对天然气燃料系统未明确技术要求的探讨

? 材料

最常用的LNG燃料罐材料是奥氏体不锈钢，其非比例延伸率为0.2% 、1.0%下的应力分别为RP0.2和RP1.0，ASME(美国机械工程师 )和中国强制性国标均采用RP0.2，EN(欧盟)标准采用RP1.0，而且RP1.0需对材料进行附加检验，综合考虑建议明确按RP0.2计算许用应力。

封头铁素体含量高容易导致晶间腐蚀。2015年前的船用LNG燃料罐就有过因封头铁素体含量高产生裂纹的案例，而IGF规则、船级社规范中均无相应要求。最近改版的深冷压力容器专业标准GB/T 18442.4-2019《固定式真空绝热深冷压力容器》增加了“内容器奥氏体不锈钢封头成形后，其过渡段和直边段的铁素体测量值应不大于15%” 的要求，船级社应考虑采纳。

? 燃料罐连接处所(简称“冷箱”)

冷箱是连接LNG燃料罐与发动机之间的主要环节，其内部设有LNG阀门、LNG气化器、供气管路、阀件、可燃气体探测器以及各种控制仪表等，其安全性非常重要。

1、阀门控制方式

为防止可燃气体聚集而发生事故，冷箱内应连续通风，冷箱进出口不能随意打开，否则将导致冷箱内通风失效，所以IGF规则虽未明示，但阀门应能在冷箱外予以“遥控”而非手动操作。

2、空气闸

空气闸的设置是为了隔断冷箱内外可燃气体的“串通”，所以空气闸内应正压通风，但IGF规则却未明确正压值要求。经查阅分析，CCS《海上移动平台入级规范》要求围蔽危险处所与非危险处所的压差值为50Pa，ISO 60092-506《Special features - Ships carrying specific dangerous goods and materials hazardous only in bulk》要求至少有25P的正压，可将此作为最小设定正压值。

对空气闸与冷箱进入口之间的“Entrance room”(进入室)，IGF规则未提出通风等技术要求，该区域成了技术盲点，是否应通风？通风量如何考虑？抽风机的冗余配置如何考虑等等？笔者参阅资料并分析后认为，DNV GL规范中的要求值得借鉴：“Spaces containing access openings for tank connection spaces shall be arranged with separate ventilation, providing at least 8 air changes per hour”。

3、通风

IGF规则要求，冷箱通风围阱内应设置、挡火闸和空气压力开关(或风量开关)，但缺乏对如何设置三者的前后顺序的明确要求，笔者认为：从冷箱由内向外的安装顺序应依次为挡火风闸→空气压力开关→风机，理由是当冷箱外部区域发生火灾时，风机并不会立即停转，若挡火风闸设置在风机外侧，火焰会通过风机叶轮间隙蔓延到冷箱内。

4、挡火闸及抽风机

IGF规则也未明确挡火闸技术要求，笔者认为，挡火闸应满足IMO MSC.365(93)决议“经过修正的《1974年国际海上人命公约》修正案”、IMO MSC.307(88)《2010年国际耐火试验程序应用规则》(IMO 2010年FTP规则第3部分)、国际船级社 (IACS)UI GC5等要求的故障安全型防火闸。IGF规则中缺少对抽风机的具体要求，笔者认为应选用满足防爆要求的、且满足船级社规范中消防篇要求的无火花风机，也应考虑满足GB/T 11800《船用防爆轴流通风机》等专业标准的要求。

5、LNG管路过滤器

IGF规则规定，LNG管路上应设过滤器，但缺乏过滤器的 孔尺寸的具体要求，经查阅资料，笔者认为应满足国际燃料气体 SGMF-WG6要求： 孔尺寸为ASTM20或ASTM60(孔径分别为0.25mm、0.84mm)，可作为对粗滤、精滤阶段滤器的精度要求。

? LNG燃料罐内液位监测

1、监测仪表

LNG燃料罐制造商均认为应选用电容式液位计、差压式液位计两种仪表的组合，来测量罐内LNG高度，前者精度较高，后者性价比较高，但因电容式液位计必须安装在罐内，一旦发生故障无法取出更换或维修，在LNG燃料罐使用寿命不小于20年的服役周期内，所以不应将电容式液位计作为液位测量、控制仪表，但因其精确度较高而将其作为正常辅助监测仪表，弥补差压式液位计精度的不足，倒是很好的方案。

IGF规则禁止使用穿透压力容器方式的液位计来测量罐内LNG液位高度，而陆用深冷压力容器行业用最多的恰恰是差压式液位计，鉴于其多年来的成熟使用历史，笔者和武汉规范所同仁共同认真讨论、研究后认为，差压式液位计管路破裂导致LNG大面积泄漏造成的风险极小，再综合其它分析，武汉规范所向IMO递交了应允许差压式液位计用于LNG燃料罐的技术提案，2019年IMO CCC6次会议上，IMO发布了允许其使用的统一解释，同时也大大节省了选用价格昂贵的雷达式液位计的费用。

