摘要：液化天然氣（LiquefiedNaturalGas，LNG）具有清潔無污染、便于存儲(chǔ)、重量較小等優(yōu)勢(shì)，在混合動(dòng)力船舶中較為多見，其理化性質(zhì)的特殊性也要求重視安全管控。以LNG燃?xì)饣旌蟿?dòng)力船舶安全風(fēng)險(xiǎn)為切入點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，分析其安全技術(shù)要點(diǎn)以及實(shí)現(xiàn)方法，包括建立實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)制、重視應(yīng)急系統(tǒng)設(shè)計(jì)、加強(qiáng)安全系統(tǒng)敏感性等，為L(zhǎng)NG燃?xì)饣旌蟿?dòng)力船舶安全控制工作提供服務(wù)。

關(guān)鍵詞：液化天然氣混合動(dòng)力船舶安全技術(shù)要點(diǎn)

ResearchonTechnicalPointsfortheSafetyofLNG-GasHybridShips

LINGZhongyu

SINOPECZhejiangZhoushanPetroleumCo.，Ltd.，Zhoushan，ZhejiangProvince，316100China

Abstract：LiquefiedNaturalGas（LNG）hasclean，pollution-free，easy-storageandlight-weightadvantagesandismorecommoninhybridships，andtheparticularityofitsphysicalandchemicalpropertiesalsorequiresattentiontosafetycontrol.ThisarticletakesthesecurityriskofLNG-gashybridshipsasthestartingpoint，andanalyzesthetechnicalpointsofitssafetyandimplementationmethods，includingestablishingareal-timemonitoringmechanism，emphasizingthedesignoftheemergencysystem，strengtheningthesensitivityofthesafetysystem，etc.，soastoprovideservicesforthesafetycontrolofLNG-gashybridships.

KeyWords：Liquefiednaturalgas;Hybridpower;Shipsafety;Technicalpoint

液化天然氣（LiquefiedNaturalGas，LNG）混合動(dòng)力船舶是指可以同步借助柴油動(dòng)力系統(tǒng)、LNG燃?xì)鈩?dòng)力系統(tǒng)推進(jìn)的船舶，其優(yōu)勢(shì)在于經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、穩(wěn)定性較高，是當(dāng)前以及未來船舶設(shè)計(jì)的主要趨勢(shì)之一。然而，由于LNG燃?xì)饫砘再|(zhì)比較特殊，其出現(xiàn)安全問題的可能性較高，這又客觀要求做好LNG燃?xì)饣旌蟿?dòng)力船舶安全設(shè)計(jì)，減少安全問題的發(fā)生率，或在已經(jīng)出現(xiàn)安全問題后及時(shí)加以控制，降低安全問題破壞性[1]。當(dāng)前LNG燃?xì)饣旌蟿?dòng)力船舶安全態(tài)勢(shì)總體尚可，出于進(jìn)一步提升其設(shè)計(jì)水平、優(yōu)化使用能力的目標(biāo)，分析LNG燃?xì)饣旌蟿?dòng)力船舶安全風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)要點(diǎn)以及實(shí)現(xiàn)方法等，具有一定積極價(jià)值。

1LNG燃?xì)饣旌蟿?dòng)力船舶安全風(fēng)險(xiǎn)

1.1火災(zāi)和爆炸風(fēng)險(xiǎn)

LNG燃?xì)猓匆夯烊粴馊細(xì)?，主要成分是甲烷，具有無色、無味、無毒且無腐蝕性，其體積約為同量氣態(tài)天然氣體積的1/625，液化天然氣的質(zhì)量?jī)H為同體積水的45%左右，將其應(yīng)用于混合動(dòng)力船舶動(dòng)力系統(tǒng)作為能源，可以減少船舶自重，增加貨運(yùn)量。然而，甲烷本身具有可燃性，也可能爆炸，這又導(dǎo)致LNG燃?xì)饣旌蟿?dòng)力船舶面臨火災(zāi)和爆炸風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。按照現(xiàn)有研究，LNG燃?xì)獾娜键c(diǎn)在650℃上下，現(xiàn)有商用LNG燃?xì)饷荛]空間內(nèi)遇明火可燃燒，當(dāng)其密閉空間內(nèi)在濃度達(dá)到4.7%～15%時(shí)，遇明火可發(fā)生爆炸[2]。

