LNG运输船(LNGC)是国际公认的技术含量高、建造难度系数大、附加值高的船舶。目前，在航最主流的LNG船包括MOSS型和薄膜型。近年来，薄膜型LNG船所占比例逐年增加。截至2023年第3季度，全国所有LNG接收站总共到港1080艘(包含装船和卸船)，其中MOSS型186艘，占比17.2%；薄膜型883艘，占比81.8%；自支撑型11艘，占比1.0%。不难看出，薄膜型LNGC占有绝大部分LNG市场份额。2024年将有89艘LNGC(总量14.9亿m³)交付，同比3年前的2021年10.1亿m³高48%。

由于所承运货物为极低温的液态天然气，在标准舱压下，其沸点为-163℃，极易蒸发。在蒸发气(BOG)不断生成下，货舱内及主次绝热层压力不稳定。为保证货舱安全，分析各操作过程货舱压力、绝热层压力要求或引起压力变化的原因，总结出操作注意事项。

主体舱型分类

法国GTT公司拥有MARK系列和NO.96系列两种薄膜型液货围护技术，在LNG液货围护领域占据了全球90%以上的市场份额。根据其采用的屏壁结构、绝热材料以及焊接等工艺的不同可分为3种形式：No.96型、Mark III型和CS-1型，其中CS-1型仅在小范围内开发和应用，主流的形式为两种：No.96型、Mark III型。

No.96型舱的货物围护系统于1983年研发推广沿用至今，性能稳定为行业领域公认。该系统主要包括主、次屏壁和主、次绝热层。其液货舱主屏壁和次屏壁均为一层仅0.7mm厚的殷瓦钢板(Invar)。其在极低温度条件下仍然保持微小的收缩量。通过连续焊接形式将殷瓦钢板逐次焊接，形成闭环，主、次屏壁建立，蒸发率约为0.15%/d左右。

Mark III型液货围护系统与No.96型类似，包括主、次屏壁和内壁空间、绝热层等。Mark III型船的液货舱主屏壁是1.2mm厚的波纹状不锈钢，波纹结构可以吸收由于温度降低产生的收缩和船体弯曲运动引起的变形；次屏壁是3层板，厚度约0.6mm，两边是玻璃纤维布，中间夹着一层铝箔组成。空间填充物为以聚氨酯为主要材料的绝缘板和上桥板，隔热效果较好，蒸发率达0.085%/d左右。

IAS系统控制原理

以江南造船(集团)有限责任公司建造的某型LNGC为例，该船采用Mark III Flex型薄膜舱，其货物围护系统装配结构如图1所示。

图1 货物围护系统装配结构示意图

整个液货控制系统IAS由货舱操作系统CHS和燃气处理系统GMS两部分组成，此控制系统除了满足FGSS的日常功用还要满足船舶LNG液货的装卸、驳运，以及货舱的日常维护处理。由于LNG极具易挥发特性，LNG舱压会随时间推移而逐渐升高，这意味着舱内挥发出的BOG要及时消耗掉，从而保证舱压力的平稳。消耗BOG的用户主要有3部分，即船用双燃料主机、船用主发电机、辅锅炉。图2为IAS控制系统原理图。

图2 IAS控制系统示意图

IAS对于主、次绝缘层氮气压力自动控制来说，控制逻辑为：空间压力低于设定值时系统注入阀打开，接近目标值阀开度关小，到达目标值阀门完全关闭；空间压力高于设定值时排出阀打开，接近目标值阀开度关小，达到目标值阀门全部关闭。然而，由于MARK Ⅲ薄膜舱的特殊性，传感器感应存在一定的延时。为此，主、次绝缘层的氮气注入和氮气平衡的控制尤为重要，逻辑控制要根据不同情况有针对性的合理控制。

实船压力平衡控制问题

以江南造船(集团)有限责任公司建造的LNG船为例，当IAS系统氮气控制功能完备，主、次绝缘层进、排气阀能够实现自动控制功能该船的控制系统采集主、次绝缘层压力传感器的压力，由于注入口与传感器相距35m压力扩散速度因氮气注入控制有所延时，逻辑控制相对难度较大。图3为氮气控制系统示意图。

图3 IAS(氮气平衡控制系统示意图)

在建船只码头加注主要分为惰化、置换、冷舱以及加注氮(Loading)4个阶段，整个过程中始终保持主绝缘层压力：0.5KPag≤PIBS≤1.0KPag，次绝缘层压力在PIBS+0.2KPag与PIBS+0.7KPag之间。当主、次绝缘层压力低于设定值时，氮气注入阀会打开，根据压力提升速率自动调节气动控制阀(PCV)开度；当主、次绝缘层压力高于设定值时，相应的排气PCV阀根据控制逻辑自动打开到合适开度。当压力继续升高到3.0KPag，主绝缘层安全阀(PSV)起跳；3.5KPag时，次绝缘层安全阀PSV起跳。

