摘要：液化天然氣（LiquefiedNaturalGas，LNG）具有清潔無污染、便于存儲、重量較小等優(yōu)勢，在混合動力船舶中較為多見，其理化性質的特殊性也要求重視安全管控。以LNG燃氣混合動力船舶安全風險為切入點，在此基礎上，分析其安全技術要點以及實現(xiàn)方法，包括建立實時監(jiān)控機制、重視應急系統(tǒng)設計、加強安全系統(tǒng)敏感性等，為LNG燃氣混合動力船舶安全控制工作提供服務。

關鍵詞：液化天然氣混合動力船舶安全技術要點

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）混合動力船舶是指可以同步借助柴油動力系統(tǒng)、LNG燃氣動力系統(tǒng)推進的船舶，其優(yōu)勢在于經(jīng)濟性、環(huán)保性、穩(wěn)定性較高，是當前以及未來船舶設計的主要趨勢之一。然而，由于LNG燃氣理化性質比較特殊，其出現(xiàn)安全問題的可能性較高，這又客觀要求做好LNG燃氣混合動力船舶安全設計，減少安全問題的發(fā)生率，或在已經(jīng)出現(xiàn)安全問題后及時加以控制，降低安全問題破壞性[1]。當前LNG燃氣混合動力船舶安全態(tài)勢總體尚可，出于進一步提升其設計水平、優(yōu)化使用能力的目標，分析LNG燃氣混合動力船舶安全風險、技術要點以及實現(xiàn)方法等，具有一定積極價值。

1LNG燃氣混合動力船舶安全風險

1.1火災和爆炸風險

LNG燃氣，即液化天然氣燃氣，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，液化天然氣的質量僅為同體積水的45%左右，將其應用于混合動力船舶動力系統(tǒng)作為能源，可以減少船舶自重，增加貨運量。然而，甲烷本身具有可燃性，也可能爆炸，這又導致LNG燃氣混合動力船舶面臨火災和爆炸風險的風險。按照現(xiàn)有研究，LNG燃氣的燃點在650℃上下，現(xiàn)有商用LNG燃氣密閉空間內遇明火可燃燒，當其密閉空間內在濃度達到4.7%～15%時，遇明火可發(fā)生爆炸[2]。

1.2泄漏風險

泄漏風險并非LNG燃氣的獨有風險，任何船舶動力系統(tǒng)燃料均有泄漏風險。然而，由于LNG燃氣的可燃可爆炸風險更大，相同密閉空間內，其爆炸和燃燒的風險更突出，且混合動力船舶往往裝載柴油機，但LNG燃氣泄漏爆炸后，也可能同步誘發(fā)柴油機組異常，形成柴油燃燒、泄漏等問題。值得注意的是，因LNG燃氣的主要成分為甲烷，具有很強的揮發(fā)性，泄漏、在船舶動力系統(tǒng)以及周邊區(qū)域富集且無法進一步外排，可能引發(fā)大規(guī)模的事故，進一步增加事故危害[3]。

1.3其他風險

LNG在船舶上的應用主要作用是環(huán)保的需求，減少碳排放量。LNG燃氣的體積很小，船舶常規(guī)航行所需攜帶的LNG燃氣也可以相對較少。LNG燃氣混合動力船舶在應用LNG燃氣提供動力的同時，也攜帶柴油，這一模式可以提升船舶動力系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，為船舶提供動力能源方面的保障。雙燃料改造后，產生的負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，LNG燃氣可能產生低溫傷害，泄漏容易造成人員低溫損傷[4]。

2LNG燃氣混合動力船舶安全技術要點

2.1監(jiān)控技術

LNG燃氣混合動力船舶安全技術的核心要點，在于提升對動力系統(tǒng)的實時管控能力，這要求使用監(jiān)控技術，對LNG燃氣動力系統(tǒng)以及混合動力系統(tǒng)、柴油動力系統(tǒng)進行信息采集和實時監(jiān)控，以保證其不存在安全方面的問題。與此同時，必要的監(jiān)控也能幫助駕駛人員了解動力系統(tǒng)燃料儲備情況，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，且不能及時得到救援的情況下，保證行駛安全[5]。

