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GTT:LNG船為天然氣動力貨船加注作業所面臨的挑戰

2020-08-04 13:52:32
來源:海洋能源與工程資訊平臺 編輯: 國際船舶網 我有話要說

原圖來自網絡,版權屬于原作者

使用GTT薄膜艙的加注駁

LNG運輸船的貨艙類型、蒸汽回流和其他設備在執行加注作業時必須適應貨船的具體要求。

LNG運輸船的貨艙類型、氣體處理系統和作業程序是LNG燃料貨船的參照點。但加注要求通常與貨物作業不同,LNG運輸船的系統需要適應LNG動力船。需要決定、選擇和安裝合適的貨艙類型、蒸汽回流要求、以及接收船上加注時所需要的附加設備。

此外,一直以來,LNG貨物貿易的特點是采用專用航線、船舶和碼頭,因此在船舶的運營壽命中,船舶-碼頭-船舶的接口不會出現太大變化。每條LNG液化生產線都具有獨特的特點,服務于特定的路線和終端。但最近一段時間,LNG貿易的現貨市場出現。未來,LNG加注作業也可能擴大,需要提高標準化,以適應全球范圍內廣泛的參與者。例如,在燃料油加注方面,技術和程序都實行了標準化,從而催生了一個巨大的現貨市場。

采用薄膜型貨艙

GTT公司LNG燃料主管Abdoulaye Diouf表示,LNG燃料已經被證明是一種成本低、可用性高和環保的燃料,但與此同時要考慮到加注時間和安全性。LNG的質量、圍護系統和加注作業引起了運營商、船東和租船方的關注。

一直以來,LNG的加注作業都在特定區域進行,少量的加注作業有時在擱淺地點進行。這些加注船大多采用C型罐,壓力高達10 bar,容積不超過500立方米。Diouf表示,對C型罐來說,LNG溫度并不是一個關鍵問題,因為圍護系統有足夠的靈活性,可以克服系統隔熱或LNG質量差所帶來的問題。

Diouf認為,作業的需求已經改變。高容量LNG市場(高于2000立方米)和低容量市場之間正在出現分化。

Diouf引用了郵輪的例子,船東希望將作業壓力保持在盡可能低的水平,以避免出現任何氣體排放情況(這是安全問題)。在這種情況下,幾百立方米儲罐或C型罐開始顯示出其局限性。其他船舶運營商也希望船舶的壓力始終保持在較低水平,包括在加注作業期間。這將意味著所需的加注人員更少,過程更快、以及時間更短。

Diouf表示:“這就像氣球在沒有任何東西阻礙它的泄壓孔時釋放空氣的速度更快:下游高壓將阻礙加注船中的LNG泵的流量輸送。除非接收船保持在低壓狀態,否則這種堵塞會延長加注時間。”

在他看來,從客船到集裝箱船,船東和運營商都傾向于采用低壓圍護系統。因為較低的壓力更安全,而且有利于縮短加注時間。

無論選擇哪種圍護系統,都會面臨兩個要求:冷進料LNG(低壓);以及加注期間的蒸汽回流設施(接收船產生的氣體被送回加注船)。

Diouf表示,作為LNG運輸船薄膜型圍護系統的主要供應商,GTT已經詳細地研究了在時間或氣體處理限制條件下,LNG運輸船在LNG輸送過程中的壓力變化。他表示:“我們已經進行了數次試驗,更加了解在各種運行工況下的LNG狀態,包括LNG輸送作業和空轉。”

Diouf表示,GTT進行兼容性分析,包括正確選擇加注船,確認與現有加注船進行LNG輸送操作的可行性,并應對未來的變化,如需要在不同地點進行加注或在特定的LNG條件下進行部分加注。選擇與加注相關的關鍵設備和管線,制定應急響應計劃(例如在停電期間),并優化作業程序。

Coralius Aurora采用TGE的C型罐

原圖來自網絡,版權屬于原作者

處理高壓

TGE銷售工程師Johannes Dziuba將加注過程中的蒸發氣問題視為選擇圍護系統和設備的關鍵決定因素。

TGE為歐洲首批6艘LNG加注船中的4艘提供了貨艙和氣體處理系統,并為各種LNG動力船提供了多種燃氣系統。

蒸發氣積聚是在多種運行情況以及所用設備和圍護系統中都會出現的結果。在Dziuba看來,隨著貨艙變得更大,空艙頂部的溫度升高,這可能會導致流入的LNG產生更多的閃蒸氣。

可在船上使用燃氣裝置或冷卻系統處理蒸發氣,也可將蒸汽回收至加注船的系統。Dziuba表示,有能力將蒸發氣保持在貨艙內也是一種很好的做法。對于一體式的貨艙而言(如最大額定壓力為0.7 barg的薄膜型艙),這一點很難實現。而C型罐則有所不同,其壓力可高達4.5 barg(甚至更達8 barg或更高)。

