液化天然气船与超大型油船货物操作差异分析

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m3的No 96薄膜型LNG船与总载重量30万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

随着全球LNG贸易量不断增长，LNG船队规模也不断扩张。截至2022年底，全球共有734艘大型LNG船，且每年以10%左右的速度增长[1]。迈入21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 ( VLCC ) 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No 96薄膜型LNG船与总载重量30万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、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82%～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。

 ①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“不易挥发”和“易挥发”两种。

 ②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入的方式对人体健康产生严重危害。

 ③污染环境。如果原油泄漏入海，将造成严重的海洋环境污染。

 ④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 ) LNG

 1.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

 2.危害性

LNG最主要的危害包括易燃易爆、低温冻伤、致人窒息、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 ) 致人窒息

纯净天然气本身没有毒性，但具有窒息性。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，极易由于缺氧导致窒息。

 ( 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

No 96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36%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 ) VLCC

VLCC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.VLCC

VLCC集气平台 ( manifold ) 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。

图1  VLCC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。

图2  LNG船集气平台布置

 ( 三 ) 货物相关设备

 1.货泵

 ( 1 ) VLCC

VLCC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5 500 m3/h。

喷射泵2台，每台排量为630 m3/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200 m3/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1 800 m3/h。

喷淋/扫舱泵结构和货泵相同，排量小，为60 m3/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液货泵入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15 m3/h。需要强制蒸发气时，将货舱LNG液货泵入强制蒸发器进行蒸发，经加热器加热后送至机舱作为燃料。

每艘LNG船都配备一台应急货泵，排量为550 m3/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，需将应急货泵安装至该货舱进行卸货。

 2.惰气系统

VLCC利用主锅炉和废气锅炉产生的废气作为惰气，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、管线和货物设备的惰化。

VLCC和LNG船产生的惰气主要成分对比如表2所示。

表2  VLCC和LNG船产生的惰气成分对比

 ( 1 ) VLCC

VLCC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-Duty compressor，简称HD compressor )，两台小功率的称为低负载压缩机 ( Low-Duty compressor，简称LD compressor )。两种压缩机工作原理相同。

HD compressor的作用包括：①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；②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；③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。

LD compressor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。

 3.蒸发器

 ( 1 ) VLCC

VLCC上无须配备货物蒸发器 ( vapouriser )。

现代LNG船一般配备两台蒸发器，包括LNG蒸发器 ( LNG vapouriser ) 和强制蒸发器 ( forcing vapouriser )，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 ) VLCC

VLCC上无须配备蒸气加热器 ( gas heater )。

 ( 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95% ) 和高高位报警 ( 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97% ( 高位 ) 和99% ( 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.VLCC

VLCC货舱压力通过压力/真空透气桅 ( pressure/vacuum riser，简称P/V riser )、压力/真空阀 ( pressure/vacuum valve，简称P/V valve )、压力/真空切断器 ( pressure/vacuum breaker，简称P/V breaker ) 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 )。

货舱压力增大，甲板P/V riser处于开启状态，舱内气体排出；压力继续上升至14 kPa时，P/V valve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/V valve。

当压力继续上升至21 kPa时，甲板P/V breaker自动打开。P/V breaker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25 kPa。

 ( 2 ) 货舱压力下降

货舱压力下降至1 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/V valve打开，吸气阀工作，外界空气进入货舱内，提高舱压；货舱压力继续下降至-10 kPa时，P/V breaker自动打开，外界空气加速进入货舱以提高舱压。

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4 k～19 kPa范围。压载航行时，保持舱压7 k～19 kPa；满载航行时，保持舱压4 k～9 kPa，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20 kPa时，发出高压报警。

舱压升高至22 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23 kPa时，排气阀 ( vent valve ) 自动打开，货舱蒸发气通过No.1透气桅进入大气 ( 当舱压降低至21 kPa时，排气阀自动关闭 )。

舱压进一步升高至25 kPa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桅进入大气[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-1 kPa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正压。

