摘要：冷舱作业是LNG船舶装货前的关键环节，其安全风险亟待系统研究。在此背景下，明确冷舱作业的操作流程，系统识别LNG船舶冷舱作业的核心风险源，针对冷舱作业操作可能存在的LNG泄漏、火灾等高风险问题，构建LNG船舶冷舱作业前、作业期间及作业后全链条防控体系，以期为提升我国LNG产业链安全性提供技术支撑和实践指导。

关键词：LNG船舶；冷舱作业；LNG泄漏；火灾爆炸；风险防控

一、引言

新建或坞修后的液化天然气 ( Liquefied Natural Gas，LNG ) 船舶首次装货前，必须对货舱进行冷却[1]。因此，接收站冷舱作业是保障LNG船舶高效周转与能源稳定供应的关键环节，直接关系到港口运营效率与能源产业链安全。然而，当前国内部分LNG接收站因冷舱作业能力不足，导致船舶需绕道其他国家完成冷舱作业，增加了时间成本并产生了数百万元的经济负担，严重制约了港口竞争力与产业链效率的提升。同时，冷舱作业存在显著安全风险，例如，LNG泄漏可能形成易燃蒸气云团，遇明火将引发高强度辐射火灾，而全球范围内缺乏统一的标准化处理流程，这将进一步加大事故防控难度。因此，系统研究冷舱作业的安全风险并提出科学防控方案，对完善我国LNG产业布局、降低运营成本以及保障通航安全具有重要的现实意义。

二、冷舱作业的操作流程

冷舱作业是利用液氮或LNG对船舶货舱进行预冷，使其温度逐步降至与LNG装载温度 ( -162 ℃ ) 一致的工艺过程，其目标在于避免装货时因温差导致货舱结构损伤，减少LNG蒸发损耗 ( Boil off Gas，BOG )，并验证货舱气密性与绝热性能[1]。

冷舱作业程序主要包括靠泊系缆、设备连接、安全检查、系统测试、气体置换、货舱预冷、LNG返输和收尾作业等八个步骤，总耗时约37 h。各环节需严格遵循标准化操作流程，详见表1。

表1  船舶冷舱作业程序

冷舱作业的核心环节是预冷作业，其通过使用液氮或少量LNG，逐步降低货舱温度至-130 ℃，以避免快速冷却导致的材料应力集中，旨在防止LNG快速汽化导致舱压异常升高，并避免热冲击对货舱绝缘层及泵塔结构造成损害[2]。

预冷作业的液源选择需根据作业类型确定：新建或坞修船舶首次预冷应采用岸基的LNG，常规作业则优先调用船上其他舱的LNG。预冷作业操作流程包含三个环节：一是通过舱顶管线喷射液态LNG，实施喷淋冷却；二是利用汽化吸热效应同步降低舱壁与绝热层温度，汽化蒸气经压缩机回输至岸上处理系统以实现能源回收；三是当液货舱底部的温度稳定在-130 ℃时，预冷作业达标并转入正常装货作业程序。温度控制采用三阶段动态调节模式：初始5 h以约20 ℃/h速率直线降温，通过调节喷淋流量严格控速；随后进入缓降阶段 ( 10~15 ℃/h )，维持恒定喷淋量并监控屏壁温差不超过50 ℃；最终当舱内外热平衡，即漏热量约等于冷却量时停止喷淋，静置至舱温完全稳定在-130 ℃。作业全过程需精确调控各参数，确保预冷安全高效完成[3]。

三、冷舱作业全链条风险识别与防控策略

基于上述冷舱作业程序要求，针对冷舱作业前、作业期间及作业后的风险因素识别与防控进行分析，构建全链条风险防控体系。

( 一 ) 冷舱作业前

冷舱作业前需完成系统准备与安全确认，此阶段核心是确保设备完整性与人员操作可靠性。作业前的操作流程涉及货舱惰化准备、阀门状态核查、仪表校准确认等基础工作，任何疏漏都可能导致冷舱过程中出现压力失控、气体泄漏等风险。需重点关注惰性气体供应能力、阀门状态及关键仪表精度，为后续作业奠定安全基础。

