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LNG终端船岸连接紧急关断系统

范文

张鹏飞

【摘要】为了正确使用液化天然气（LNG）终端船岸连接的紧急关断（ESD）系统，通过总结ESD动作及原因，结合船岸连接ESD系统的作用，分析气动ESD连接、Pyle-National电动连接头、光纤连接头、ITT-Cannon电话连接头、MiyakiDenki电动连接头、SIGTTO电动连接系统等类型的标准及工作原理。在LNG船舶靠泊LNG终端时，应根据船岸连接系统的不同进行不同的操作。

【关键词】液化天然气（LNG）；终端；船岸连接；紧急关断（ESD）系统；码头

1 紧急关断（ESD）系统介绍

ESD系统的作用是船舶在靠泊液化天然气（LNG）接收站或出口站期间出现紧急情况时，停止卸货，切断LNG和天然气（NG）传输，确保货物处理系统处于安全、稳定的状态。在LNG终端，即LNG出口站和LNG接收站，有两种方式的保护措施：ESD-1和ESD-2。紧急关断过程大致分为两个阶段：

（1）第一阶段（ESD-1）：关断货物传输过程，关闭卸料臂双球阀和船侧ESD阀门，停止船侧货泵、岸侧阀门和船岸上其他相关的设备系统；

（2）第二阶段（ESD-2）：发生第一阶段所有ESD动作，激活卸料臂上的紧急释放系统，解耦卸料臂，使船上与岸上传输设备分开。第二阶段的主要作用是在船舶超出预先设定的卸料臂安全操作范围时，保护卸料臂和船舶歧管。紧急释放系统既可从船上激活，也可从岸上触发。紧急释放系统完全独立，其操作并不依赖于船岸连接的ESD系统。

1.1 ESD-1（装/卸货）的触发动作

ESD-1（装货）的触发动作应引起视觉和听觉报警，同时伴有相关动作（见表1）。

表1 ESD-1（装货）触发后伴随的船侧和岸侧动作

ESD-1（卸货）的触发动作使船侧和岸侧产生相关动作（见表2）。

表2 ESD-1（卸货）触发后伴随的船侧和岸侧动作

1.2 触发ESD-1的注意事项

（1）卸料臂快速连接和断开接头易因压力过高而损坏，因此，船侧和岸侧的ESD阀门关闭时间应根据管道中液体流向进行验证，以便水锤压力控制在卸料臂内液体的上游。在LNG出口站，岸侧ESD阀门应在船侧歧管阀门之前关闭；LNG接收站则相反。根据《散装运输液化气体船舶构造与设备规范》，船上歧管阀门应在之内关闭。通常来说，船侧歧管阀门应在25～30 s之内关闭。

（2） LNG船的货物阀门采用远程控制系统，并使用液压装置。ESD阀门的液压装置应提供压力和温度补偿，确保阀门关闭时间的持续稳定。

（3）手动触发ESD系统和触发熔丝连接器都可使燃气压缩机跳闸，因此，在装（卸）货前，通常会进行ESD-1系统功能测试。该测试不会干扰气体燃烧系统对船舱压力的安全处理。ESD-1触发的动作还包括再液化系统被关闭，相应的冷凝液返回泵停止工作，这说明LNG船的闪蒸气（BOG）压缩机在工艺上除了与再液化系统关联，也与气体燃烧器（GCU）有关。一般来说，LNG船的ESD-1触发逻辑与惰性气体系统无关，原因在于LNG船上的惰性气体产生器未与货物系统相连接。

1.3 ESD-2（装/卸货）的触发动作

ESD-2（装/卸货）的触发应引起视觉和听觉报警，同时伴随相关动作（见表3）。

表3 ESD-2（装/卸货）触发后伴随的船侧和岸侧动作

ESD-2紧急释放系统的功能是从船侧断开卸料臂，每个卸料臂均配有动力紧急释放耦合器，在紧急情况下断开卸料臂，以保证LNG泄漏量最少。许多LNG终端装有水锤缓冲释放系统，该系统在LNG出口站配有一个快速启动的安全阀，该阀可在ESD-2紧急释放系统和ESD-1阀门关闭时，将管道中残存的LNG送至缓冲罐，将水锤危害降至最低。在一些LNG终端，该系统可能具备自动收回登船梯的功能。需要注意的是，在ESD-2触发引起卸料臂断开之后，LNG会在动力紧急释放耦合器和船侧的歧管之间有少量残留。

2 ESD触发原因

ESD-1和ESD-2跳闸可能由以下原因（见表4和表5）造成。

表4 ESD-1跳闸原因

表5 ESD-2跳闸原因

3 船岸连接ESD系统的类型

目前，绝大多数LNG终端船岸连接系统有光纤式、电动式、气动式3种类型。船舶的ESD系统至少有一种与终端的ESD系统相匹配，其型号、连接器也应与终端的ESD系统相匹配。此外，应确认船舶ESD系统连接箱的位置与岸侧的位置是否合适，以保证终端码头船岸连接系统的连接线可以顺利连接。

根据国际气体船和码头经营者协会（SIGTTO）的建议，终端配有光纤和电动两个系统，气动式的船岸连接系统通常作为船岸连接系统的备用系统使用。

3.1 气动ESD连接

在大多数LNG终端，气动连接仅仅在船岸连接的主连接系统（光纤或电动连接系统）出现故障时，作为备用系统使用。典型的气动系统工作原理见图1。

图1 典型气动系统工作原理

该系统的操作压力在0.2～0.7 MPa不等，气管空气由岸侧或船侧装置提供。正常的设定值为供给压力的80%，以确保报警快速触发，通常使用0.5 MPa的供给压力和0.2 MPa的报警压力。

