LNG 船舶与全冷式LPG 船舶运输管理的异同.docx

LNG 船舶与全冷式LPG 船舶运输管理的异同内容提要：通过LNG 船舶与全冷式LPG 船舶运输管理异同的分析比较，进一步了解LNG 船舶和LPG 船舶及其管理，提高对两种液化气船的管理及其行业特点的认识，有助于相关人员正确认识和提高管理水平。关键词：LNG 船舶 LPG 船舶 商业运作 货舱结构 系统与设备配置 货物作业 风险LNG 船舶与LPG 船舶都是液化气船，它们与天然气和石油气的诞生一样是油气产品海运输中的一对孪生姐妹。LNG 船舶运输与LPG 船舶运输既有相似之处，又有区别。在船舶运输管理上LNG 船舶与全冷式LPG 船舶无本质区别，并且全冷式LPG 船舶作业风险大于LNG 船舶，作业更复杂。1 商业运作上的不同（1）合同关系。在LNG 项目上，LNG 运输项目是LNG 进口或出口总体项目的子项目，运输合同也是LNG 购销合同的子合同。船东为了LNG 船舶的巨额投资有长期稳定的回报，与租船人签订的租船合同在期约时间上与LNG 买卖双方签署的LNG 购销合同期约相同，一般为20 25 年。当然，LNG 船舶运输也有短期合同和现货贸易，但目前这不是LNG 运输项目的主流。而LPG 船舶运输合同，在商业运行上，与其它商船签订的合同无任何不同，是根据船东与租船人谈判约定，不受其它项目的制约。LPG 的运输合同可以是长期合同，也可以是短期合同。（2）政府参与及市场因素。由于LNG 长期合同项目无论是进口或出口，尤其是下游LNG 进口项目，涉及到当事国地区的经济发展和能源安全。因此，在LNG项目中，主进口或出口国家政府均发挥着重要的督导作用。行业人士称LNG 项目的买卖合同是买卖方之间的联姻。从某种意义上讲，LNG 项目是进、出口国之间的某项经济合作。而LPG 项目，无论是大型的全冷式LPG 船舶，还是小型的全压式LPG 船舶，与其它商船一样完全是市场化运作。LPG 船舶从建造到营运，均是船东根据市场发展需要进行投资、经营和管理，LPG 供求与否，也不会涉及到某一地区的能源安全。一艘LPG船舶，无论是小型的全压式LPG 船舶，还是大型的全冷式LPG 船舶，船东可以自营，也可以出租，完全根据市场决定。（3）项目船与非项目船。LNG 船舶类似班轮运输，定港、定线、定船，是项目船，航次计划和作业时间要求上是很严格的。一旦发生事故脱班，其损失不仅是船东租金的损失，更涉及到上游和下游项目的安全生产、保障供应等LNG 链上相关产业的损失，甚至影响到某一地区的能源安全和经济发展。假如某一LNG 接收站因故不能向用户提供天然气， 所供应的城市用气就会中断，接受供气的燃气电厂就会停产、停止发电。如果不能及时找到替代的气源供应，将导致巨大的经济损失。而LPG 船并非属于任何一个固定项目，LPG 船的运输供应显然不会对某一地区的能源安全起到举足轻重的作用。一旦租用的LPG 船舶发生事故，运输中断，进口商会较容易从市场上寻找到替代的LPG 船舶。（4）租金计算。LNG 船舶期租租金是基于：投资建造船舶+投资收益+操作成本为基础计算出来的。通常情况下，在LNG 船舶的长期租船合同中，船东所得收益仅是以船舶建造投资资本为基数， 为船东与租船人约定投资回报收益率下的投资回报， 而操作成本在通常情况下全部转为租船人承担。在这种情况下，船东所得到的投资回报在长期合同期限内是一定的，不随市场的变化而变化。而LPG 船的租金无论是期租船或航次租船或光租船，与其它的商船类似，由市场决定。2 不同液化气体船舶的货舱结构什么是液化气？什么是LNG（液化天然气）？什么是LPG（液化石油气）？ IMO 在IGC 规则中给液化气下了这样的定义：液化气是指温度在37.8时，蒸气绝对压力超过2 800 毫巴1（mb）的液化气体。LNG（液化天然气）是由天然气田或石油的伴生天然气经过去硫、分馏、液化得到的2。LPG 是丙烷、丁烷及两者混合体的总称。LPG 主要来源于油田的伴生气压缩形成及原生天然气在分馏过程中的伴生品。