duì)LNG船事故中LNG回收轉(zhuǎn)運(yùn)難的問(wèn)題，開(kāi)展了復(fù)雜工況下LNG船貨物回收轉(zhuǎn)運(yùn)技術(shù)的研究。分析當(dāng)前LNG船貨物回收轉(zhuǎn)運(yùn)的主要思路和方法，對(duì)比不同回收轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的特點(diǎn)及適用性，選擇更具普適性的回收轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)加以深入研究，制定不同工況下LNG船貨物回收轉(zhuǎn)運(yùn)方案，分析研究其中的關(guān)鍵操作與難點(diǎn)。通過(guò)本文的研究，為解決LNG船貨物回收轉(zhuǎn)運(yùn)的問(wèn)題提供應(yīng)對(duì)策略及深入研究的參考思路，對(duì)于提高救撈系統(tǒng)危化品處置能力具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：LNG船;LNG回收轉(zhuǎn)運(yùn);回收轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng);復(fù)雜工況

中圖分類(lèi)號(hào)：U674.1 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1006—7973（2021）02-0138-03

近年來(lái)，海上LNG運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)愈發(fā)壯大，高技術(shù)帶來(lái)高回報(bào)的同時(shí)也增加了高風(fēng)險(xiǎn)。由于LNG特殊的理化性質(zhì)，使得LNG船一旦發(fā)生泄漏甚至燃燒、爆炸等事故時(shí)，其對(duì)人員、財(cái)產(chǎn)和海洋環(huán)境帶來(lái)的影響和安全威脅將是巨大的。在LNG船破損、泄漏事故惡化前，對(duì)LNG船泄漏的及時(shí)封堵和貨物的安全回收轉(zhuǎn)運(yùn)是最重要的。通過(guò)對(duì)LNG船貨物回收轉(zhuǎn)運(yùn)現(xiàn)狀的分析和轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的對(duì)比，結(jié)合海上施工特點(diǎn)，制定科學(xué)合理的LNG回收轉(zhuǎn)運(yùn)方案，并對(duì)其中的關(guān)鍵操作和難點(diǎn)進(jìn)行分析，為可能發(fā)生的LNG船應(yīng)急救助提供重要的技術(shù)參考。

1回收轉(zhuǎn)運(yùn)LNG的研究現(xiàn)狀

由于LNG船的高技術(shù)特點(diǎn)，目前還沒(méi)有出現(xiàn)較嚴(yán)重的海上事故，因此對(duì)LNG船貨物的回收轉(zhuǎn)運(yùn)主要還處于研究階段。目前的研究進(jìn)展表明，針對(duì)根據(jù)不同的事故特點(diǎn)和海況，LNG船貨物轉(zhuǎn)運(yùn)回收主要有兩種方式：碼頭回收轉(zhuǎn)運(yùn)和海上回收轉(zhuǎn)運(yùn)。

1.1碼頭回收轉(zhuǎn)運(yùn)

當(dāng)被救助的LNG船距離LNG接貨碼頭較近時(shí)，在LNG船事故危險(xiǎn)性較低的情況下，可考慮LNG船靠碼頭，直接采用加注/接收站的卸料臂系統(tǒng)進(jìn)行回收，回收方式與接收站卸料過(guò)程基本相同。采用碼頭回收轉(zhuǎn)運(yùn)LNG的優(yōu)勢(shì)在于設(shè)備準(zhǔn)備時(shí)間短、工作速度快、效率高，但其局限性在于需考慮事故的危險(xiǎn)性，因?yàn)槭鹿蚀嚯x碼頭的LNG存儲(chǔ)容器較近，一旦發(fā)生爆炸等事故，其連鎖反應(yīng)將異常巨大。

1.2海上回收轉(zhuǎn)運(yùn)

海上回收轉(zhuǎn)運(yùn)是指因現(xiàn)場(chǎng)情況LNG船需要在海上進(jìn)行回收轉(zhuǎn)運(yùn)的方式，受現(xiàn)場(chǎng)海況和危險(xiǎn)程度等作業(yè)條件影響可以分為并靠轉(zhuǎn)運(yùn)方式和串靠轉(zhuǎn)運(yùn)方式。

