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Viking Grace LNG tanks

使用液化天然气作为燃料的主要安全挑战和技术挑战

随着采用率的提高,英国劳氏全球气体技术首席专家 Jose Navarro 概述了安全设计并操作以液化天然气为燃料的船舶时需要注意的主要事项和挑战。

到 2025 年,天然气将成为第二大能源来源,同时可再生能源和天然气将占能源增长的 85%,在海事行业,该等能源仍然颇具潜力。

显然,航运业已经将液化天然气用作燃料,根据 Clarksons (2019) 的数据,现有的世界船队由 668 艘以液化天然气为燃料和可使用液化天然气的船舶组成,另有 409 艘已在发货清单中。 对于当今的航运业,液化天然气既是技术上可靠,也是商业上可行的解决方案,而且还是一种能够满足硫氧化物、氮氧化物、二氧化碳的现有和紧迫排放要求的良好“过渡”燃料。

但是,将液化天然气集成到船上的安全和技术考量要求造船厂、船东和设计人员参与其中,以了解各种挑战以及为每个阶段确保安全所需考虑的因素。

接收船舶的设计注意事项

为了能够设计、建造并运营以液化天然气为燃料的船舶,人们需要了解如何集成相关的液化天然气子系统,包括燃料密闭系统、通风和管道布置。 英国劳氏的咨询服务可以帮助客户逐步完成此过程。

  • 对于船厂,我们可以开展液化天然气评估分析和风险评估研究。
  • 对于船舶设计者来说,他们需要考虑多个方面来优化接收船舶上的液化天然气加注。

蒸发气体 (BOG) 管理:首先,天然气会被冷却至低温以产生液化天然气,因此与传统燃料相比,其温度非常低,并且其体积/能量比约为 1.6 倍。 液化气存储在隔热型燃料舱中来保持液态。 但是,燃料舱周围散发的热量会升高舱内的温度,从而导致液体蒸发,产生蒸发气体 (BOG)。 因此,需要对此蒸发气体进行管理,以防止燃料舱过度增压,从而导致气体排出。 如果不控制热量进入液化天然气燃料舱,则可能会排出有害气体,从而对船员和周围地区的安全和生命构成危险。 处理蒸发气体的方法有多种,例如管理液化天然气加注操作、燃烧蒸发气体或寻找其他通过船上设施对燃料进行低温冷却的方法。 在船舶设计期间需要考虑这些选项,以最佳匹配船舶的运行状况。

燃料加注作业优化: 兼容加注船以减少完成加注作业所需的时间是接收船舶设计的一个重要部分。 为了提高液化天然气加注效率,两艘船应并排放置,并应尽可能彼此靠近。 考虑到在连接和断开操作期间惰化和冷却加注管线所需的时间,这减少了管道布置的长度并改善了软管的处理,最终减少了完成燃料加注所需的时间。 另外,应考虑最大限度减小加注站与液化天然气燃料舱之间的距离,因为这也将降低低温泄漏的风险。 通过检查两艘船的几何尺寸和加注装置,可以最大程度地减少不兼容性,以防止它们之间的可能运动干扰——这种干扰会延误加注作业。

以液化天然气为燃料的大型船舶面临的主要挑战

最大化货舱空间:对于超大型集装箱船 (ULCS) 等大型船舶,应考虑优化燃料容量并最小化货舱的缩减。 一种简单的方法是将液化天然气燃料舱设置在船上起居空间的下方。 通过在液化天然气周围和燃料舱周围区域安装密闭系统,可以周全地管理这种布局对船员的额外安全因素;因此,在发生火灾或泄漏的情况下,船员会受到密闭系统的保护。

密闭系统注意事项:有多种密闭系统可供利用,薄膜技术就是一个例子,该技术是为在低温(即 -160°C)下容纳液化天然气货物而设计。 它由一小层薄膜组成,薄膜由相邻船体结构通过绝缘进行支持。 作为替代方案,可使用独立的自支撑棱柱形燃料舱。 使用这两种密闭系统可以最大化船体的容积效率,并在不明显减少货物空间的情况下,实际上将整个燃料舱安装在主甲板下方。 两套系统均设有二级密闭系统,以防止对船舶结构构成低温风险。 为了确保安全,使用隔离舱将燃料舱与货舱分开。

添加燃料: 液化天然气从加注船传输到位于舱室下方的船舶燃料舱。 超大型集装箱船 (ULCS) 上的船员舱通常设在船的前部,而其舷侧外板线通常不是平行的。 接收船和加注船需要置于平行中体范围内以提高兼容性。 如果燃料舱位于船的前部,而超大型集装箱船加注站设在船尾,则加注管将更长,因此液化天然气将必须流过沿船布置的管道。 为了防止危险,需要管道分成双层并通风,以具有足够的柔韧性,从而适应船舶的运动和可能的热应力。 柔性软管可用于补偿加注操作期间的船舶运动,以防止管道破裂。

对于超大型原油运输船 (VLCC),液化天然气燃料舱可位于主甲板上方,这样就不会影响载物能力。 此外,为了确保船舶具有足够的续航能力,燃料舱容量应为 7000 立方米的数量级,并且至少需要在甲板上设置两个大型燃料舱。 由于甲板上设有如此大的燃料舱,因此需要进行结构上的详细考虑,并对稳定性和能见度事项进行充分评估。

设计人员还可以评估使用薄膜或棱柱形密闭技术将液化天然气燃料舱设置在 VLCC 货物区域内甲板下方的可行性,从而最大限度降低对船舶载物能力的影响。

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