液化天然气与液化石油气，是一对油气田的孪生姐妹，均属于液化气产品。为了理解不同的液化气产品，人们又以不同的沸点温度来区分不同的液化气，如表1 所示。表1 液化气产品列表液化气温度在37.8时的蒸气绝对压力环境压力下的沸点温度（）甲烷气体-161.5丙烷12 900mb-42.3丁烷3 600mb-0.5氨14 700mb-33.4氯乙烯5 700mb-13.8丁二烯4 000mb-5乙撑氧2 700mb+10.7需要说明的是，甲烷在临界温度-88.5时，其临界压力为44 700 mb（hPa）；在37.8时，只能是气体，不能是液化气。不同的液化气产品需要由不同货舱结构的船舶完成海上运输， 以保证载运船舶和货物的安全。IMO 自1975 年以来，共有三个版本的气体规则适用于不同时间的液化气体船舶建造。国际散装运输液化气船舶建造和设备规则1993 年修正案简称IGC 规则，是1994 年10 月1 日生效，适用于当前在建液化气体船舶。在IGC 规则中，IMO 规定液化气船舶各种货舱的类型有以下四种：（1）一体型货舱：货舱构成了船体的一部分，货舱承载的压力，也是船体承载的压力。这种液化气船舱不能运输液化气温度低于-10的货物。世界上，只有日本建造了数量有限的全冷式丙烷船。（2）薄膜型货舱：非自支持型货舱，其货舱为一层很薄的薄膜，并紧贴在外部绝缘箱上，由绝缘箱支撑着薄膜及承接着货载的压力。整个货舱由两层薄膜和两层绝缘箱构成；薄膜是由膨胀系数很小的镍钢或不锈钢材料组成。法国GTT 公司拥有两种薄膜型货舱的设计专利：一种是GT（Gas Transport）型，另一种为TechnicGas Mark 型。这两种货舱均设计用于LNG 船舶。（3）半薄膜货舱：当空舱时，可自支撑，但当载货时，其顶部、底部及周围货舱必须由船体支持。这种半薄膜货舱最初设计是用于LNG 船舶运输，但在实际商业运作上仅有日本建造了几艘全冷式LPG 船。（4）独立式货舱：为自支持型，货舱独立于船体，其强度和应力不受船体任何影响。而独立型货舱又分为A、B 和C 三种类型。独立式A 型：其货舱气室最大允许压力为700mb。这意味着货舱是在全冷式并在大气环境或接近大气环境压力下运输的。这种货舱用于全冷式LPG 船舶。独立式A 型货舱不能抵抗货舱的破裂扩展。因此，为了货物运输安全，A 型货舱建有一个完全的次屏蔽（次薄膜），主薄膜一旦破裂，冷货由次屏蔽承接。按照IGC 规则的规定，次屏蔽必须能够承载为期15 天的主货舱破裂泄漏的冷货。因此，次屏蔽是由不同的低温钢材建成的。独立式B 型：其货舱设计必须通过模型舱试验，以确定应力水平、疲劳寿命和裂纹扩展特征。独立式B 型货舱既可以是平直货舱型，也可以是球型货舱。但大多数独立式B 型货舱为球型。独立式B 型的球型货舱是由芬兰玛萨船厂设计的。目前，这种球型货舱主要适用于LNG 船舶的运输。由于球型货舱在设计建造上有着较好的应力水平和抗破裂强度，因此，设计建造上仅需要部分次屏蔽，以承载一旦货舱破裂泄漏的冷货。独立式C 型：为压力式货舱，其货舱能够承载货物蒸气产生的压力。这种货舱的形式为球型或圆柱型。这种货舱通常用于全压力式或半压力液化气船舶。全压力式船其货舱压力通常高于2 000 mb， 且正常工作压力在18 000 mb 以下。全压力式货舱通常运输LPG，而半冷半压式船，用于乙烯船。表2 液化气船舱货舱类型一览表货舱类型运输货物货舱压力货舱温度船舶类型一体型货舱丙烷低于250mb高于-10全冷式丙烷船薄膜型货舱LNG低于250mb-162LNG船半薄膜型货舱LPG低于250mb高于-48全冷式LPG船独立式货舱A型LPG低于250mb高于-48全冷式LPG船独立式货舱B型LNG低于250mb-162LNG船独立式货舱C型LPG高于2000mb低于18 000mb常温全压式LPG船独立式货舱C型乙烯5 000-7 000mb-48或-104乙烯船从上表2 中可以看到，LNG 船舶有两种货舱结构，独立式B 型货舱和薄膜型货舱。全冷式LPG 船舶也有两种货舱结构，一种是半薄膜型，另一种是独立式A 型货舱。