1.2泄漏風(fēng)險(xiǎn)

泄漏風(fēng)險(xiǎn)并非LNG燃?xì)獾莫?dú)有風(fēng)險(xiǎn)，任何船舶動(dòng)力系統(tǒng)燃料均有泄漏風(fēng)險(xiǎn)。然而，由于LNG燃?xì)獾目扇伎杀L(fēng)險(xiǎn)更大，相同密閉空間內(nèi)，其爆炸和燃燒的風(fēng)險(xiǎn)更突出，且混合動(dòng)力船舶往往裝載柴油機(jī)，但LNG燃?xì)庑孤┍ê?，也可能同步誘發(fā)柴油機(jī)組異常，形成柴油燃燒、泄漏等問題。值得注意的是，因LNG燃?xì)獾闹饕煞譃榧淄?，具有很?qiáng)的揮發(fā)性，泄漏、在船舶動(dòng)力系統(tǒng)以及周邊區(qū)域富集且無法進(jìn)一步外排，可能引發(fā)大規(guī)模的事故，進(jìn)一步增加事故危害[3]。

1.3其他風(fēng)險(xiǎn)

LNG在船舶上的應(yīng)用主要作用是環(huán)保的需求，減少碳排放量。LNG燃?xì)獾捏w積很小，船舶常規(guī)航行所需攜帶的LNG燃?xì)庖部梢韵鄬?duì)較少。LNG燃?xì)饣旌蟿?dòng)力船舶在應(yīng)用LNG燃?xì)馓峁﹦?dòng)力的同時(shí)，也攜帶柴油，這一模式可以提升船舶動(dòng)力系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，為船舶提供動(dòng)力能源方面的保障。雙燃料改造后，產(chǎn)生的負(fù)面作用在于增加了船舶燃料油艙室空間，減少了貨物裝載的能力。在不減少貨物裝載的情況下，可能減少燃料的攜帶能力，使船舶的續(xù)航里程有所下降；同時(shí)，LNG燃?xì)饪赡墚a(chǎn)生低溫傷害，泄漏容易造成人員低溫?fù)p傷[4]。

2LNG燃?xì)饣旌蟿?dòng)力船舶安全技術(shù)要點(diǎn)

2.1監(jiān)控技術(shù)

LNG燃?xì)饣旌蟿?dòng)力船舶安全技術(shù)的核心要點(diǎn)，在于提升對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)管控能力，這要求使用監(jiān)控技術(shù)，對(duì)LNG燃?xì)鈩?dòng)力系統(tǒng)以及混合動(dòng)力系統(tǒng)、柴油動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行信息采集和實(shí)時(shí)監(jiān)控，以保證其不存在安全方面的問題。與此同時(shí)，必要的監(jiān)控也能幫助駕駛?cè)藛T了解動(dòng)力系統(tǒng)燃料儲(chǔ)備情況，有效規(guī)劃燃料使用，在船舶出現(xiàn)燃料緊張、突然性泄漏問題，且不能及時(shí)得到救援的情況下，保證行駛安全[5]。

2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)

上文對(duì)LNG燃?xì)饣旌蟿?dòng)力船舶安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析，可知LNG燃?xì)庑孤┎⒉皇菍?dǎo)致爆炸、火災(zāi)的唯一因素，只有在密閉空間內(nèi)才存在燃燒、爆炸的可能，且需要該空間內(nèi)存在氧氣和明火。這為系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安全控制提供了思路，即對(duì)系統(tǒng)的封閉性、火源以及氧氣濃度進(jìn)行管控，確保LNG燃?xì)鈩?dòng)力系統(tǒng)空間設(shè)計(jì)的合理性，即便出現(xiàn)少許泄漏也不會(huì)誘發(fā)燃燒、爆炸等問題。

