何金平，王連佳，王炳軒，張龍

(中海油能源發(fā)展股份有限公司 采油服務(wù)分公司，天津 300452)

世界上已建造的LNG運(yùn)輸船中,大型LNG運(yùn)輸船多采用薄膜形式，中小型LNG運(yùn)輸船大都采用獨(dú)立C型。C型獨(dú)立液貨可以采用圓筒形，為了充分利用船體空間、提高容利用率，通常采用雙聯(lián)圓筒形，也就是常所說的雙耳形；其封頭形式一般采用球形封頭，但有時因為主尺度的限制，也會考慮采用碟形封頭。常用的標(biāo)準(zhǔn)雙耳罐見圖1。

圖1 雙耳型獨(dú)立C型液貨

液化氣船一般是布置型船舶，主尺度的選擇要從總布置(容和布置地位)及船舶性能等方面來考慮，船舶的主尺度又影響液罐的尺寸和容量，二者相互制約，相互影響[1]。

目前國內(nèi)關(guān)于超過20 000 m3的大容量液貨蒸發(fā)率的研究大多處于理論分析階段，具體實驗數(shù)據(jù)文獻(xiàn)較少。本文在原有液位計測量法的基礎(chǔ)上，將通過對測試目標(biāo)的具體分析，依據(jù)每日損失的液貨質(zhì)量，建立適用于本液貨液位計測量公式。

1 主要設(shè)計參數(shù)

該型船舶通常配備4個液貨艙，為C型雙耳結(jié)構(gòu)液罐，1#罐總?cè)莘e為7 297.5 m3，其他的3罐(2#、3#、4#)外形尺寸一致，各罐容積基本相同(～7 944.8 m3)，絕緣材質(zhì)為主體厚度340 mm的聚氨脂板，現(xiàn)場施工工藝及狀態(tài)均相同。貨品組份按照IGF規(guī)則定義的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計組分。

最大允許釋放壓力(MARVS，按IMO/ABS)為0.35 MPa；

最小允許壓為0.075 MPa；

最小貨物溫度為-164 ℃；

絕熱材料總傳熱系數(shù)為0.095 W/(m2·K)

最大日蒸發(fā)率為0.22%；

液貨充注率為≥98%；

LNG液貨汽化潛熱為520.7 kJ/kg。

2 測試標(biāo)準(zhǔn)及方法

LNG船液貨屬于低壓絕熱容器，液貨LNG平均溫度一般低于-140 ℃，屬于深冷液體范圍，參考GB/T 18443.5—2010《真空絕熱深冷設(shè)備性能測試方法》中關(guān)于靜態(tài)蒸發(fā)率測量標(biāo)準(zhǔn)部分[3]。

國標(biāo)里給出了3種較為典型的蒸發(fā)率測試方法，分別為稱重法測量和氣體流量計測量，其中氣體流量計測量分為濕式氣體流量計測量和氣體質(zhì)量流量計測量。液貨系統(tǒng)設(shè)計廠家(TGE)提供的蒸發(fā)率測量參考程序“Boil off Gas Measurement Procedure”。本次測試目標(biāo)的LNG船液貨容積為30 000 m3，遠(yuǎn)大于稱重法中對于容積的要求，故稱重法并不適用。另外由于本LNG船液貨沒有安裝合適的流量計設(shè)備和可供測試的相關(guān)排氣管道，故無法通過氣體流量計法測量LNG的蒸發(fā)率情況[4]。

測量液罐蒸發(fā)率實際上是測量液貨單位時間內(nèi)的質(zhì)量差:

1.仔豬消化機(jī)能不全。斷奶仔豬從吃初乳變成了以飼料為主，加上斷奶應(yīng)激，降低了酶的水平。據(jù)資料表明，斷奶后一周各種消化酶活性降低到斷奶前水平的1/3，使本來就不足的酶含量更少，影響營養(yǎng)成分的消化和吸收。同時，斷奶后，仔豬胃內(nèi)由于胃酸不足，PH值升高，胃蛋白酶形成減少，對飼料中蛋白質(zhì)的消化率降低，消化不完全的飼料為腸內(nèi)致病性大腸桿菌及有害微生物的繁殖提供了有利條件，抑制了乳酸桿菌的生長，最終因消化不良而腹瀉。

mg=mb-mamb=pbVbma=paVa

(1)

將式(1)帶入到利用稱重法計算蒸發(fā)率公式。

(2)

式中：a0為測試蒸發(fā)率，%/d；mg為24 h蒸發(fā)的氣體質(zhì)量，kg/d;mb為被檢件測量前質(zhì)量，kg；ma為被檢件測量后質(zhì)量，kg；ρb為被檢件測量前密度，kg/m3；ρa(bǔ)為被檢件測量后密度，kg/m3；Vb為被檢件測量前體積，m3；Va為被檢件測量后的體積，m3；ρ1為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(100 kPa)下飽和液體的密度，kg/m3；V為被檢件的有效容積，m3。