1.风险因素识别

( 1 ) 惰性气体功能不足。船舶氮气发生器故障或岸基氮气供应不足会直接削弱绝缘层惰化效果，使其无法维持低氧环境。当惰性气体流量低于最低需求，与可能泄漏的LNG蒸气接触后就会形成可燃混合气体。此外，氮气供应中断会导致系统压力波动，引发货舱内外压差失衡，加剧LNG泄漏。

( 2 ) 阀门状态错误。作为绝热层压力控制的关键组件，高点采样阀或低点采样阀未按流程启闭，可能引发压力失控或气体泄漏。若高点采样阀误开启，会导致惰性气体从采样口泄漏，使屏壁间压力无法维持，引发空气倒灌形成可燃混合气体；若高点采样阀未及时关闭，则可能在舱内压力波动时引发气体倒流，导致压力传感器误判，进而误导操作人员调整惰性气体供应参数。而在货舱惰性化或气体置换过程中，若低点采样阀未按规定关闭，会导致惰性气体或用于置换的气体从低点采样口泄漏，破坏货舱内的压力平衡，使惰性气体无法有效维持在所需的压力和浓度水平，影响惰性化或置换效果，可能导致氧气含量等参数不符合要求，增大安全风险；若低点采样阀未按规定开启，在需要对货舱内气体进行采样检测时，将无法顺利获取低点位置的气体样本，导致无法准确监测货舱底部的气体关键参数 ( 如密度、温度、成分等 ) 和露点等关键指标，影响操作人员对货舱内状态的判断，可能掩盖潜在的危险状况，进而影响后续操作的决策科学性。

( 3 ) 仪表精度不足。冷舱作业依赖高精度仪表实时反馈关键参数，如压力 ( 控制屏蔽间、绝热层与舱内压差 )、温度 ( 监控冷却速率 )、露点 ( 验证干燥程度 ) 等。当仪表精度不足时，一是容易造成压力误判，如实际舱压高于显示舱压，可能错过泄压时机，导致膜结构承受超压；二是造成温度失真，如冷却速率温度变化实际值高于显示值，引发材料热应力集中；三是造成露点误报，错误判定货舱干燥完成，实际残留水分在低温下结冰堵塞阀门等。

2.风险控制措施

( 1 ) 建立设备维护计划。定期检查惰性气体发生器关键部件，在船上储备关键备件，完善操作手册与应急预案，明确惰性气体系统故障的处置步骤。建立运行日志与故障台账，记录惰性气体发生器的运行参数、岸基供气使用情况，定期分析趋势，提前识别设备老化或供应风险。

( 2 ) 强化操作规范与流程管控。一是制定标准化操作流程。编制详细的阀门操作清单，明确低点采样阀、高点采样阀等关键阀门的启闭顺序及时间节点。二是设置操作复核机制。实行双人操作复核制度，操作人员完成阀门启闭后，由专人对照操作流程进行二次确认，并在操作记录上签字，避免单人操作失误。三是完善人员培训与应急管理。定期组织操作人员进行技能培训，使其熟悉冷舱作业前阀门操作流程及应急处置流程。

( 3 ) 保障关键仪器仪表设备功效正常。一是选用合规仪器仪表。按照不同船级社产品认证要求，选用持有相应船用产品证书或型式认可证书的仪器仪表产品。二是定期校准。按照仪表最低校准周期定期进行校准，对于需要认证机构认可的需附带校准证书。三是严格校准过程管控。建立仪器校准溯源机制，定期对仪器进行设备功能性验证，确保校准结果可靠。