2.3應(yīng)急處理技術(shù)

考慮到LNG燃?xì)饣旌蟿?dòng)力船舶可能在行駛過程中出現(xiàn)各類狀況，且LNG燃?xì)獾睦砘再|(zhì)也是固定不變的，其安全方面的風(fēng)險(xiǎn)難以根本免除。未來還應(yīng)從技術(shù)角度出發(fā)，設(shè)計(jì)能夠應(yīng)對(duì)突發(fā)情況的處理系統(tǒng)，包括通風(fēng)系統(tǒng)、明火控制系統(tǒng)、泄漏區(qū)域隔離機(jī)制等。從綜合控制安全風(fēng)險(xiǎn)的角度出發(fā)，應(yīng)急處理技術(shù)必須具有高度的靈敏性，且能夠從遠(yuǎn)程端直接提供控制服務(wù)。

3LNG燃?xì)饣旌蟿?dòng)力船舶安全技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法

3.1LNG燃?xì)饣旌蟿?dòng)力船舶安全技術(shù)實(shí)現(xiàn)原則

3.1.1易用性

未來LNG燃?xì)饣旌蟿?dòng)力船舶安全技術(shù)的實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用，需要首先保證易用性，即相關(guān)技術(shù)能夠以較簡(jiǎn)練的方式用于相關(guān)船舶的安全控制，負(fù)責(zé)管控該系統(tǒng)的人員，能夠在經(jīng)過簡(jiǎn)單培訓(xùn)后，快速適應(yīng)工作需要。主張以信息技術(shù)以及對(duì)應(yīng)設(shè)備為核心，根據(jù)LNG燃?xì)饣旌蟿?dòng)力船舶安全技術(shù)需求，設(shè)計(jì)可靠的工作系統(tǒng)，在控制端提供遠(yuǎn)程服務(wù)、一鍵管控等一般功能。

3.1.2穩(wěn)定性

穩(wěn)定性，是指LNG燃?xì)饣旌蟿?dòng)力船舶安全技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)較為穩(wěn)固，能滿足安全控制需要，也能應(yīng)對(duì)一些簡(jiǎn)單的破壞，包括物理形式的破壞，也包括控制系統(tǒng)功能波動(dòng)等。如借助信息技術(shù)進(jìn)行動(dòng)力系統(tǒng)控制，當(dāng)存在通信干擾問題時(shí)，能夠以有線形式提供信息指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)安全系統(tǒng)的控制。此外，由于LNG燃?xì)饣旌蟿?dòng)力船舶安全風(fēng)險(xiǎn)帶有多樣性，還應(yīng)重視技術(shù)應(yīng)用時(shí)的覆蓋效應(yīng)，以一項(xiàng)技術(shù)覆蓋多個(gè)安全要素，或以多項(xiàng)技術(shù)完成所有安全要素的管控，進(jìn)一步提升技術(shù)應(yīng)用的實(shí)效性。

3.1.3經(jīng)濟(jì)性

LNG燃?xì)饣旌蟿?dòng)力船舶安全技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，以經(jīng)濟(jì)性為附加原則，經(jīng)濟(jì)性是指在保證相關(guān)安全技術(shù)穩(wěn)定、易用的基礎(chǔ)上，也能控制支出，避免開支過大的問題。以信息技術(shù)為例，信息技術(shù)的應(yīng)用以計(jì)算機(jī)等智能終端設(shè)施為前提，性能較突出的計(jì)算機(jī)以及其工作系統(tǒng)，其購(gòu)買成本可能達(dá)到數(shù)十甚至數(shù)百萬元以上，出于控制LNG燃?xì)饣旌蟿?dòng)力船舶安全的目的，此類計(jì)算機(jī)的性能過剩，在具有一般功能的情況下，并不能顯著提升安全技術(shù)的應(yīng)用效益。未來主張結(jié)合船舶工作特點(diǎn)、安全控制需要，合理進(jìn)行設(shè)施采買，削減非必要開支。