1.2.1并靠轉(zhuǎn)運(yùn)方式

并靠轉(zhuǎn)運(yùn)，即轉(zhuǎn)運(yùn)船舶與LNG船舷側(cè)并靠進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)回收LNG，并靠轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)一種是剛性輸送臂轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，類(lèi)似于LNG接收站卸料臂系統(tǒng)，此類(lèi)系統(tǒng)便于操控，自動(dòng)化程度高，但是結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，改造工作量大，且船體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)可能導(dǎo)致輸送臂連接處發(fā)生泄漏，存在火災(zāi)、爆炸等風(fēng)險(xiǎn)。另一種柔性軟管式轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)則采用了一種柔性的低溫軟管進(jìn)行并靠轉(zhuǎn)運(yùn)，可以降低船體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)安全性的影響。該系統(tǒng)同時(shí)結(jié)合剛性臂和柔性管的技術(shù)特點(diǎn)，可提升LNG 傳輸系統(tǒng)的靈活性，并且該系統(tǒng)的改造方式更簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。

1.2.2串靠轉(zhuǎn)運(yùn)方式

串靠轉(zhuǎn)運(yùn)，即轉(zhuǎn)運(yùn)船舶與被轉(zhuǎn)運(yùn)船舶艏艉串靠進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)回收LNG，兩船前后布置或者前后斜向錯(cuò)位布置，兩者之間的距離較大。串靠轉(zhuǎn)運(yùn)依靠漂浮時(shí)低溫軟管連接兩船艏艉或舷側(cè)進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，可以有效克服海況惡劣，兩船安全距離大的難題，但這種方式傳輸距離遠(yuǎn)、輸送管線長(zhǎng)、投資多，在技術(shù)上存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。

采用海上回收轉(zhuǎn)運(yùn)LNG的優(yōu)勢(shì)在于其事故風(fēng)險(xiǎn)的影響程度和范圍可以被控制降低，對(duì)于附近人員、財(cái)產(chǎn)的威脅可以規(guī)避減輕，但海上情況更加復(fù)雜，不論是救助保障、設(shè)備安裝、操作都更加困難，海況的影響也較為明顯。

2回收轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)對(duì)比分析

2.1 回收轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)概況

目前LNG回收轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)主要可分為兩種類(lèi)型：剛性輸送臂式和柔性軟管式轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。

（1）剛性輸送臂轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)形式與LNG接收岸站中的卸料系統(tǒng)相似，主要由輸送臂本體、緊急脫離裝置和控制系統(tǒng)組成。輸送臂設(shè)備主要由快速接頭法蘭、回轉(zhuǎn)接頭、臂架系統(tǒng)、平衡配重系統(tǒng)、立柱等組成，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。剛性輸送臂設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)的難點(diǎn)主要在材料深冷處理、旋轉(zhuǎn)接頭設(shè)計(jì)及低溫動(dòng)態(tài)試驗(yàn)、緊急脫離裝置設(shè)計(jì)及可靠性和快速連接接頭可靠性等方面。

（2）柔性軟管式轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)可以提高LNG轉(zhuǎn)運(yùn)的靈活性，其主要由以下部分組成：應(yīng)急釋放系統(tǒng)（ERS）、LNG低溫柔性軟管、Y型三通接頭、快速接頭（QC/DC）、軟管鞍座、液壓動(dòng)力單元及控制站（HPU）、船舶距離檢測(cè)器（VSD）。其結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。柔性軟管式轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的難點(diǎn)主要在低溫軟管的尺寸與最小彎曲半徑、快速接頭操作性、應(yīng)急釋放系統(tǒng)可靠性等方面。

2.2 不同回收轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)優(yōu)劣性分析與對(duì)比

2.2.1工作頻率對(duì)比

柔性軟管由于其工作原理和使用方式的原因，一般工作頻率在20～30d，使用壽命最大5 年（BVNR 620 2.7.1要求），在使用頻率更高的情況下壽命會(huì)適當(dāng)縮減。