作为中国第一家承接全冷式LPG 运输的大连远洋运输公司，曾在1996 年至2006 年间，运营管理着两种不同类型货舱的全冷式LPG 船舶。“远达”轮为独立式A 型货舱的全冷式LPG 船舶，“远兴”轮为半薄膜型全冷式LPG 船舶。3 LPG 船舶与LNG 船舶维持货舱压力的方式不同LNG 船舶与全冷式LPG 船舶均属于以冷藏的方式运输货物。货物在运载过程中因吸收环境周围热量产生了蒸气，从而增大了货舱内的压力。全冷式LPG船舶货舱和LNG 船舶货舱的安全阀最高设定压力（MARVS）均是250 mb，高于这个压力，货舱安全阀将会启动向外界大气释放蒸气。为了保证货舱维持在安全压力下，即低于250 mb（一般情况下，货舱压力维持在100 mb 左右），LNG 船舶与全冷式LPG 船舶采用了不同的方式维持舱压。全冷式LPG 船舶通过压缩机抽取货舱的蒸气， 利用压缩增压、冷却和膨胀减压的方式，将货舱产生的蒸气冷却成液体后再送入货舱。由于LNG 的沸点（-162）很低，难以通过再液化的方式将货物蒸气冷却成液体送回货舱（目前某些LNG 船舶上也配置了再液化装置，但仅处于试运行阶段）。因此，目前LNG 船舶通常的做法是将货舱内产生的蒸发气送入机舱作为燃气锅炉的燃料，产生蒸汽轮机动力所需的蒸气。简单的说法是，全冷式LPG 是将货物蒸气通过压缩、冷却将货物蒸气再变成液体送回货舱，将蒸发气还原了LPG，维持了货舱压力的稳定。LNG 船舶是抽取货物蒸发气作为蒸汽轮机的动力燃料，从而稳定了货舱压力和温度。在运输过程中，全冷式LPG 船舶，没有货量的减少，而LNG 船舶耗掉部分货物蒸气用于燃料，产生了货量的减少。4 设备和系统配置的异同根据所载运货物的不同，按照IGC 规则的要求，虽然有不同的液化气船舶，但在总体的系统设置方面，液化气体船舶是类似的。主要的不同是具体设备的运行性能参数和设备配置数量的不同。其中最大的不同是LNG 船舶采用了燃气锅炉和蒸汽轮机，而全冷式LPG船舶是常规柴油机动力船舶。此外，一艘液化气船舶，主要由以下系统组成：货物作业系统、惰气系统、氮气系统、货物测量系统、应急关闭系统、气体探测系统、水雾喷淋系统、消防和灭火系统、以及安全防护系统等。从LNG 船舶与全冷式LPG 船舶保持舱压的不同方式上可以看出，LNG 船舶在设备配置上与全冷式LPG 船舶有许多不同之处。LNG 船舶没有再液化设备，而LPG 船舶的再液化装置是船舶货物作业的核心设备。相比之下，全冷式LPG 船舶利用柴油机作为船舶动力，而LNG 船舶使用货物蒸发气作为燃气锅炉的燃料，机舱配备了双燃料锅炉，既可以烧燃油，也可以烧货物蒸气；又如货物压缩机，LNG 船舶配备了高能量压缩机和低能量压缩机各两台，分别用于向岸上驳运蒸发气或向货舱驳运蒸发气和向机舱燃气锅炉驳运货物蒸发气，而LPG 船舶是利用货物压缩机压缩货物蒸发气用于再液化。为了保证货物运输安全、可靠，LNG 舶舶在大多数的安全和动力设备上配备了两套系统， 安全和可靠运行系数高，因此造船成本也很大。如：两台高能量压缩机，两台低能量压缩机，锅炉既可烧油也可以烧气，也可以同时烧油和烧气，两套燃料系统的发电机（蒸气发电机和柴油发电机），两台氮气发生器等。总之，在设备配备上，LNG 船舶侧重考虑安全和可靠运行，而全冷式LPG 船舶则更多考虑设备的安全有效利用。5 货物作业的异同全冷式LPG 船舶和LNG 船舶的货物作业方式是相同的。一艘新出厂的液化气体船舶通常均经过以下三个大过程：过程一，装货前的货物作业：货舱干燥惰化净化冷却。货舱干燥：LNG 船舶与全冷式LPG 船舶一样，同样是利用惰气发生器产生的干燥空气， 对货舱加温去湿。通常情况下，干燥空气的相对湿度低于45%，保证货舱内无水分。全冷式LPG 船舶的操作与LNG 船舶的操作无任何区别。惰化：利用惰气发生器产生的惰气，置换货舱内的空气，直到货舱内空气全部置换完毕。在操作方式上全冷式LPG 船舶与LNG 船舶是相同的。通常LNG 船舶的惰气发生器产生的惰气质量高于全冷式LPG 船上的惰气质量。