3.2LNG燃?xì)饣旌蟿?dòng)力船舶安全技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法

3.2.1建立實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)制

監(jiān)控技術(shù)在LNG燃?xì)饣旌蟿?dòng)力船舶安全工作中的作用比較突出，其實(shí)現(xiàn)主要依賴傳感設(shè)施、可視化設(shè)施以及智能終端，此外對(duì)通信技術(shù)以及其他輔助技術(shù)具有一定依賴性。按照一般船舶的工作需求，其監(jiān)控機(jī)制建設(shè)可采用如圖1所示。

根據(jù)圖1所示，實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)制通過兩種方式對(duì)LNG燃?xì)庀到y(tǒng)進(jìn)行信息采集，監(jiān)控器主要采集影像信息，傳感器主要采集一些不可視的信息，如LNG燃?xì)庀到y(tǒng)所屬區(qū)域空間內(nèi)的空氣成分等。所有信息采集完成后，實(shí)時(shí)傳遞至智能終端進(jìn)行分析，以評(píng)估是否存在風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)分析結(jié)果，決定下一步處理指令。

以泄漏問題的分析為例，LNG燃?xì)庀到y(tǒng)所屬空間內(nèi)的甲烷濃度一般應(yīng)為0，但由于一些動(dòng)態(tài)因素影響，其實(shí)際濃度一般稍高于0，但并不存在燃燒和爆炸風(fēng)險(xiǎn)。默認(rèn)其危險(xiǎn)濃度標(biāo)準(zhǔn)為4.7%，實(shí)際工作中，如果LNG燃?xì)庀到y(tǒng)區(qū)域出現(xiàn)異常因素導(dǎo)致甲烷泄漏，區(qū)域內(nèi)的甲烷濃度會(huì)出現(xiàn)上升，可以應(yīng)用傳感器，對(duì)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的甲烷濃度信息進(jìn)行采集，采集結(jié)果可形成一個(gè)數(shù)集：

[0；0.01%；0.02%；0.03%……4.68%；4.69%；4.7%]

當(dāng)傳感器收集的數(shù)據(jù)持續(xù)加大，不斷接近4.7%時(shí)，表明區(qū)域內(nèi)甲烷濃度異常升高，存在安全風(fēng)險(xiǎn)。該問題被智能系統(tǒng)分析、察覺，智能系統(tǒng)下達(dá)指令，開放區(qū)域內(nèi)的排氣扇，加快區(qū)域空氣流通，使甲烷濃度被稀釋，同時(shí)發(fā)出警報(bào)，提示工作人員進(jìn)行檢查、處理，控制甲烷泄漏問題。監(jiān)控器的使用原則與傳感器相似，但主要收集一些可視化的信息。其具體工作中應(yīng)用數(shù)字化轉(zhuǎn)化技術(shù)，將來自監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)化為可視化信息，再借助數(shù)字化設(shè)施予以呈現(xiàn)。在甲烷泄漏事故中，通過可視化技術(shù)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)工作情況進(jìn)行跟蹤，并實(shí)時(shí)監(jiān)控LNG燃?xì)庀到y(tǒng)所屬空間周邊的工作情況，嚴(yán)格限制明火進(jìn)入，為保證信息質(zhì)量，可在監(jiān)控終端設(shè)置提純器，對(duì)監(jiān)控所獲信息進(jìn)行加強(qiáng)，使其能夠更加清晰化、直觀化，也能免受LNG燃?xì)饣旌蟿?dòng)力船舶各類電磁場(chǎng)干擾，提升安全控制工作質(zhì)量。

3.2.2重視應(yīng)急系統(tǒng)設(shè)計(jì)

