GTT：LNG船为天然气动力货船加注作业所面临的挑战

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使用GTT薄膜舱的加注驳

LNG运输船的货舱类型、蒸汽回流和其他设备在执行加注作业时必须适应货船的具体要求。

LNG运输船的货舱类型、气体处理系统和作业程序是LNG燃料货船的参照点。但加注要求通常与货物作业不同，LNG运输船的系统需要适应LNG动力船。需要决定、选择和安装合适的货舱类型、蒸汽回流要求、以及接收船上加注时所需要的附加设备。

此外，一直以来，LNG货物贸易的特点是采用专用航线、船舶和码头，因此在船舶的运营寿命中，船舶-码头-船舶的接口不会出现太大变化。每条LNG液化生产线都具有独特的特点，服务于特定的路线和终端。但最近一段时间，LNG贸易的现货市场出现。未来，LNG加注作业也可能扩大，需要提高标准化，以适应全球范围内广泛的参与者。例如，在燃料油加注方面，技术和程序都实行了标准化，从而催生了一个巨大的现货市场。

采用薄膜型货舱

GTT公司LNG燃料主管Abdoulaye Diouf表示，LNG燃料已经被证明是一种成本低、可用性高和环保的燃料，但与此同时要考虑到加注时间和安全性。LNG的质量、围护系统和加注作业引起了运营商、船东和租船方的关注。

一直以来，LNG的加注作业都在特定区域进行，少量的加注作业有时在搁浅地点进行。这些加注船大多采用C型罐，压力高达10 bar，容积不超过500立方米。Diouf表示，对C型罐来说，LNG温度并不是一个关键问题，因为围护系统有足够的灵活性，可以克服系统隔热或LNG质量差所带来的问题。

Diouf认为，作业的需求已经改变。高容量LNG市场（高于2000立方米）和低容量市场之间正在出现分化。

Diouf引用了邮轮的例子，船东希望将作业压力保持在尽可能低的水平，以避免出现任何气体排放情况（这是安全问题）。在这种情况下，几百立方米储罐或C型罐开始显示出其局限性。其他船舶运营商也希望船舶的压力始终保持在较低水平，包括在加注作业期间。这将意味着所需的加注人员更少，过程更快、以及时间更短。

Diouf表示：“这就像气球在没有任何东西阻碍它的泄压孔时释放空气的速度更快：下游高压将阻碍加注船中的LNG泵的流量输送。除非接收船保持在低压状态，否则这种堵塞会延长加注时间。”

在他看来，从客船到集装箱船，船东和运营商都倾向于采用低压围护系统。因为较低的压力更安全，而且有利于缩短加注时间。

无论选择哪种围护系统，都会面临两个要求：冷进料LNG（低压）；以及加注期间的蒸汽回流设施（接收船产生的气体被送回加注船）。

Diouf表示，作为LNG运输船薄膜型围护系统的主要供应商，GTT已经详细地研究了在时间或气体处理限制条件下，LNG运输船在LNG输送过程中的压力变化。他表示：“我们已经进行了数次试验，更加了解在各种运行工况下的LNG状态，包括LNG输送作业和空转。”

Diouf表示，GTT进行兼容性分析，包括正确选择加注船，确认与现有加注船进行LNG输送操作的可行性，并应对未来的变化，如需要在不同地点进行加注或在特定的LNG条件下进行部分加注。选择与加注相关的关键设备和管线，制定应急响应计划（例如在停电期间），并优化作业程序。

Coralius Aurora采用TGE的C型罐

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处理高压

TGE销售工程师Johannes Dziuba将加注过程中的蒸发气问题视为选择围护系统和设备的关键决定因素。

TGE为欧洲首批6艘LNG加注船中的4艘提供了货舱和气体处理系统，并为各种LNG动力船提供了多种燃气系统。

蒸发气积聚是在多种运行情况以及所用设备和围护系统中都会出现的结果。在Dziuba看来，随着货舱变得更大，空舱顶部的温度升高，这可能会导致流入的LNG产生更多的闪蒸气。

可在船上使用燃气装置或冷却系统处理蒸发气，也可将蒸汽回收至加注船的系统。Dziuba表示，有能力将蒸发气保持在货舱内也是一种很好的做法。对于一体式的货舱而言（如最大额定压力为0.7 barg的薄膜型舱），这一点很难实现。而C型罐则有所不同，其压力可高达4.5 barg（甚至更达8 barg或更高）。

Dziuba表示，在TGE所做的研究中，模拟了各类加注场景：C型罐输送到薄膜型舱；薄膜型舱输送到同类舱等等。他补充道，使用薄膜型舱输送同类型舱将是非常具有挑战性的，因为任何一方都无法承受蒸发气所产生的高压。