剛性輸送臂結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較好，工作頻率約2～15d，在Hs≤2.0m的極限海況下可正常工作，裝有靶向裝置的剛性輸送臂甚至可以適應(yīng)Hs≤5.0m 的極限海況。其使用壽命20～25 年。

2.2.2操作性能對(duì)比

操作方式上，剛性運(yùn)輸臂具有較好的遙控操作性，能減少較多的人工操作并且在操作連接上更為簡(jiǎn)便，柔性軟管則在連接時(shí)相對(duì)更為繁瑣。但柔性軟管也有其優(yōu)勢(shì)：制作周期短，質(zhì)量輕，從而對(duì)船體甲板加強(qiáng)無(wú)特別要求，運(yùn)輸方便，海運(yùn)、空運(yùn)均可，同等要求下價(jià)格也較裝卸臂低約40%。

2.2.3安全性對(duì)比

剛性輸送臂和柔性軟管轉(zhuǎn)運(yùn)在多年的LNG船加注和卸載應(yīng)用中均被證明具有較高的安全性，如防止LNG 大量泄漏的快速連接/斷開(kāi)耦合裝置、應(yīng)急釋放系統(tǒng)等。從可能發(fā)生危險(xiǎn)的角度考慮，柔性軟管的操作上可能會(huì)有軟管斷開(kāi)后的墜落風(fēng)險(xiǎn)，但整體上來(lái)講風(fēng)險(xiǎn)有限。

2.2.4適用性對(duì)比

剛性運(yùn)輸臂由于其剛性結(jié)構(gòu)和尺寸的原因，更多地適用于兩船間并靠轉(zhuǎn)運(yùn)或船岸轉(zhuǎn)運(yùn)，但是在海況較差的情況下，其適應(yīng)船體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的能力會(huì)明顯受到限制，不利于高海況下的轉(zhuǎn)運(yùn)，且剛性輸送臂對(duì)于轉(zhuǎn)運(yùn)船舶的結(jié)構(gòu)要求和改造技術(shù)要求都較高，造價(jià)相對(duì)較高，也不利于靈活轉(zhuǎn)移使用;相比之下，柔性軟管的制作周期較短，質(zhì)量輕，從而對(duì)搭載平臺(tái)無(wú)特別要求，同等要求下價(jià)格也較裝卸臂低約40%，并且運(yùn)輸方便，海運(yùn)、陸運(yùn)均可，使其可以同時(shí)適用于碼頭和海上回收轉(zhuǎn)運(yùn)，由于軟管的長(zhǎng)度更長(zhǎng)、管系柔軟，可以使兩船并靠、串靠轉(zhuǎn)運(yùn)或船岸轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)的距離更大，使得兩船或船岸間的安全距離更大，還可以更好地滿(mǎn)足惡劣海況下的安全轉(zhuǎn)運(yùn)。

綜合以上分析對(duì)比，兩類(lèi)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)有各自的優(yōu)劣勢(shì)和適用性，但基于LNG的快速安全回收轉(zhuǎn)運(yùn)以及全區(qū)域覆蓋能力的角度來(lái)看，柔性軟管式轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)將更加適用于LNG的回收轉(zhuǎn)運(yùn)。

3復(fù)雜工況下LNG回收轉(zhuǎn)運(yùn)方案

3.1碼頭回收轉(zhuǎn)運(yùn)LNG方案

當(dāng)LNG船發(fā)生事故后符合碼頭轉(zhuǎn)運(yùn)的要求，可以將LNG船靠碼頭進(jìn)行LNG轉(zhuǎn)運(yùn)，若現(xiàn)場(chǎng)碼頭為L(zhǎng)NG加注或接收碼頭，在安全條件和作業(yè)條件允許的情況下，可直接利用碼頭的卸料臂系統(tǒng)進(jìn)行LNG貨物的轉(zhuǎn)運(yùn)回收，回收方式與LNG船卸貨方式相同（見(jiàn)圖3）。