如LNG 船舶惰气发生器产生的惰气的氧气含量小于1%，CO2含量约15%。如果舱内含氧量低于5%，舱内气体已不具备可燃的条件，货舱已被惰化。通常情况下，舱内含氧量应达到低于2%。净化：全冷式LPG 船舶用LPG 蒸气置换舱内的惰气，LNG 船舶用LNG 蒸气置换舱内的惰气，作业的基本方法是相同的。所不同的是LPG 蒸气的相对密度大于惰气，应通过装货管将LPG 蒸气从货舱底部送入货舱，置换货舱内的惰气。LNG 蒸气的相对密度比惰气轻，应从货舱顶部将LNG 蒸气送入货舱。判断货舱内是否被完全置换的基本方法也是相同的，主要是检测货舱高、中、低三个不同位置上炭氢化合物的含量是否已达到99%左右，CO2的含量是否低于1%。冷却：全冷式LPG 船的货舱冷却与LNG 船的货舱冷却基本相同。在货舱冷却的过程中，两种货舱的降温必须按照货舱温度递降曲线指示冷却货舱。不同的是，LNG 船舶周围的绝缘空间压力控制，比全冷式LPG 船的绝缘空间压力控制要求更加严格。LNG 船的绝缘层空间充满了氮气，而全冷式LPG 船的绝缘层空间充的是惰气。一般情况下，LNG 船舶货舱压力主绝缘层空间压力2.0 4.0mb次绝缘层空间2.0 4.0mb。在LNG船舶冷却过程中，货舱与周围的绝缘空间保持这种压力差是关键。全冷式LPG 船的半薄膜式货舱在冷却时，其外部的绝缘层空间同样也有压力的要求，只是全冷式LPG 船外部绝缘层仅有一层，其压力的变化易于监控。自货舱干燥、惰化、净化、冷却到装货，LNG 船舶与全冷式LPG 船舶在这一过程的基本作业方法是相同的；不同的是，各个类型船舶的作业参数有所不同。过程二，货物载运：在运输途中应保持货舱的压力和温度在一定的安全范围内。抵港前，无论是满载抵卸货港还是压载抵装货港， 都应保证货舱压力和温度能够满足装货港的受载要求。全冷式LPG 船舶与LNG 船舶在货物作业方面最大的不同，在于全冷式LPG 船舶所装载的货物是丙烷、丁烷中的一种或二种同时装载，而LNG 船舶自始至终装的是同一种货LNG。如果-42丙烷货舱换装-5的丁烷货，只要将丙烷抽干，在装货前保持货舱温度低于0，舱压力符合码头要求，便可以装货。如果丁烷货舱改装丙烷货，丁烷货舱就需要置换和预冷，必须将丁烷货舱中的殘余丁烷抽干，用丙烷蒸气置换丁烷蒸气后，再用丙烷喷淋冷却丁烷舱，至舱温下降到符合装港要求。全冷式LPG 船舶的装货作业与LNG 船舶的装货作业相比难度大一些。全冷式LPG 船在装货时，码头不允许船与岸连接蒸气管线，避免因船舶回气质量不同或质量问题造成岸上LPG 货物混杂或污染。为保持舱内压力在安全的范围内，全冷式LPG 船舶通过再液化装置将舱内蒸气再液化，从而维持舱压。在装货过程中，既要保持舱压在安全的范围内，又要达到港口要求的装货速度，不造成任何港内滞期。而LNG 船舶无论是在装货还是在卸货过程中，船与码头之间的蒸气管线绐终是相连接的，保持舱压是容易做到的，同时也容易达到港口对装卸速度的要求。过程三，船舶进坞前的货物作业：货舱加温干燥去除液体惰化通风除气。第三个货物作业过程是第一个货物作业过程的反向作业，LNG 船舶与全冷式LPG 船舶的作业方式和方法是相同的。6 LNG 船舶与全冷式LPG 船舶的危险性比较作为液化气体船舶，无论是装卸货作业，还是在运输途中， 最理想和最有效的安全管理是将液化气体一直置于密闭的货舱内、管路内和密闭的容器内。但这取决于船舶设备是否得到有效的维护，货物作业方式的限制和操作人员是否能够做到按章操作。因管路和阀门维护不当，液化气发生意外泄漏的情况还是存在的。而因应急修理需要，或货舱置换需要，液化气可以在有效的控制下通过透气桅向大气释放蒸气或蒸气和惰气的混合气体。众所周知，液化气体的危险性高，如存在可燃性、低温、使人窒息等特性，某些液化气体还有毒性和化学灼伤。而LNG 与LPG 的蒸气来比，其特点基本相同，不同的是LNG 蒸气比LPG 蒸气温度更低，两种气体均不存在毒性和化学灼伤的特点。但在货物作业和安全维护方面，全冷式LPG 船舶比LNG 船舶的作业风险大，作业难度更大。