同样，外界空气进入货舱是十分危险的状况，货舱压力降为负压之前应采取相应措施，在泄压阀自动开启之前将货舱压力升高到正压。

 ( 六 ) LNG船货物操作

与VLCC相比，LNG船在装货前、装货、卸货、货物计量、压载航行和进坞前的操作有明显区别。

 1.装货前

VLCC出坞后，保证舱内干净适货即可开始装货。LNG船出坞后不能马上装货，需进行绝缘层充氮、货舱干燥、惰化、气化、预冷等操作。

 ( 1 ) 绝缘层充氮

LNG船舶投入正常运营前应将主、次绝热层充入干燥的氮气，通过自动控制系统，氮气不断得到释放和补充，维持绝热层压力。

 ( 2 ) 货舱干燥

货舱干燥 ( drying ) 是指LNG船舶出坞后，用干燥的空气置换货舱内潮湿的空气。

货舱干燥是为避免潮湿的空气在货舱降温过程中凝结成冰；货舱干燥后需将货舱惰化，而惰性气体含有硫和氮氧化物，遇潮湿空气后易形成腐蚀剂。

 ( 3 ) 货舱惰化

货舱惰化 ( inerting ) 是指用惰性气体置换货舱内的干空气，目的是避免货舱内可燃气体与空气混合达到可燃气体浓度范围。

 ( 4 ) 货舱气化

货舱气化 ( gassing up ) 是指用常温LNG气体置换货舱内惰气。货舱气化的目标是使货舱内CO2含量低于1% ( 体积比 )。

 ( 5 ) 货舱预冷

货舱预冷 ( cooling down ) 是指用岸罐的LNG液体通过各货舱的喷淋管线以喷雾的形式将货舱温度降低，以便装货的顺利进行。

货舱预冷是为了避免直接装货产生过量的LNG蒸发气，避免直接装货对货舱及绝热层产生巨大的低温冲击。

 2.装货

LNG船货舱和船上管线预冷后，各项检查及测试完毕后可以开始装货。装货期间，货舱内原有LNG气体和后续蒸发气一起被送回岸罐，利用HD压缩机将货舱压力控制在7 k～10 kPa之间。装货时间为12～14 h。

 3.卸货

卸货前，需利用船上低温LNG液货对货舱、船上管线和岸上管线进行预冷。LNG船卸货期间，为保持货舱压力，岸罐提供LNG气体通过装卸臂 ( 气相 ) 至货舱，货舱压力控制在7 k～13 kPa之间。卸货时间为12～14 h。

对正常航次来说，LNG船需保留一定的液货，供机舱作为燃料使用和货舱预冷，留船货量依据压载航程时间等因素而定。如果卸货后需进坞修船，则应尽可能将货物卸空。

 4.货物计量

原油买卖，船舶交付是以重量计量，通常用美国石油学会 ( American Petroleum Institute，简称API ) 或密度进行计算。

LNG货物买卖，LNG船舶货物交付不是以重量或体积计量，而是以交付的能量计算，通常以百万英热 ( Million Metric British thermal unit，简称MMBtu ) 为单位[5]。船方数量为法定货物数量。

以卸货为例，卸货前确认各项参数，关闭相关设备，检查船舶横、纵倾是否在允许范围，船方在密闭传输计量系统 ( Custody Transfer Measurement System，简称CTMS或CTS ) 上打印“卸前测量证书”等证明。卸货后再次对各项参数进行确认，关闭相关设备，检查船舶横、纵倾是否在允许范围，船方打印“卸后测量证书”等证明，计算出卸货总体积。岸方根据卸货总体积、卸货前后液货温度、舱内压力、LNG成分等参数，计算出货物体积、重量、密度和能量等数据 [6-7]。

 5.压载

VLCC各压载舱压满重量为净载重量的25%～50%。VLCC压载航行，如遇暴风天气，可以将风暴舱泵入海水，以保证安全。

LNG船各压载舱压满重量约等于净载重量，压载航行与满载航行吃水基本相当。压载航行不能将海水压入货舱，因为每个货舱都有货物。

 6.进坞前

VLCC进坞前工作较简单，只需将所有货物卸净，然后进行洗舱和通风，达到进坞标准后即可。

LNG船进坞前须进行扫舱 ( stripping )、货舱升温 ( warming up )、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《1974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》( IGC Code )。IGC Code规定了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-162 ℃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，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[8]。

 ( 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员，船上工作语言一般为英语。为了更快地融入团队，新加入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 2023[M].Neuilly-sur-Seine:International Group of Liquefied Natural Gas Importers,2023.

[2] LNG shipping knowledge[M].2nd ed. Glasgow:Witherby Publishing Group, Ltd., 2011.

[3] 何庆华,尹建川,章文俊.考虑货舱绝热层压力的薄膜型LNG船相关操作要领[J].船海工程,2015(6):6-9.

[4] SIGTTO.LNG Emergency Release Systems (Recommendations,Guidelines and Best Practices)[M].London:Witherby Publishing G-roup,Ltd.,2017.

[5] 常宏岗,段继芹.中国天然气计量技术及展望[J].天然气工业,2020(1):110-118.

[6] 韩苗苗.LNG接收站天然气计量方式以及如何实行能量计量[J].化工能源,2020(10):144-145.

[7] 梁尚煊,叶东升.LNG贸易计量与交接[J].化工学报,2009(增刊):118-121.

[8] 何庆华,章文俊,赵健. LNG货物操作模拟器在船员培训中的应用[J].航海教育研究,2012(4):59-61.

作者介绍：

陆庆东，大连海大国际船舶管理有限公司，船长。

何庆华，大连海事大学航海学院，船长，教授。

本文刊发于《世界海运》2023年第9期，转发须注明作者和原文出处。