若LNG船靠泊的碼頭不具備直接回收轉(zhuǎn)運(yùn)LNG的條件，則啟用LNG接收容器對(duì)LNG船的貨物進(jìn)行回收轉(zhuǎn)運(yùn)，接收系統(tǒng)從陸地運(yùn)至碼頭邊進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)回收作業(yè)，回收方式為：

（1）接收設(shè)備運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)就位。通過(guò)陸運(yùn)的方式將接收設(shè)備運(yùn)至碼頭現(xiàn)場(chǎng)并進(jìn)行安裝測(cè)試。

（2）準(zhǔn)備工作。對(duì)LNG接收容器進(jìn)行預(yù)冷卻，使其溫度達(dá)到接收要求。

（3）連接柔性軟管。使用小吊機(jī)設(shè)備將柔性軟管靠船端吊至LNG船卸貨管路處進(jìn)行管路和ESD設(shè)備連接。

（4）LNG貨物轉(zhuǎn)運(yùn)。柔性軟管連接完成后，確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)達(dá)到卸貨條件后開(kāi)始進(jìn)行LNG貨物的轉(zhuǎn)運(yùn)，通過(guò)LNG船的卸貨泵和掃艙泵對(duì)需要轉(zhuǎn)運(yùn)的LNG貨物進(jìn)行排送轉(zhuǎn)運(yùn)。裝卸貨的過(guò)程中應(yīng)注意密切觀察LNG船和接收容器上監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行情況及監(jiān)測(cè)結(jié)果。

（5）卸貨完成。檢查卸貨情況，確認(rèn)卸貨完成后，將軟性軟管及ESD等連接設(shè)備拆除并關(guān)閉LNG船的卸貨裝置和管路閥門(mén)，完成貨物回收轉(zhuǎn)運(yùn)。

3.2海上運(yùn)輸中回收轉(zhuǎn)運(yùn)LNG方案

當(dāng)LNG船在海上發(fā)生事故需要進(jìn)行LNG貨物轉(zhuǎn)運(yùn)回收時(shí)，如果不具備靠近碼頭進(jìn)行回收轉(zhuǎn)運(yùn)的條件，則需要在海上進(jìn)行LNG貨物轉(zhuǎn)運(yùn)回收（見(jiàn)圖4），為適應(yīng)海況變化，可采用更穩(wěn)妥的船對(duì)船串靠連接的方式，回收方式為：

（1）轉(zhuǎn)運(yùn)回收船就位及準(zhǔn)備。轉(zhuǎn)運(yùn)回收船靠在LNG船一定距離以外的側(cè)方或后方，一般為L(zhǎng)NG船集管平臺(tái)一側(cè)或船艉后。在此之前，轉(zhuǎn)運(yùn)回收船上的接收設(shè)備可預(yù)先進(jìn)行冷卻和準(zhǔn)備工作。

（2）連接柔性軟管。由于轉(zhuǎn)運(yùn)回收船與LNG船有一定距離，因此要依靠輔助拖輪將軟管連至LNG船，集管平臺(tái)處，由船上人員進(jìn)行柔性軟管等設(shè)備的連接。

（3）LNG貨物轉(zhuǎn)運(yùn)。柔性軟管連接完成后，確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)達(dá)到卸貨條件后，開(kāi)始進(jìn)行LNG貨物的轉(zhuǎn)運(yùn)，通過(guò)LNG船的卸貨泵和掃艙泵對(duì)需要轉(zhuǎn)運(yùn)的LNG貨物進(jìn)行排送轉(zhuǎn)運(yùn)。裝卸貨的過(guò)程中應(yīng)注意密切觀察LNG船和轉(zhuǎn)運(yùn)回收船上監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行情況及監(jiān)測(cè)結(jié)果。

（4）卸貨完成后設(shè)備拆除。檢查卸貨情況，確認(rèn)卸貨完成后，將軟性軟管等設(shè)備拆除，并關(guān)閉LNG船的卸貨裝置和管路閥門(mén)，通過(guò)輔助拖輪將軟管設(shè)備回收至轉(zhuǎn)運(yùn)回收船上，回收轉(zhuǎn)運(yùn)完畢，船舶、人員復(fù)原。