这主要体现在以下几个方面：（1） LPG 船舶往往装载不同货品，货舱置换频繁。全冷式LPG 船舶各航次可能装载不同品种的货物。当由丁烷舱改装丙烷舱时，货舱必须置换，将舱内丁烷底脚货及丁烷蒸气全部置换掉。在货舱置换期间，不可避免的将LPG 蒸气通过船舶首部透气桅释放到空气中。而LNG 船舶自始至终装一种货，正常运输期间不存在货舱置换（通常情况下，仅是在LNG 船舶每二年半左右的进坞修理前、后对货舱进行置换作业）。全冷式LPG 船舶营运期间的货舱频繁置换， 无论是货物作业强度，还是作业风险均大于LNG 船舶。（2） LPG 蒸气比LNG 蒸气重， 易聚集于甲板空气不流动区域。从表3 中可以看到，常温下LPG 蒸气比空气重，当LPG 蒸气向大气中释放的过程中，LPG 极易聚集在甲板某个空气不流动的区域，并且非常可能存留在船舶的某个密闭空间内，造成了火灾和爆炸隐患。许多LPG 船舶火灾事故，均是作业者没有对LPG蒸气易聚集在船舶上不流动区域这一特征引起足够重视而造成的。表3 主要气体物理性能参数名称分子式沸点液体比重气体比重/空气比重1闪点自燃点可燃范围空气浓度%甲烷CH4-1620.430.55-1755955.314乙烯C2H4-890.541.05-125510312.5丙烷C3H8-420.581.55-1054682.19.5N丁烷C4H10-0.50.602.09-603651.59.0I丁烷C4H10-120.592.07-765001.59.0氯乙烷C2H3CI-140.962.15-78472433氨NH3-330.680.59-576151428丙烯C3H6-480.611.48-108453211.1而LNG 蒸气在温度-113时已比空气轻，在通常环境下，LNG 蒸气与空气的相对密度比仅为0.55。所以LNG 船舶通过首部透气桅向大气中排放LNG 蒸气时，LNG 蒸气云漂向空中，LNG 蒸气很难存在于甲板上或船舶上的某个密闭空间内。因此，LNG 蒸气积聚在船舶上某个区域的可能性很小，火灾隐患小。（3）LPG 船舶的维护比LNG 船舶差。由于LNG 船舶通常是项目船舶，定点、定线、定港和按计划运输，替代船难以寻找，船舶的安全、准时和有效运输放在首要位置， 在船舶维护方面也得到了船东和租船人在经济方面的大力支持。而作为纯商业运输的全冷式LPG 船舶的维护标准难以与LNG 船舶相比，这无疑使得全冷式LPG 船舶作业风险大于LNG 船舶。附注：1. 1 巴（Bar） = 1000 毫巴（mb）。1 毫巴（mb） = 1 百帕（hPa）。2. 天然气主要成分为甲烷。甲烷在天然气中所占的比例因产地而异。以下表为例：成分产地阿布扎比阿拉斯加阿尔及利亚文莱伊朗利比亚北海西北大陆架甲烷90.37%99.5%86.30%88.00%96.30%66.80%85.90%89.90%乙烷7.01%0.10%7.80%5.10%1.20%19.40%8.10%6.70%丙烷1.32%-3.20%4.80%0.40%9.10%2.70%2.30%丁烷0.55%-0.60%1.80%0.20%3.50%0.90%1.00%戊烷-0.10%0.20%0.10%1.20%0.30%0.04%氮0.75%0.40%-0.10%1.30%-0.50%0.08%二氧化碳-1.00%-参考文献：1 国际散装运输液化气船舶建造和设备规则（International code of bulk liquefied gas carrier constructions and equipments-IMO）2 液化天然气船舶及码头作业指南（Liquefied Natural Gas handling Principle on Ships and in Terminals-SIGTTO）3 液化气船舶安全指南（Tanker Safety Guide（Gas Carrier）-ICS）4 LNG 船舶（LNG Carriers-ABS/September 2005），ABS。Module 2-LNG，Page 1.