2、装载极限

燃料罐内LNG的液位测量精确，是防止该罐被加注LNG时发生“过充”事故的关键(过充：系指实际装载极限超过最大允许装载极限，过充会导致罐内气相空间减小、压力升高、安全阀起跳时间提前等不利后果)。溢流引出测量管在罐内的具体高度位置确定：罐的装载极限与LNG装载时的温度、压力有关，笔者计算后得出，装载(加注)压力＞0.47MPa时，装置极限可为90%，在装载压力≤0.47MPa时，(允许)装载极限会降到83%以下，而此时若仍然还按深冷行业内通用的90%装载极限来加注，必然导致过充风险，这一点尚未被业内重视，需要重点关注。

? 低温阀件

IGF规则对管路部件的型式试验要求(包括低温阀件)，主要是依据国际船级社 的统一要求IACS UR G3 Rev.6《液化气体货物和处理管路》等，但对紧急切断阀(主气体燃料阀、燃料舱主阀、双截止透气阀等)这些最为重要的阀件缺乏具体要求，笔者认为应充分考虑IMDG CODE《国际海运危险货物规则》和相关国家标准、行业标准的要求，特别要注意以下要求：(1)易熔塞：应明确要求设置易熔塞，且其易熔合金熔化温度不应超过IMDG CODE规定的温度范围98℃～104℃(国家标准为75±5℃熔点合金，更为安全)；(2)气源管路材质：陆用紧急切断阀的气源管路材料大多采用PVC管，而船上要求使用熔点为925℃以上材料，应为金属材质(但不能使用铝管等熔点低金属)；(3)紧急切断阀关闭时间(从开始被激发关闭信号至阀门完全关闭的时间)：IGF规则第16.7.3.7条中给出了加注管路的紧急切断时间的计算公式，但笔者根据某国际知名品牌紧急切断阀的参数粗略计算，该关闭时间长达60秒以上，远远超过IMDG CODE要求小于30秒要求，虽然IGF规则明确该条要求仅适用于加注管路和LNG燃料罐溢流测满管路，但是紧急切断阀关闭时间长，会带来LNG燃料罐的过充风险，因此应在IGF规则第16.7.3.7条中明确补充说明，该时间还应满足IGF规则第16.7.3.6条要求，即“液体管系中的ESD阀应在启动后30秒内平稳关闭”。双截止透气阀：也应满足“遥控”的要求，但往往因为IGF规则未明确而被忽略。

? 罐体/管路防静电

1、LNG罐体、管路与船体的接地

IGF规则未明确接地具体要求，CCS《钢质海船入级规范》中要求管路与船体的节点电阻不应超过1MΩ(源自国际船级社 统一要求IACS UR E9：管系与船体之间电阻值≤1MΩ时，由液体/气体/蒸气流动所产生的静电放电的危险是可以避免的)，IEC 60092-502《船舶电气设备专辑-液货船》要求相同。我国标准的要求较为严格，国标GB/T 20801.4《压力管道规范-工业管道》、GB 50650《石油化工装置防雷设计规范》、SH 3097《石油化工静电接地设计规范》及GB/T 21431《建筑物防雷装置检测技术规范》等标准，均规定设备或管道系统的对地电阻值＞100Ω时应接地，接地电阻应≤10Ω。按电阻公式计算，假定搭接片长度为0.2cm，铜电阻率为0.0174μΩ?m，换算出电阻值为0.00035Ω，若用电阻率最大的镍铬合金计算结果为0.022Ω电阻，因此完全可引用CCS《钢质海船入级规范》第4篇“接地搭接(线)用铜或其它导电良好、耐腐蚀材料制成，接电线截面积不应小于10mm2”来设置接地。

2、LNG管路法兰之间的电气跨接

对输送介质为液化气体的管道，TSG D0001《压力管道安全技术监察规程—工业管道》、国家标准GB/T 20801.4《压力管道规范-工业管道第4部分-制作与安装》、GB 50235《工业金属管道工程施工规范》、GB 50517《石油化工金属管道工程施工质量验收规范》等，均有管路法兰电气跨接要求：每一对管道法兰或接头之间的电阻值大于0.03Ω时，法兰之间应设置导线（铜或其它导电性良好材料）跨接，IGF规则应予以补充明确。

以上所述观点和数据为笔者一家之言，理解未必正确，希望抛砖引玉，找到一些关乎LNG水上应用的技术关键点和管理关键点，毕竟国内外的海事监管机构、船级社、航运公司、船员、设备及系统制造商等各个环节，对于LNG的了解还较为陌生，相应的人员培训与资质、监管、硬件等很多方面储备不足，只有通过各方努力，使得LNG这一清洁、环保的燃料，能够广泛地、安全地应用于水运领域，让青山绿水变为现实。