LNG液貨內(nèi)均安裝有雷達(dá)導(dǎo)波式液位計，可以直接實時讀取液內(nèi)液貨的體積，考慮本船處于浮營運(yùn)狀態(tài)的客觀條件，故采用液位法測量LNG液貨的蒸發(fā)率，是基于目前現(xiàn)有設(shè)備條件及船舶營運(yùn)狀態(tài)下的最佳選擇，即根據(jù)一定時間后LNG 儲罐內(nèi)實際有效液體的體積變化計算儲罐內(nèi)LNG的蒸發(fā)量。[5]

3 蒸發(fā)率的計算

3.1 LNG液貨組分

液貨系統(tǒng)設(shè)計用于輸送貨物充分主要為甲烷(液化天然氣)，但是LNG液貨不是純凈的單一組分，通常伴有少量其他組分，見表1。

表1 LNG組分

LNG成分基本一致，組分摩爾數(shù)差異較小。此差異對蒸發(fā)率計算結(jié)果影響甚微。再則貨內(nèi)存液量及其他條件影響，液貨內(nèi)的組份也在不斷變化，分析報告內(nèi)的組分僅為參考。為減小計算結(jié)果隨機(jī)誤差，取甲烷數(shù)為中間值的組分分析報告作為依據(jù)

3.2 貨物數(shù)據(jù)的測量

在船舶運(yùn)營過程中，根據(jù)廠家對船舶貨艙蒸發(fā)率的計算要求，需要長期監(jiān)控記錄液貨艙貨物相關(guān)數(shù)據(jù)，貨物系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)作為液貨艙蒸發(fā)率驗證計算的輸入條件。該船貨艙貨物數(shù)據(jù)(部分)記錄見表2。

表2 液貨數(shù)據(jù)測量

3.3 計算取值

數(shù)據(jù)的預(yù)處理和篩選側(cè)重于對大量的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并從中篩選出最適合的原始數(shù)據(jù)作為

計算蒸發(fā)率的輸入?yún)?shù)。由于在測試液貨的日均蒸發(fā)率時，往往實驗時間較長，而在實驗過程中，內(nèi)壓力，環(huán)境溫度等參數(shù)均處于較不穩(wěn)定的波動狀態(tài)，因此不考慮對偏離程度大的數(shù)據(jù)點和數(shù)據(jù)波動大的時間段，而選擇參數(shù)變動較為平穩(wěn)的時間段所對應(yīng)的實驗數(shù)值，并采用平均值作為計算輸入項[6]。

LNG的組分和溫度決定了其密度。LNG根據(jù)其來源地的不同，組分往往也有差異。與此同時，LNG的溫度不同，其密度也不同。為減小密度對測算結(jié)果的影響，本報告中LNG的密度是根據(jù)船東提供的LNG組分報告，計算出的不同溫度下混合物密度。

(3)

式中：a1為蒸發(fā)率計算值；V1為測試前LNG體積；V2為測試后LNG體積；V3為貨艙容積；ρ1為測試前LNG密度；ρ2為測試后LNG密度；n為測試時間。

對各液貨的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，見表3。

表3 液貨貨物測量數(shù)據(jù)

根據(jù)LNG的組份報告，液貨LNG密度主要由各組分占比和溫度決定。由測試數(shù)據(jù)得知，液貨內(nèi)的LNG可以看作近似飽和狀態(tài)。由于船舶裝貨貨源溫度、能量帶入等因素的影響，船舶液貨的溫度通常在-157～153 ℃范圍之內(nèi)，溫度記錄見表4。

表4 貨物溫度數(shù)據(jù)表

LNG混合物溫度密度擬合曲線見圖2。

圖2 LNG混合物溫度密度擬合曲線

LNG混合物溫度密度擬合方程為

ρ=-1.42t+227.85

(4)

以貨艙1P為例，根據(jù)測試前LNG溫度計算得出LNG密度為449.78 kg/m3，體積為3 503.32 m3，測試后密度為447.69 kg/m3，體積3 499.55 m3，貨艙容積為3 679.29 m3，測試時間為2.5 d。代入到計算公式中得到貨艙1P蒸發(fā)率，同理可以計算出其余貨艙蒸發(fā)率[7]。

4 結(jié)論

對C型貨艙蒸發(fā)率，采用最常用的稱重法，通過對貨物系統(tǒng)運(yùn)營的實測參數(shù)進(jìn)行分析計算，得到相對準(zhǔn)確的貨艙蒸發(fā)率，從而驗證貨艙實際蒸發(fā)率與設(shè)計蒸發(fā)率的差異。

同時，貨艙蒸發(fā)率會受到LNG組分、環(huán)境溫度、液罐壓力，充灌率等的影響，可以在計算中進(jìn)行修正。另外，為保證貨艙蒸發(fā)率滿足設(shè)計，通常在貨艙設(shè)計過程中增加一定液罐絕緣厚度，預(yù)留一定設(shè)計余量。