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集液盘在LNG相关船舶上的应用
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    LNG drip trays(一般可译成“承接池、承接盘、承滴盘、集液池以及集液盘”等,本文中称作“集液盘”)的作用是在船上用来承接泄漏的LNG,设置集液盘是减小LNG灾害后果的一种简单且行之有效的手段。
   在LNG运输船、加注船、RV、FSRU以及FLNG上,集液盘主要应用在装卸货、加注、过驳管汇(Manifold)下方,其与防护墙、导流槽、水幕系统等共同构成了装卸货区域、加注对接区域以及再气化区域等区域的泄漏防护体系。另外,LNG运输船的B型独立型液货舱,其部分次屏壁(Partial secondary barrier)也可称作集液盘或Drip pan。LNG加注趸船的某些形式储罐下方也需设置相当于围堰的集液盘。
   对于LNG燃料动力船,在充装站的充装口下方需设置集液盘,有时与泄放装置联合应用。在甲板燃料罐的泄漏源(法兰、阀门等)下方,当未设置“冷箱”时,也需设置集液盘,此时其与低温探测联合起来构成防护体系。
   1、LNG传输管汇(Manifold)下方的集液盘

图1 LNG传输管汇下方的集液盘


   传输管汇下方的集液盘一般形式见图1。集液盘上有供船员行走的格栅步道,为防止集液盘发生泄漏,在集液盘下方的钢结构上使用水帘、水池来进行防护。液货舱的盖板(tank cover)和舷侧采用水帘(water curtain)保护,上层甲板上设置蓄水池。水帘、蓄水池的作用是将泄漏的LNG与普通碳钢结构隔开,流动的水帘可将低温能量带走,不至于对船体结构的普通碳钢造成低温损伤。
   2、B型独立液货舱的部分次屏壁

 

图2 LNG运输船B型独立液货舱(MOSS型舱)的集液盘应用


   IGC规则中要求B型独立液货舱设置部分次屏壁,该部分次屏壁也叫做集液盘,其作用是防护少量的LNG泄漏造成船体结构的低温损伤。图2为MOSS舱的集液盘。
   3、LNG燃料动力船充装口下方的集液盘

(a)

(b)

(c)

(b)、(c)为挪威LNG动力船充装接口处的集液盘

图3 LNG燃料动力船的集液盘应用


   在中国船级社(CCS)《天然气燃料动力船舶规范》中规定在LNG动力船充装接头下方应设置集液盘,并应通过一根开口向下并靠近水面的排放管将泄漏的LNG排出舷外。此处的集液盘可见图3所示,图中集液盘的照片为两种形式,集液盘(b)不能大量储存泄漏的LNG,集液盘(c)可大量储存泄漏的LNG。
   4、LNG加注趸船储罐下方的集液盘

图4 LNG加注槽车的集液盘


   LNG加注趸船是适用于我国长江的一种水上加注站,CCS已经编制完成《液化天然气燃料水上加注趸船入级与建造规范》。由于加注趸船储罐容量相对较小,宜采用真空绝热罐。这种储罐如果采用深井泵,则在经济上、技术上有一定困难,所以采用体外潜液泵实施对外加注。体外潜液泵一般需要从储罐的底部出液,存在大量泄漏的危险。为了对储罐泄漏防护,需要在储罐下方设置大型集液盘(或称为围堰、拦蓄区)(参见本刊2013年第6期“LNG加注站储罐防护形式”一文)。
   这种防护措施与国际上陆上LNG加注站或加注槽车一致。国内外采用底部出液储罐的陆上加注站均要求设置围堰。如图4所示,国外的底部出液带泵移动式加注槽车(mobile fueling units)也设置了集液盘(在车上设置不锈钢围堰)。
   以往,LNG船运营者倾向于在集液盘中盛少量的水,这源于经验做法,可能主要考虑用水来隔绝低温。国际液化气体船及码头经营者协会(SIGTTO)于2010年10月曾对此问题做过讨论,结论是不建议在集液盘中盛水,集液盘应保持干燥(应采取雨水排放措施)。原因是:水会加速泄漏LNG的蒸发,虽然缩短了泄漏LNG存在的时间,但快速蒸发会导致产生更多可燃的蒸气云,会扩大危险距离;由于水的存在,减小了集液盘的有效容积,降低了对泄漏的LNG的储存量;当LNG与水接触会有发生快速相变爆炸(RPT)的风险。
   另外,集液盘必须满足两个属性:一是要有一定的结构强度,满足泄漏液体的静压力;二是要能有效与船体结构进行隔热。此两个属性需要通过试验或者计算验证。图5是CCS对一方形1m(长)×1m(宽)×0.3m(高),壁厚为3mm的集液盘进行的强度计算和隔热计算。

图5 集液盘的强度计算和隔热计算


   对于大型集液盘,考虑到集液盘自重和盛装液体的重量,需要设置多个支撑,而采用钢结构支撑过多会带来低温传导至船体结构的问题。鉴于此,CCS提出了一种新型集液盘,集液盘的隔热采用泡沫玻璃砖,泡沫玻璃砖质量轻,隔热性能好,且具有一定结构强度,不需要在集液盘和船体结构之间设置钢结构支撑。该种新型集液盘经过了CCS的试验和有限元传热计算验证(见图6)。

图6 新型集液盘试验和有限元传热计算验证


   该种形式集液盘的施工关键是泡沫玻璃砖的铺设。如果泡沫玻璃砖严重受潮,则其隔热性能会受影响,所以,泡沫玻璃砖层与层之间要铺设防水材料,且在施工过程中要注意防水。另外,集液盘侧壁高度在设计允许范围内应尽量提高,这可以有效缓解蒸气云快速扩散,以免快速形成可燃气体区域。

CCS武汉规范研究所 范洪军 甘少炜 吴顺平