( 二 ) 冷舱作业期间

冷舱作业期间是风险高度暴露的核心阶段，需针对预冷调控、设备运行及环境变化等关键环节建立精准防控机制，通过技术优化、流程规范及实时监测等方式实现风险动态管控。

1.风险因素识别

( 1 ) LNG泄漏风险。设备焊接缺陷、阀门内漏、管道破损，人员的误操作，自然灾害 ( 雷击、台风 ) 等易引发火灾爆炸、人员窒息、环境污染等安全风险。

( 2 ) 火灾爆炸风险。LNG的主要成分为甲烷，甲烷的闪点极低，极小点火能量即可将其引燃，燃烧速率快，火焰温度高，易形成大面积火灾且难以扑灭。甲烷的爆炸极限范围为5%~15% ( 体积分数 )，泄漏后与空气混合易形成爆炸性蒸气云，遇火源可引发蒸气云爆炸，爆炸产生的冲击波破坏力巨大。爆炸多由明火、电火花、静电放电、机械摩擦火花、船上非防爆电子设备、雷击等引发，可造成人员伤亡、设备损毁、船舶或码头结构破坏等安全事故。

( 3 ) 低温伤害风险。LNG的储存温度为-162 ℃，若其泄漏导致常温设备接触，会引发金属、塑料等材料低温脆化，进而导致管道、阀门破裂，加剧LNG泄漏。同时，直接接触LNG或低温蒸气可造成人员皮肤组织冻伤、坏死。

( 4 ) 窒息风险。LNG泄漏导致甲烷浓度过高以及氮气系统泄漏形成惰性环境，会导致工作人员缺氧窒息、昏迷或死亡 ( 氧浓度＜6%时呼吸停止 )。

( 5 ) 物理爆炸风险。LNG与水接触引发快速相变 ( RPT )，产生高压冲击波，会导致设备损坏、二次泄漏或结构坍塌。

( 6 ) 扩散与流淌风险。LNG泄漏后蒸气云随风扩散，液态LNG积聚于低洼处，会扩大危险范围，形成隐蔽爆炸源。

( 7 ) 静电火花风险。LNG高速流动或喷溅产生静电荷积聚，静电放电会引燃可燃蒸气，进而引发爆炸。

( 8 ) 次生灾害风险。LNG泄漏会造成船舶设备低温脆裂，导致设备连锁损坏，未燃烧的甲烷会直接排入大气，加剧温室效应，进而造成环境污染、生态破坏等。

2.风险控制措施

( 1 ) LNG泄漏控制。一是技术控制。使用双密封阀门、泄漏自动关断系统，定期检查管道及储罐焊接质量。安装固定式可燃气体探测器和低温传感器，实时监测泄漏状况。二是管理控制。作业前执行《船岸安全检查表》，双人验证管线布置。开展LNG理化性质及应急处置专项培训，禁止违章指挥。三是应急响应。泄漏时启动水幕稀释蒸气云，用泡沫覆盖集液池抑制其蒸发；关闭通风系统，惰化货舱 ( 控制氧气含量小于5% )。

( 2 ) 火灾爆炸防控。一是消除点火源。禁止携带非防爆设备进入作业区，同时在船舶烟囱处安装火星去除装置，设备须强制接地 ( 接地电阻小于或等于1 Ω )，人员须穿戴防静电服。二是环境管控。划定危险区域 ( 以泄漏点为中心、半径30 m的圆形范围 )，设置警示标识和隔离带；雷暴天气立即停止作业，确保避雷设施完好。三是持续监控BOG压缩机入口温度。如果返气BOG温度过高，LNG压缩机不满足常温启机条件，则采取使用船方气体燃烧单元、岸方火炬以及温度控制阀喷淋的方式，对BOG进行降温。

( 3 ) 低温与窒息防护。一是人员防护。作业人员须穿戴防冻手套、高筒靴、自给式呼吸器，随身携带便携式气体检测仪；密闭空间作业执行“双人监护制”，严禁单独进入货舱或管道区。二是通风监测。货舱惰化至碳氢化合物浓度小于2% ( 体积比 )，在生活区通风口安装气体检测仪。