在实际配置中，至少使用两种类型的连接头，最常用的是标准号为MIL-C-51234的快速连接头。该连接头源于Snap-tite“H”或Nitta-Moore系列。连接头的一个短节安装在船侧与软管连接的耦合器的固定管道上。在正常情况下，耦合器设置在软管的两端，以便在不使用时可与终端短节完全断开。

3.2 Pyle-National电动连接头

最初的Pyle-National控制连接头的电缆由16个经筛选的槽销组成（见表6）。

表6 Pyle-National电动连接头电缆槽销类别和标准

值得注意的是，所有后来使用Pyle-National类型船岸连接系统的LNG终端，都基本遵循了该系统的工作原理，仅在电话通信方面有少量修正。总的来说，最开始的5个槽销（第01针～第10针）仍保留用作电话通道，但个别的电话设置及配置由于要与其具体工程相匹配，可能会作相应的调整。

为了充分利用这些槽销，很多终端将连接电缆芯的数量增至18对，通常将第29针至第36针槽销用作额外的用途，比如缆绳系泊监控或水文气象监控。

目前为止，所有终端在ESD-1方面几乎没有什么不同。这些终端一直在使用8号槽销触发船侧至岸侧的ESD-2信号。现在几乎每个新的LNG终端都将7号槽销用作岸侧至船侧的ESD-1信号。在一些终端和LNG船舶中，7号和12号槽销兼容了触发岸侧至船侧ESD-1的功能。

为了避免该系统的过度复杂，改善其实用性，SIGTTO建议所有岸侧触发的信号由岸侧ESD联锁触发ESD-1信号，并传递到船侧。

对于新的LNG终端来说，气压信号（6号槽销）、“持续”信号（9号和10号槽销）、终端储罐高液位（11号槽销）和卸料臂过度伸展（13号和14号槽销）几乎没有必要使用。对所有的新建LNG项目来说，用作船岸ESD-1功能的槽销应按照表7标准。

表7 新建LNG项目船岸ESD-1功能的槽销标准

由于光缆（电缆）和船侧连接箱处于货物作业中的危险区域，接触状态应由合适的本安装置如开关/接近传感器接口单元检测，并将信号中继传输给安全区域的设备。所有的船岸连接都应具备双向的ESD-1信号传递动能：从船侧向岸侧传递和从岸侧向船侧传递。除此之外，该连接系统也具备通信功能：在船侧和岸侧的控制室内，应至少建立一个电话连接，以提供有效的通信方式。该功能通过3号槽销（第05/06针）实现，还能实现私人电话模式；4号和5号槽销备用，在连接其他电话时使用。

3.3 光纤连接头

标准的光纤连接见表8，光纤连接头插芯位置见图2。光纤系统配有测试插头，通过内部环形循环，将船侧到岸侧的信号返回至相关的接收器，其常与测试按钮配合使用，证明从本地到船侧或码头连接头的光纤循环畅通。该测试插头在测试结束时应取回。

表8 光纤连接方向及信号传输

3.4 ITT-Cannon电话连接头

船侧连接头是一个ITT-Cannon型的插头，该插头的一个标准配置见表9，插口位置见图3。

表9 船侧连接头插头标准配置

3.5 Miyaki Denki电动连接头

Miyaki Denki电动连接头由日本的Miyaki公司生产，达到了欧洲电工标准委员会的防爆要求，现有的设计型号为21-EC-PT。该插座配有一个开关，以预防插头插入或移除时插头带电。

任何采用该系统的新工程应遵循以下插口配置标准（见表10）。在该标准中，仅有两个插头是必须的，一个用作ESD-1，另一个用作电话通信。使用该连接的LNG终端应能双向传递ESD-1信号，以便在ESD动作时，船侧和岸侧的相关阀门均可关闭。供货时，插头的6号槽销通常接地，实际使用中应移除该连接。

表10 Miyaki Denki电动连接头插口配置标准

3.6 SIGTTO电动连接系统

SIGTTO电动连接系统标准的岸侧配置由终端控制室安装的装置、码头装置和无插头的船/岸电缆组成。标准的船侧配置由船侧控制室安装的装置、船侧左舷和右舷歧管区域安装的国际固定插座配件组成。

该系统的船/岸电缆由无保护膜的蓝色护套双绞线组成，目的是若有潜在的火花风险，该护套可由岸上的接地物体切断。

4 船岸连接ESD系统的作用

船岸连接ESD系统的作用包括3个方面：（1）使船岸之间实现电话通信（热线电话、公共电话和私人电话），保持装（卸）货期间的沟通及时、顺畅，保证安全操作；（2）实现缆绳张力监控系统的数据传输，使电脑实时反映缆绳的张力情况，便于船上对缆绳的监控；（3）实现ESD系统的作用，一旦船舶或终端发生断电、爆炸、LNG泄漏、起火或船舶发生快速漂移等紧急情况时，立即关闭卸料臂双球阀（出现ESD-2时，卸料臂回收），船上卸货泵停止，关闭船侧和岸侧的相关阀门，从而确保LNG泄漏量最少，减少事故造成的损失。[1]

5 结语

本文主要介绍了目前LNG终端使用的船岸连接ESD系统，由于国际上不同LNG终端建设情况不同，不同船舶所有人对LNG船舶建造要求各异，船岸连接系统可能略有差异。因此，在实际操作中需要因地制宜。

参考文献：

[1] 陈汝夏，刘涛.LNG接收站船岸界面匹配研究分析[J].油气储运，2012，31（z）：60-63.

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