液化气船液舱氮气置换方案探究

液化气船液舱氮气置换方案探究

华光源海国际物流集团股份有限公司  罗永平

提要 本文主要论述、比较了采用不同的氮气置换方案所耗用液氮数量的不同，为广大液化气船东在选择氮气置换方案时提供了依据，具有重要的指导意义。

关键词 氮气置换  液氮  舱容  液相管  气相管  氧含量

氮气置换指的是用纯度很高的液氮将液化气船舶货舱中的货物蒸汽(烃类气体)或空气全部替换成氮气的过程。这是船舶进厂修理、坞修出厂或更换货种前必须进行的一项工程。由于液氮价格较高，所以液氮的用量会直接影响置换工程的总费用。因此，科学、合理采用置换方案，对每一个液化气船舶运输公司都具有重要的意义。

下面我们假设一种情况，来分析和比较采用不同置换方案所消耗的液氮数量。

假设有一艘LPG船舶，总舱容2000m³，共有2个液舱，分别命名为1#液舱和2#液舱，每个液舱舱容为1000m³。要求置换后，舱内氧含量小于0.2%（装载丁二烯的要求）,并对每个罐体进行1.4MPa的强度和气密性试验。

氮气置换中需要用到的参数：a.常态下，1立方米的液氮完全气化后可以产生647立方米的气态氮；b.大气中氧气含量为21%。

一、分舱逐步置换法

分舱逐步置换法指的是对每个液舱逐步进行置换的方法。下面我们以上述假设为例，详细阐述该置换方法的原理及过程。

1. 向1#液舱内冲入液氮，使舱内压力逐步升高到我们要求的强度和气密实验压力1.4MPa。注意在充装液氮的过程中要使压力逐步升高，例如可以使压力由0.2MPa→0.4MPa→0.6MPa→0.8MPa→1.0MPa→1.2MPa→1.4MPa逐步升高，直至达到要求值。每达到上述一个值后，保压30分钟后再继续充装液氮，这样做的目的是让舱内液氮充分气化并分散均匀。当舱内压力达到1.4MPa时，若其舱内氮气与空气混合完全均匀，这时舱内含氧量理论上应降至1.5%(理论算法，21%/14=1.5%，下同)。

2. 连通1#和2#液舱液相管线，让1#液舱内的氮气通往2#液舱。若两罐体及管线完全气密，当达到稳定后，两个液舱舱内压力理论上应为0.7MPa，但实际值通常会小于0.7MPa，因为管线中也会残留一部分氮气，同时也不排除部分管线、阀门处有轻微泄露的现象。这时2#液舱内氧含量理论上降至3.0%，但实际通常会略高于这个值。

3. 关闭连接1#和2#液舱的管线阀门，将1#液舱内氮气排出后继续通入液氮，每次通入液氮1.6m³(理论上应为1.546m³，理论算法：1000/647=1.546)，这时1#液舱理论上压力上升大于0.1MPa，舱内氧含量理论上为0.75%。但此时对该舱而言，我们关心的不再是压力问题了，而是舱内氧含量。按照上述方法如此反复通入液氮3次，每次通入1.6m³，待舱内气样稳定后，理论上1#舱内氧含量应为0.188%(满足我们的要求，小于0.2%)。至此，1#液舱定压实验和舱内氧含量测试已完成。

4. 向2#舱内通入液氮，使舱内压力逐步升高到14KG，切记要逐步升高，每上升0.2MPa，保压30分钟后再继续充装液氮。当该舱内压力达到1.4MPa时，舱内氧含量理论上应降为0.43%。

5. 2#液舱定压试验完成后，将舱内氮气排出一部分，使其压力下降，以免后续通入氮气时舱内压力过高而造成危险。

6. 当2#液舱内压力降至安全值时，再次向舱内通入液氮，每次通入1.6m³，方法同“步骤3”。如此反复进行2次，罐内氧含量理论上会降至0.107%(满足我们的要求，小于0.2%)。

7. 至此，1#和2#液舱定压试验和舱内氧含量指标均已达标，其中1#液舱内氧含量理论值为0.188%，2#液舱内氧含量理论值为0.107%。

现在我们来计算采用分舱逐步置换方案所需的液氮总数量，其中“步骤1”消耗液氮21.64m³(理论算法：1000/647×14=21.64)，“步骤3”消耗液氮4.8m³(算法：1.6×3=4.8)，“步骤4”消耗液氮10.82m³(理论算法：1000/647×7=10.82)，“步骤6”消耗液氮3.2m³(算法：1.6×2=3.2)，理论上总计消耗液氮40.46m³。

二、同步置换法

同步置换法指的是对所有液舱同时进行置换的方法。下面我们同样以上述假设为例详细阐述该置换方法的原理及过程。

1. 同时向1#和2#液舱内冲入液氮，使两液舱内压力逐步升高到1.4MPa。在一定时间段内观察两液舱内压力是否下降，以断定强度及气密性试验是否达标。这时，两液舱舱内氧含量理论值为1.5%。

2. 打开1#和2#液舱气相阀，将舱内氮气排出，使舱内压力下降，等压力下降至一定值时(一般为0.4-0.5MPa)，再向两舱内通入液氮，每次向每个舱通入液氮约1.6m³。如此反复通入液氮3次，待舱内气样稳定后，理论上两液舱舱内氧含量应为0.188%(满足我们的要求，小于0.2%)。

3. 至此，1#、2#液舱强度及气密性试验完成，舱内氧含量达标。两液舱舱内氧含量理论值均为0.188%。

现在我们来计算采用同步置换方案所需的液氮总数量。其中“步骤1”消耗液氮43.28m³(理论算法：2000/647×14=43.28)，“步骤2”消耗液氮9.6m³(算法：1.6×3×2=9.6)，理论上总计消耗液氮52.88m³。

综上，我们不难发现，采用分舱逐步置换方案比同步置换方案能够节省更多的液氮，从而大大降低置换总费用。下表给出两种置换方案的优缺点：

在实际的置换工程中，由于受当时置换环境因素(环境温度会影响液氮气化率)、船舶和置换服务商的设备(阀门、管线的密封性以及管线的长度直接影响液氮的用量)等因素的影响，实际使用液氮量一般会大于上述理论计算值。在此建议广大液化气船东在选择上述方案置换时，要多预备3—5m³的液氮，以保证置换的彻底性。

近年来，随着技术的不断进步，水置换也不断被成功运用。相比氮气置换，水置换更大幅降低了置换总费用，具有很高的经济效益。但是，由于水置换受限制因素较多，所以实际运用没有氮气置换普遍。各液化气船东在进行置换前，可以根据本企业和船舶的实际情况，充分论证、综合比较，选择最经济有效的置换方案。

作者简介：罗永平，男，汉族，甲类无限航区三副，主要从事航运企业安全管理工作，在安全与防污染管理体系的建立、运行和监控方面有丰富的经验。

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