( 4 ) 综合管理措施。一是制度保障。严格执行上锁挂牌程序，作业前召开工具箱会议明确风险分工；船岸双方签订《船岸安全检查表》，明确通信频道及应急职责。二是监测与预警。实时监测气象水文数据 ( 风速、浪高、能见度 )；作业中每小时记录一次LNG管线压力、温度参数；引入固定式气体浓度监测系统，控制甲烷爆炸风险。三是培训与演练。船员需持LNG特殊培训证书，每季度开展泄漏、火灾、急救演练，进行RPT事故应急响应模拟。

( 三 ) 冷舱作业后进行

冷舱作业完成后，系统从低温作业状态向常规作业状态转换，残余介质处理、设备复位、参数回稳等操作伴随多重潜在风险，若管控不当可能引发次生事故或影响后续作业安全。因此需将作业后风险纳入全流程防控体系并进行针对性管理。

1.风险因素识别

( 1 ) 货舱泄漏风险。冷舱作业后货舱壁及焊缝可能因低温应力产生微裂纹，或因预冷过程中密封件老化导致LNG残液渗漏。若未及时检测，泄漏的低温介质可能持续汽化，在舱体周围形成可燃蒸气云，遇火源引发爆炸。

( 2 ) 货管及附属设备泄漏风险。货管、阀门、接头等设备经低温作业后，可能出现密封面变形、绝缘层破损等问题。特别是绝缘层破损后，低温介质与空气接触易产生凝露，加速管道腐蚀，同时导致冷量流失引发二次泄漏。

( 3 ) 绝缘层压力异常风险。作业后绝缘层压力若未恢复至正常范围，可能因压力失衡导致空气倒灌，与残留LNG蒸气混合形成爆炸性环境；压力过高可能造成绝缘层鼓包、开裂，丧失绝热功能。

( 4 ) 隔舱加热系统失效风险。隔舱加热系统未按规程启动或运行参数异常，可能导致货舱周边结构回温过慢，引发低温脆化；若加热元件短路、温控器失灵，还可能因局部过热损坏相邻设备，或因加热不足导致管道冻堵。

2.风险控制措施

( 1 ) 货舱密封性检测。保持货舱绝缘层所有可燃气体探测仪、温度传感器及污水警报处于正常工作状态，监控货舱的完整性。

( 2 ) 货管及附属设备检查。逐段检查货管绝缘层完整性。利用便携式气体检测仪确认所有的管道连接处、取样阀、阀头等无泄漏。

( 3 ) 绝缘层压力调控。作业后启动绝缘层压力调节系统，通过氮气补气或泄压阀排气将压力稳定在0.1 kPa~0.3 kPa；安装压力自动监测仪，设定高低压报警阈值 ( 高于0.5 kPa或低于0 kPa时报警 )，报警后立即停机检查气密性。

( 4 ) 隔舱加热系统调试。作业后30 min内启动隔舱加热系统，设定初始加热温度15 ℃，通过温控传感器实时监测加热区域温度。

四、结语

本文针对LNG船舶冷舱作业安全风险展开系统性分析，构建了冷舱作业前、作业期间、作业后全链条防控体系。研究发现，LNG泄漏、火灾爆炸是船舶事故的主要风险源，需通过设备结构优化、可燃气体监测系统等技术手段降低事故发生率。本文可为LNG船舶冷舱作业政策标准的制定提供依据，同时也为全球LNG产业链安全与可持续发展提供中国方案。未来研究将深化人工智能驱动的风险预测与碳中和目标下的工艺革新，推动冷舱作业向更高效、更安全的未来迈进。

参考文献：

[1] 顾安忠.液化天然气技术[M].北京:机械工业出版社,2003.

[2] 王飞.液化天然气船冷舱操作及注意事项[J].航海技术,2021(5):4-6.

[3] 李文彬.浅析接收站LNG船舶预冷及返输操作[J].船舶物资与市场,2023,31(3):13-15.

作者简介：

杨鹍鹏，大亚湾海事局，副局长。

赵旭东，大亚湾海事局南澳海巡执法大队，一级行政执法员。

关晓旺，武汉欣海远航科技研发有限公司，工程师。

王新建，大连海事大学航海学院，副教授。

本文刊发于《世界海运》2025年第10期，转发须注明作者和原文出处。