TGE对“在接收侧使用薄膜型围护系统，在加注船上使用C型罐”这一情景的三种案例做了模拟：案例1是蒸发气从接收船自由流动到加注船；案例2是在150 mbarg（两侧启动舱压力）下使用蒸发气压缩机进行蒸汽回流；案例3是在压缩机压力为300 mbarg（困难情况）的情况下进行蒸汽回流。在案例3中，启动压力较高，加注舱压力为300 mbarg，接收舱压力为400 mbarg。蒸发气产生的情况为：加注舱为18000立方米；加注速率为1600 m3/h；蒸发气排出接收舱的速度为3100 kg/h；接收舱闪蒸气产生的速度约为490 kg/h。

在案例1中，接收舱压力超过0.7 barg的典型薄膜型舱设计压力，并在接近结束时超过1.2 barg。加注舱的压力也超过了0.7 barg。在案例2中，燃料舱压力几乎达到2 barg，而接收舱罐压力保持在0.5 barg以下。在案例3中，燃料舱压力几乎达到3 barg，而接收舱压力远远低于限制值。

Dziuba表示，蒸发气压缩机可以安装在加注船或接收船上：“可以使用其他方式处理蒸发气，比如再液化装置或气体冷却单元。再液化装置需要较大的空间和功耗。气体冷却单元也需要大量空间，并且需要进行气体燃烧从而增加运营成本。”

此外，TGE还为大型集装箱船开发了一种特殊的C型燃料舱，可精确地安装在40英尺的集装箱位上，最大限度地提高了空间效率，同时也体现了C型罐的优点。

C型罐与薄膜舱的权衡

LNG运输船和LNG动力船（如集装箱船）的作业要求之间存在差异，这是将运输船改装为加注船设计的关键。ABS船级社LNG业务经理Robert Kamb表示：“当船东不想加装额外设备时，C型罐是有吸引力的。这种情况适用于电力需求较低而蒸发气速率稍高时。在一体化货舱中，优势是舱容更大。长途航行时可能不需要加注。但是可能需要额外的设备，比如气体冷却单元，并且必须把LNG作为货物来管理。”

Kamb还问及装载限制，在给定的温度和压力下，在舱室中装载多少LNG才不会违反在参考温度下极限的加注限制？对于C型罐来说，其装载极限低于薄膜型（C型约为85%，薄膜型为98%或更高），但其压力累积能力更高。此外，C型罐的占地面积通常是传统舱室的四倍。

Kamb表示，在作业条件上，船东往往低估了船舶的闲置时间。这意味着电力需求通常低于预期，而电力对LNG动力船至关重要。如果推进系统跟不上蒸发气的产生速率，则可能导致更高的压力和温度。此外，进入的LNG通常温度较高，这会导致更高的蒸发气产生速率。他指出：“如果船东已经很好地分析了运营参数，并确保船舶符合这一参数，那么他们将取得巨大成功。而如果运营参数不太匹配，那么他们可能需要考虑投资加装一套再液化装置。”

Kamb表示，虽然IGC规则要求蒸汽回流，但IGF规则不作此要求。因此，加注船需要蒸汽回流。

他指出，蒸汽回流的难点在于，未来必须令人满意地对其进行解释。“在LNG货运业务中，需要第三方验船师，因为涉及到大量的货物和数百万美元，因此必须考虑到多种变量。目前运营中的大多数LNG加注船可能均有一到两个客户，因此一切都被考虑在内，不会产生任何纠纷。但LNG加注业务正在越来越普及。很快，蒸汽回流的商业性也将需要被考虑在内，比如LNG加注的现货市场，正如燃油的加注。然而，现实是，即使是有蒸汽回流的天然气动力船也不需要使用它。如果LNG被冷却下来，那么货舱就可以保持足够的低温。”

加注的理想情况是：在几乎空舱的燃料舱内存在冷却LNG，从加注船中也注入冷却LNG。但事实并非如此。在设计阶段，需要准确输入电力消耗、燃料、地理位置、供应质量、运输设备、加注驳的参数、船舶的预期运营参数等。在选择加注船围护系统类型时，必须考虑所有这些因素。

此外，尽管薄膜型舱的蒸发率可能低于C型罐，但在LNG船用燃料装置的典型小型储罐中，较高的长宽比会增加蒸发气的产生速率。此外，在薄膜型舱中，屏蔽间的空间压力、外部压力、氮气系统以及舱室中的气体探测装置增加了这一方案的复杂性。