Dziuba表示,在TGE所做的研究中,模擬了各類加注場景:C型罐輸送到薄膜型艙;薄膜型艙輸送到同類艙等等。他補充道,使用薄膜型艙輸送同類型艙將是非常具有挑戰性的,因為任何一方都無法承受蒸發氣所產生的高壓。

TGE對“在接收側使用薄膜型圍護系統,在加注船上使用C型罐”這一情景的三種案例做了模擬:案例1是蒸發氣從接收船自由流動到加注船;案例2是在150 mbarg(兩側啟動艙壓力)下使用蒸發氣壓縮機進行蒸汽回流;案例3是在壓縮機壓力為300 mbarg(困難情況)的情況下進行蒸汽回流。在案例3中,啟動壓力較高,加注艙壓力為300 mbarg,接收艙壓力為400 mbarg。蒸發氣產生的情況為:加注艙為18000立方米;加注速率為1600 m3/h;蒸發氣排出接收艙的速度為3100 kg/h;接收艙閃蒸氣產生的速度約為490 kg/h。

在案例1中,接收艙壓力超過0.7 barg的典型薄膜型艙設計壓力,并在接近結束時超過1.2 barg。加注艙的壓力也超過了0.7 barg。在案例2中,燃料艙壓力幾乎達到2 barg,而接收艙罐壓力保持在0.5 barg以下。在案例3中,燃料艙壓力幾乎達到3 barg,而接收艙壓力遠遠低于限制值。

Dziuba表示,蒸發氣壓縮機可以安裝在加注船或接收船上:“可以使用其他方式處理蒸發氣,比如再液化裝置或氣體冷卻單元。再液化裝置需要較大的空間和功耗。氣體冷卻單元也需要大量空間,并且需要進行氣體燃燒從而增加運營成本。”

此外,TGE還為大型集裝箱船開發了一種特殊的C型燃料艙,可精確地安裝在40英尺的集裝箱位上,最大限度地提高了空間效率,同時也體現了C型罐的優點。

C型罐與薄膜艙的權衡

LNG運輸船和LNG動力船(如集裝箱船)的作業要求之間存在差異,這是將運輸船改裝為加注船設計的關鍵。ABS船級社LNG業務經理Robert Kamb表示:“當船東不想加裝額外設備時,C型罐是有吸引力的。這種情況適用于電力需求較低而蒸發氣速率稍高時。在一體化貨艙中,優勢是艙容更大。長途航行時可能不需要加注。但是可能需要額外的設備,比如氣體冷卻單元,并且必須把LNG作為貨物來管理。”

Kamb還問及裝載限制,在給定的溫度和壓力下,在艙室中裝載多少LNG才不會違反在參考溫度下極限的加注限制?對于C型罐來說,其裝載極限低于薄膜型(C型約為85%,薄膜型為98%或更高),但其壓力累積能力更高。此外,C型罐的占地面積通常是傳統艙室的四倍。

Kamb表示,在作業條件上,船東往往低估了船舶的閑置時間。這意味著電力需求通常低于預期,而電力對LNG動力船至關重要。如果推進系統跟不上蒸發氣的產生速率,則可能導致更高的壓力和溫度。此外,進入的LNG通常溫度較高,這會導致更高的蒸發氣產生速率。他指出:“如果船東已經很好地分析了運營參數,并確保船舶符合這一參數,那么他們將取得巨大成功。而如果運營參數不太匹配,那么他們可能需要考慮投資加裝一套再液化裝置。”

Kamb表示,雖然IGC規則要求蒸汽回流,但IGF規則不作此要求。因此,加注船需要蒸汽回流。

他指出,蒸汽回流的難點在于,未來必須令人滿意地對其進行解釋。“在LNG貨運業務中,需要第三方驗船師,因為涉及到大量的貨物和數百萬美元,因此必須考慮到多種變量。目前運營中的大多數LNG加注船可能均有一到兩個客戶,因此一切都被考慮在內,不會產生任何糾紛。但LNG加注業務正在越來越普及。很快,蒸汽回流的商業性也將需要被考慮在內,比如LNG加注的現貨市場,正如燃油的加注。然而,現實是,即使是有蒸汽回流的天然氣動力船也不需要使用它。如果LNG被冷卻下來,那么貨艙就可以保持足夠的低溫。”

加注的理想情況是:在幾乎空艙的燃料艙內存在冷卻LNG,從加注船中也注入冷卻LNG。但事實并非如此。在設計階段,需要準確輸入電力消耗、燃料、地理位置、供應質量、運輸設備、加注駁的參數、船舶的預期運營參數等。在選擇加注船圍護系統類型時,必須考慮所有這些因素。

此外,盡管薄膜型艙的蒸發率可能低于C型罐,但在LNG船用燃料裝置的典型小型儲罐中,較高的長寬比會增加蒸發氣的產生速率。此外,在薄膜型艙中,屏蔽間的空間壓力、外部壓力、氮氣系統以及艙室中的氣體探測裝置增加了這一方案的復雜性。

 

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