【专栏】简述LNG运输船的安全和运营

天然气是一种碳氢化合物的混合物，液化后形成无色无味的透明液体；液化天然气（LNG）的运输和储存温度通常非常接近其在大气压力下的沸点（约 - 160 ℃）。

LNG是天然气在低温下的液体形式，是燃气灶、家庭取暖器和发电厂燃烧的燃料。当温度回升时，LNG又变成了天然气。如果不对天然气进行冷却，就无法将其液化。许多国家用船出口LNG，还有许多国家用船进口LNG；美国两者兼而有之。

LNG本身不会燃烧，其以蒸气形式与空气混合才能燃烧。LNG在空气中的体积浓度达到 5% 至 15% 的范围内可燃，且可燃混合物在密闭空间内会爆炸燃烧。

LNG是一种深度低温物质，物理接触或泄漏会对人员和设备造成危害。天然气有窒息的危险。LNG主要成分是甲烷，在环境温度下直接进入货舱时会剧烈气化，迅速增加货舱的内部压力，使空气处于易燃状态。

此外，液货舱会迅速冷却，从而对货舱外壳和液货管道系统造成巨大的热应力。为避免此类损坏，必须在船舶进坞后做好货物装载的准备工作。

在干船坞期间，LNG运输船的所有舱室都保持无气状态。离开干船坞后，船舶必须做好装载货物的准备，为此应优先考虑以下几点。

LNG在液化过程中压缩到其原始体积的一小部分(约为1/600)。液化减少了体积，使其运输更加经济。由于LNG含有大量易燃物质，如果处理不当，它有可能成为一种极其危险的化学品。

LNG的密度不如石油，因此需要两倍到三倍的空间来放置燃料箱。为了减少空间损失，挪威的一些设计者将储罐安置在船舱下方，并建造了保护性围堰来容纳储罐。还有一些设计者将储罐放置在甲板上，一旦发生泄漏，可以直接排放到大气中。国际海事组织的指导方针并不禁止将LNG储罐放置在船舱下，但美国海岸警卫队认为，这一决定需要仔细分析。

LNG的实际成分因其来源和液化工艺而异，但在所有情况下，主要成分都是甲烷，以及少量较重的碳氢化合物，如乙烷、丙烷、丁烷和戊烷。此外，还可能含有少量的氮。

不过，在需要精确计算热值和密度的情况下，必须使用基于实际成分分析的特定属性来进行监管转移。在正常的海上航行中，热量会通过货舱隔热层传给LNG货物，导致部分货物汽化，即蒸发。

LNG的成分会因沸腾而改变，因为较轻的成分在大气压力下沸点较低，会首先汽化。因此，排出的LNG中的氮气和甲烷比例低于装载时的LNG，而乙烷、丙烷和丁烷的比例略高，这是由于甲烷和氮气优先于较重的气体蒸发。

甲烷在空气（含氧 21%）中的可燃性范围约为 5.3%至 14%（按体积计算）。为了减少这个范围，在干船坞装载之前，用氮气稀释空气，直到氧含量降低到2%。理论上，如果混合物中的氧气含量低于 13%，无论甲烷的百分比是多少，都不会发生爆炸，但出于实际安全考虑，要继续进行吹扫，直到氧气含量低于2%。

LNG蒸气在温度高于 -110 ℃或更高时比空气轻，具体取决于LNG的成分密度随温度的变化，因此当被蒸发的LNG被排放到大气中时，蒸气往往会上升到排放口上方并迅速散开。由于LNG泄漏时的温度很低，其周围大气中的水蒸气被冷凝成“雾团”。通常情况下，可以认为蒸汽-空气混合物的可燃范围不会明显超出白色“雾团”的范围。

甲烷的自燃温度为 595℃，即甲烷需要加热到该最低温度时才能在没有火花或火焰引燃的情况下自燃。

如果LNG泄漏到水上会怎样？

• LNG池迅速蒸发（比陆地上同等大小的池子蒸发得更快）

• LNG泄漏到船体上或船体内部会导致脆性断裂（碳钢和低合金钢）

• LNG会发生 "快速相变"，即物理蒸汽爆炸（而非燃烧）

• LNG池的形成伴随着点火

• LNG云形成，随后回燃

以下是处理液化天然气货物的指导原则：

1.LNG船货物密封系统

货物密封系统有两种基本类型，一般被称为膜技术或Moss Rosenberg技术。在这两种情况下，密封系统的设计有两个目的：i. 在低温（-160 ℃）下密封液化天然气货物。使货物与船体结构隔绝。