2.2系統(tǒng)設計技術

上文對LNG燃氣混合動力船舶安全風險進行了分析，可知LNG燃氣泄漏并不是導致爆炸、火災的唯一因素，只有在密閉空間內才存在燃燒、爆炸的可能，且需要該空間內存在氧氣和明火。這為系統(tǒng)設計和安全控制提供了思路，即對系統(tǒng)的封閉性、火源以及氧氣濃度進行管控，確保LNG燃氣動力系統(tǒng)空間設計的合理性，即便出現(xiàn)少許泄漏也不會誘發(fā)燃燒、爆炸等問題。

2.3應急處理技術

考慮到LNG燃氣混合動力船舶可能在行駛過程中出現(xiàn)各類狀況，且LNG燃氣的理化性質也是固定不變的，其安全方面的風險難以根本免除。未來還應從技術角度出發(fā)，設計能夠應對突發(fā)情況的處理系統(tǒng)，包括通風系統(tǒng)、明火控制系統(tǒng)、泄漏區(qū)域隔離機制等。從綜合控制安全風險的角度出發(fā)，應急處理技術必須具有高度的靈敏性，且能夠從遠程端直接提供控制服務。

3LNG燃氣混合動力船舶安全技術實現(xiàn)方法

3.1LNG燃氣混合動力船舶安全技術實現(xiàn)原則

3.1.1易用性

未來LNG燃氣混合動力船舶安全技術的實現(xiàn)、應用，需要首先保證易用性，即相關技術能夠以較簡練的方式用于相關船舶的安全控制，負責管控該系統(tǒng)的人員，能夠在經(jīng)過簡單培訓后，快速適應工作需要。主張以信息技術以及對應設備為核心，根據(jù)LNG燃氣混合動力船舶安全技術需求，設計可靠的工作系統(tǒng)，在控制端提供遠程服務、一鍵管控等一般功能。

3.1.2穩(wěn)定性

穩(wěn)定性，是指LNG燃氣混合動力船舶安全技術的應用應較為穩(wěn)固，能滿足安全控制需要，也能應對一些簡單的破壞，包括物理形式的破壞，也包括控制系統(tǒng)功能波動等。如借助信息技術進行動力系統(tǒng)控制，當存在通信干擾問題時，能夠以有線形式提供信息指令，實現(xiàn)對安全系統(tǒng)的控制。此外，由于LNG燃氣混合動力船舶安全風險帶有多樣性，還應重視技術應用時的覆蓋效應，以一項技術覆蓋多個安全要素，或以多項技術完成所有安全要素的管控，進一步提升技術應用的實效性。

3.1.3經(jīng)濟性

LNG燃氣混合動力船舶安全技術的實現(xiàn)，以經(jīng)濟性為附加原則，經(jīng)濟性是指在保證相關安全技術穩(wěn)定、易用的基礎上，也能控制支出，避免開支過大的問題。以信息技術為例，信息技術的應用以計算機等智能終端設施為前提，性能較突出的計算機以及其工作系統(tǒng)，其購買成本可能達到數(shù)十甚至數(shù)百萬元以上，出于控制LNG燃氣混合動力船舶安全的目的，此類計算機的性能過剩，在具有一般功能的情況下，并不能顯著提升安全技術的應用效益。未來主張結合船舶工作特點、安全控制需要，合理進行設施采買，削減非必要開支。

3.2LNG燃氣混合動力船舶安全技術實現(xiàn)方法

3.2.1建立實時監(jiān)控機制

監(jiān)控技術在LNG燃氣混合動力船舶安全工作中的作用比較突出，其實現(xiàn)主要依賴傳感設施、可視化設施以及智能終端，此外對通信技術以及其他輔助技術具有一定依賴性。按照一般船舶的工作需求，其監(jiān)控機制建設可采用如圖1所示。

根據(jù)圖1所示，實時監(jiān)控機制通過兩種方式對LNG燃氣系統(tǒng)進行信息采集，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燃氣系統(tǒng)所屬區(qū)域空間內的空氣成分等。所有信息采集完成后，實時傳遞至智能終端進行分析，以評估是否存在風險，根據(jù)分析結果，決定下一步處理指令。