4關(guān)鍵操作、難點(diǎn)及其解決方案

4.1軟管的選配

在不同工況下的LNG回收方案中，軟管的使用方式主要有兩種，一是近距離卸貨時(shí)舷邊吊提，二是長(zhǎng)距離卸貨時(shí)軟管主體漂浮于海面。相比較之下，后者需要軟管有一定的浮力儲(chǔ)備（如連接浮漂，外層增加浮力層等），操作和工藝上更復(fù)雜，但是其適用性更強(qiáng)，可以適用于不同的卸貨方案中。因此軟管的選配以漂浮式軟管更為合適，軟管長(zhǎng)度要留有一定余量，滿(mǎn)足大部分情況下的使用要求，同時(shí)可以配備一套近距離回收轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)所用的長(zhǎng)度小的軟管。

4.2軟管接頭連接方式

軟管接頭選取快速接頭，盡可能減少連接操作時(shí)間，在連接軟管接頭時(shí)，若LNG船與轉(zhuǎn)運(yùn)回收船并靠，則可直接通過(guò)接收船舷邊吊機(jī)吊提軟管進(jìn)行連接。若軟管需長(zhǎng)距離連接，則需要通過(guò)拖輪拖帶漂浮式軟管同時(shí)接收船釋放軟管的方式，將軟管拖至LNG船舷側(cè)，利用拖輪小吊機(jī)吊提軟管接頭至LNG船卸貨區(qū)進(jìn)行連接。

4.3軟管快速中斷操作方式

當(dāng)LNG轉(zhuǎn)運(yùn)回收過(guò)程中發(fā)生突發(fā)、緊急情況時(shí)，需要快速切斷軟管連接。當(dāng)LNG船與轉(zhuǎn)運(yùn)回收船并靠時(shí)，可以直接連接應(yīng)急釋放系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)快速應(yīng)急釋放軟管的能力。當(dāng)兩船距離較大無(wú)法連接應(yīng)急釋放系統(tǒng)，則需在發(fā)生突發(fā)、緊急情況時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件，關(guān)閉LNG船貨艙閥門(mén)后，首選斷開(kāi)LNG船端的接頭使兩船分離，否則選擇斷開(kāi)轉(zhuǎn)運(yùn)回收船端的接頭。

4.4卸貨泵的使用

一般情況下，LNG轉(zhuǎn)運(yùn)回收時(shí)第一選擇是使用貨艙內(nèi)的卸貨系統(tǒng)，其卸貨速度快，卸貨效果好，且便于操作。但是當(dāng)LNG船發(fā)生事故無(wú)法使用卸貨系統(tǒng)或者轉(zhuǎn)運(yùn)中途卸貨系統(tǒng)故障時(shí)，需要外部卸貨泵進(jìn)行卸貨，考慮在回收轉(zhuǎn)運(yùn)船軟管接頭端備有一臺(tái)真空抽吸泵，在LNG船卸貨系統(tǒng)無(wú)法使用時(shí)，真空抽吸泵工作，將LNG轉(zhuǎn)運(yùn)回收。

5結(jié)語(yǔ)

針對(duì)LNG船貨物回收轉(zhuǎn)運(yùn)的難題，開(kāi)展了復(fù)雜工況下LNG船貨物回收轉(zhuǎn)運(yùn)技術(shù)的一系列研究，重點(diǎn)關(guān)注并研究了LNG回收轉(zhuǎn)運(yùn)的方式和主要應(yīng)用的設(shè)備，結(jié)合海上應(yīng)急救助經(jīng)驗(yàn)，制定了具有參考性的LNG回收轉(zhuǎn)運(yùn)方案。研究成果不僅對(duì)于LNG船事故的救助有較大的參考價(jià)值，對(duì)于更深層次的海上危化品應(yīng)急救助技術(shù)的研究和裝備的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)也具有指導(dǎo)意義，有助于我國(guó)救撈系統(tǒng)應(yīng)急救助方面的相關(guān)技術(shù)和工藝的提升和完善。

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