2.海运过程中的LNG泄漏风险及相关危害

大量LNG溢出水面的潜在危险包括窒息、低温灼伤、极冷的液化天然气对船舶造成的低温损害、扩散、火灾和爆炸。

3.装载LNG的准备工作

干坞后装载LNG货物：LNG是一种低温物质，其主要成分是甲烷。它在环境温度下直接进入货舱时会发生剧烈气化，迅速增加液货舱的内部压力，并使舱内空气处于易燃状态。

4.LNG货物的装载程序

在装载作业开始之前，必须充分讨论并遵守船舶/岸上作业前程序。需要进行适当的信息交流，并完成船舶/岸上安全检查清单的相关部分。

5.LNG货物卸货程序

通过安装在每个储罐底部的罐内泵将 LNG 抽上岸。在此过程中，由于LNG的排放，液货舱压力随着LNG液位的下降而呈下降趋势。相反，岸罐压力则随着LNG的接收而呈上升趋势。

6.LNG如何从岸上输送到船舶货舱？

在装货过程中，货物通过适当的船中或船尾歧管从岸上转移，并通过加注管道进入货舱，加注管道的终点通常靠近舱底。

7.LNG船货物装卸设备

LNG船上的货泵、增压泵、压载泵和汽提泵、管路、喷射器及其相关仪表和控制装置应保持良好状态，并应保留定期测试的证据。仪表、阀门和管道工程应清楚标明其用途，并酌情标明与之相关的舱室。

8.LNG船货物管道系统

LNG管道由对接焊接的低温不锈钢管道组成，通过共用管道将每个货舱与货物汇流排连接起来。每个储罐都有一个歧管，连接储罐的装载和卸载管道，以便装载和卸载。

9.气体测量设备测试和校准

根据船主的具体要求，所有船只都配有便携式气体测量设备。工作人员必须充分了解易燃气体蒸汽浓度检测设备（无论是固定式还是便携式）的用途和局限性。

10.LNG运输船载货航行时的注意事项

LNG运输船在载货航行时，除了燃烧燃料油外，还经常燃烧上述产生的蒸气，以保持货舱压力。值得注意的是，货物部在载货航行中的主要工作是维持货舱压力和控制货舱货液温度。

11.LNG 运输船在压载航行期间的注意事项

根据船舶设计，可能有必要同时进行装货/去压舱或卸货/压舱作业。在这种情况下，应考虑船舶的稳定性，特别是舱内的自由液面效应、正确使用货舱中心线舱壁阀以及货物和压舱物的分配，以确保足够的稳定性。还应注意确保重量分配不会导致横向和纵向方向出现过多的偏移、倾斜或应力。

12.LNG船的干船坞准备工作

干坞的准备工作从处理所有剩余液货开始，到符合船坞要求的所有标准的舱室环境结束。在干船坞前的航行中，应尽可能卸载货物，以减少船上的残留货物，剩余的液体应通过气化处理.

13.LNG储罐的晃荡风险

晃荡是影响膜结构储罐的一个问题。球形 Moss 设计和 IHI 棱柱设计等独立安全壳系统则不会受到同样的晃荡影响。在处理现货贸易和海上装/卸货时，Moss 设计的储罐在任何储罐装载水平上都有部分装载，这使其比膜式安全壳系统具有明显的优势。

14.LNG船安全培训

LNG船队每年向世界各地的港口运送超过 1.1 亿吨的液化天然气。液化天然气的意外泄漏非常罕见，没有重大的货物损失。. 这一安全记录归功于不断改进的液化气船技术、液化气船安全设备、全面的安全程序、培训、设备维护以及有效的管理监督。

15.惰性气体危险和预防措施 - 气体运输船的大气控制

在运载易燃货物时，货物系统包含液体和蒸汽。货舱周围的大气通常是惰性的，以防止形成易燃混合物。国际海事组织规范使用 "环境控制 "一词来描述这一过程。为确保安全，需要进行一些仔细的考虑 。

16.稳定性和货物装载限制--装载计算机的使用

所有LNG船的船长都应备有装载和稳定性资料手册。该手册应包含典型使用条件、装载、卸载和压载操作的详细信息，评估其他装载条件的规定以及船舶生存能力的摘要。

17.如何避免结构钢在低温下发生脆性断裂？

大多数金属和合金在低温下强度会提高，但韧性会降低（即抗拉强度和屈服强度会提高，但材料会变脆，抗冲击性会降低），这是因为温度降低会改变材料的晶体结构。

18.如何应对液化天然气火灾？可用的灭火剂和安全问题

天然气中含有多种气体成分，但甲烷 (CH4) 所占比例最大，占总体积的 60% 到 95%。在考虑消防员处理液化天然气火灾的安全问题时，这一事实非常重要。