以泄漏問題的分析為例，LNG燃氣系統(tǒng)所屬空間內的甲烷濃度一般應為0，但由于一些動態(tài)因素影響，其實際濃度一般稍高于0，但并不存在燃燒和爆炸風險。默認其危險濃度標準為4.7%，實際工作中，如果LNG燃氣系統(tǒng)區(qū)域出現(xiàn)異常因素導致甲烷泄漏，區(qū)域內的甲烷濃度會出現(xiàn)上升，可以應用傳感器，對目標區(qū)域內的甲烷濃度信息進行采集，采集結果可形成一個數(shù)集：

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

當傳感器收集的數(shù)據(jù)持續(xù)加大，不斷接近4.7%時，表明區(qū)域內甲烷濃度異常升高，存在安全風險。該問題被智能系統(tǒng)分析、察覺，智能系統(tǒng)下達指令，開放區(qū)域內的排氣扇，加快區(qū)域空氣流通，使甲烷濃度被稀釋，同時發(fā)出警報，提示工作人員進行檢查、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。其具體工作中應用數(shù)字化轉化技術，將來自監(jiān)控區(qū)域內的信號轉化為可視化信息，再借助數(shù)字化設施予以呈現(xiàn)。在甲烷泄漏事故中，通過可視化技術對通風系統(tǒng)工作情況進行跟蹤，并實時監(jiān)控LNG燃氣系統(tǒng)所屬空間周邊的工作情況，嚴格限制明火進入，為保證信息質量，可在監(jiān)控終端設置提純器，對監(jiān)控所獲信息進行加強，使其能夠更加清晰化、直觀化，也能免受LNG燃氣混合動力船舶各類電磁場干擾，提升安全控制工作質量。

3.2.2重視應急系統(tǒng)設計

應急系統(tǒng)設計主要從LNG燃氣系統(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，使空氣可以快速進入，同時提升空間區(qū)域內的功能配置，包括滅火設施、警報設施等，需利用遠程控制技術和有線通信形式，使上述功能具有必要的實現(xiàn)空間。

LNG燃氣混合動力船舶安全控制中心遠程對LNG燃氣系統(tǒng)進行管控，為保證通信系統(tǒng)工作質量，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，即通風單元、滅火單元以及警報單元。在此基礎上，額外設置緩沖空間，該空間直接通過可視化技術接受控制中心管控，發(fā)揮輔助性功能。當LNG燃氣系統(tǒng)出現(xiàn)泄漏問題、火災隱患時，以該空間提供空氣流通、滅火處理、警報等方面的緩沖，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)實時感知LNG燃氣混合動力船舶安全隱患的準確性，一些風險尚不突出的安全問題，如果不能及時得到控制，可能快速擴大，形成LNG燃氣泄漏、燃燒甚至爆炸的風險。未來主張采用大數(shù)據(jù)技術提升對安全問題的感知效果。

如上文所述的通風管控、燃料攜帶總量等，通風系統(tǒng)的作業(yè)參數(shù)決定了LNG燃氣的稀釋能力，燃料攜帶總量的得當性，可以規(guī)避燃料不足風險，也能保證貨運能力?？梢酝ㄟ^大數(shù)據(jù)進行信息采集，確定合理的作業(yè)參數(shù)。以“LNG燃氣混合動力船舶”“航行耗氣量”“復雜航道的燃氣使用需求”等為關鍵詞，實現(xiàn)對相關信息的篩選，之后利用云計算等方式，對篩選所獲的數(shù)據(jù)信息進行整理，確定LNG燃氣混合動力船舶航行的耗氣量，形成標準化作業(yè)體系，應用于LNG燃氣混合動力船舶安全控制工作中。

4結論

綜上所述，LNG燃氣混合動力船舶安全技術作用突出，直接影響船舶的安全性，需要在實際工作中加以重視，尋求優(yōu)化。目前來看，LNG燃氣混合動力船舶安全風險較多，包括火災和爆炸風險、泄漏風險、低溫風險等。從安全角度出發(fā)，控制上述風險應強調針對性，以監(jiān)控技術、系統(tǒng)設計技術以及應急處理技術為中心，其具體實現(xiàn)則涉及實時監(jiān)控機制建設、應急系統(tǒng)設計、安全問題的靈敏感知等。具體工作中應結合船舶特點加以選用，提升LNG燃氣混合動力船舶安全水平。

參考文獻

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