應(yīng)急系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要從LNG燃?xì)庀到y(tǒng)空間區(qū)域角度入手，思路上建議增加封閉空間的開放性，使空氣可以快速進(jìn)入，同時(shí)提升空間區(qū)域內(nèi)的功能配置，包括滅火設(shè)施、警報(bào)設(shè)施等，需利用遠(yuǎn)程控制技術(shù)和有線通信形式，使上述功能具有必要的實(shí)現(xiàn)空間。

LNG燃?xì)饣旌蟿?dòng)力船舶安全控制中心遠(yuǎn)程對(duì)LNG燃?xì)庀到y(tǒng)進(jìn)行管控，為保證通信系統(tǒng)工作質(zhì)量，所有通信工作均以有線形式為主，具體執(zhí)行單元包括三大類，即通風(fēng)單元、滅火單元以及警報(bào)單元。在此基礎(chǔ)上，額外設(shè)置緩沖空間，該空間直接通過可視化技術(shù)接受控制中心管控，發(fā)揮輔助性功能。當(dāng)LNG燃?xì)庀到y(tǒng)出現(xiàn)泄漏問題、火災(zāi)隱患時(shí)，以該空間提供空氣流通、滅火處理、警報(bào)等方面的緩沖，作為其他裝置提供空間意義上的作業(yè)區(qū)域。

3.2.3加強(qiáng)安全系統(tǒng)敏感性

安全系統(tǒng)工作敏感性，即安全系統(tǒng)實(shí)時(shí)感知LNG燃?xì)饣旌蟿?dòng)力船舶安全隱患的準(zhǔn)確性，一些風(fēng)險(xiǎn)尚不突出的安全問題，如果不能及時(shí)得到控制，可能快速擴(kuò)大，形成LNG燃?xì)庑孤?、燃燒甚至爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。未來主張采用大數(shù)據(jù)技術(shù)提升對(duì)安全問題的感知效果。

如上文所述的通風(fēng)管控、燃料攜帶總量等，通風(fēng)系統(tǒng)的作業(yè)參數(shù)決定了LNG燃?xì)獾南♂屇芰?，燃料攜帶總量的得當(dāng)性，可以規(guī)避燃料不足風(fēng)險(xiǎn)，也能保證貨運(yùn)能力。可以通過大數(shù)據(jù)進(jìn)行信息采集，確定合理的作業(yè)參數(shù)。以“LNG燃?xì)饣旌蟿?dòng)力船舶”“航行耗氣量”“復(fù)雜航道的燃?xì)馐褂眯枨蟆钡葹殛P(guān)鍵詞，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)信息的篩選，之后利用云計(jì)算等方式，對(duì)篩選所獲的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理，確定LNG燃?xì)饣旌蟿?dòng)力船舶航行的耗氣量，形成標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)體系，應(yīng)用于LNG燃?xì)饣旌蟿?dòng)力船舶安全控制工作中。

4結(jié)論

綜上所述，LNG燃?xì)饣旌蟿?dòng)力船舶安全技術(shù)作用突出，直接影響船舶的安全性，需要在實(shí)際工作中加以重視，尋求優(yōu)化。目前來看，LNG燃?xì)饣旌蟿?dòng)力船舶安全風(fēng)險(xiǎn)較多，包括火災(zāi)和爆炸風(fēng)險(xiǎn)、泄漏風(fēng)險(xiǎn)、低溫風(fēng)險(xiǎn)等。從安全角度出發(fā)，控制上述風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)強(qiáng)調(diào)針對(duì)性，以監(jiān)控技術(shù)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)以及應(yīng)急處理技術(shù)為中心，其具體實(shí)現(xiàn)則涉及實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)制建設(shè)、應(yīng)急系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安全問題的靈敏感知等。具體工作中應(yīng)結(jié)合船舶特點(diǎn)加以選用，提升LNG燃?xì)饣旌蟿?dòng)力船舶安全水平。

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