各阶段压力平衡问题分析

惰化阶段，旨在用氮气将舱内的空气置换掉，利用氮气与空气密度差进行分层，以及气体“活塞效应”的特性，采取“顶进底出”的形式，在惰化阶段对顶部、中部、底部的气体取样监测，O2≤2%Vol，标志着货舱惰化完成，本阶段主、次绝缘层压力基本稳定，氮气消耗相对较低。

氮气置换阶段，是在货舱惰化结束后，进行的常温燃气置换舱内的常温氮气，同样利用燃气与氮气密度差进行分层以及气体的“活塞效应”，采取“顶进底出”的形式。此阶段主、次绝缘层压力一样经由IAS自动控制，氮气气源同样由氮气发生器供气，由于舱室温度变化不大，氮气负荷消耗相对较低。图4为氮气压力控制系统。

图4 主、次绝缘层压力传感器箱内部布置图

冷舱阶段,LNG经由液货舱喷淋管对大舱进行喷淋，期间按照GTT工艺规范的温降曲线控制各时段的冷舱速率，直至舱内温度从顶、中、底平均温度降到-130℃以下，冷舱工作结束。由于液货舱变冷，致使主次绝缘层内气体分子间距变小，压力降低且温度降低，故需大量氮气注入相应空间内。此阶段氮气需求量较大。图5为主次绝缘层温度分布示意图。

图5 主绝缘层温度传感器布置图

加注阶段，是冷舱结束后进行LNG加注，LNG槽车将LNG经由加注站液相管——喷淋管路——液相管路的方式进行加注。此阶段液货舱和主绝缘层的温度都会继续降低，氮气注入量较惰化和置换阶段较大。

此外，压力传感器为表压传感器，其量程为-5Kpa～+5Kpa，因此在密性试验时处于超量程状态，整个过程中压力传感器管路均需插有盲板法兰进行保护，而一旦盲板插错或漏插，将导致压力传感器线性发生偏移甚至损坏的风险，会造成主、次绝缘层压力不稳，甚至压差出现负值，对整个围护系统的安全造成隐患。如图6，主绝缘层压力表试验过程中出现了负压情况。

图6 主绝缘层压力表

各阶段处理问题方式方法

建议根据围护系统特殊建造的方式大致分为3个阶段：

1、主、次绝缘层完成到封舱阶段；

2、燃气系统系泊试验阶段；

3、船舶航行试验以及日常维护阶段。

第1阶段主要是常温下各屏壁完整后，进行响声试验(Sounding Test)、PBGT、SBTT后的主、次绝缘层的氮气注入工作。该阶段由于空间内压力相较标准大气压力所呈现是负压状态，IAS系统中压力传感器在负压条件下无法实现压力监测的作用。为此，此阶段的IS、IBS压力监测工作由密性实验团队(SGS)负责，氮气注入由氮气瓶组或者船上氮气发生器提供。

试验操作人员根据监测的压力上升速率合理设定氮气注入流量，最终平稳完成主、次绝缘层负压回至常压(AP.)的状态。调试人员通过与SGS团队10分钟一次的数据沟通，根据压力回升的速率，合理调整主、次绝缘层进口阀开度，最终完成负压回常压的工作。待到船舶航行试验前，最后一次SBTT回常压结束后，将临时管路和盲板法兰拆除，管路、传感器全部复位，然后进行常压到正常压力的状态。此状态最为关键，如若将IAS系统调成自动模式,主、次绝缘层压力传感器采集的压力均为常压0kpag，系统会自动将进口阀开度调到100%，缓冲罐压力设定为43kpag,压力梯度会沿着整根注入管一直延伸，传递到注入管的进口局部区域，导致局部超压，甚至将次屏壁粘贴薄弱处撕裂。

为此，此阶段应该在IAS系统中设定一个特定逻辑，将主、次绝缘层注入阀的开度设到最大值60%，即系统自动的情况下，降低氮气注入流量，更加稳定的保证氮气注入速率，从而保证主、次屏壁的型变量可控。直到主、次绝缘层压力达到正常值。

第2阶段主要是液货舱系泊试验阶段，该阶段分为4个步骤，即惰化、置换、冷舱、加注。在这4个步骤中，第1、2步开始时会监测主、次绝缘层露点和含氧量，根据绝缘材料的特殊性，致使参数不太稳定，要反复吹扫。为此，IAS主、次绝缘层氮气控制系统要设定自动吹扫控制逻辑模式。选择吹扫模式时，主、次绝缘层出口阀开度设定50%，进口阀根据压力控制开度，最大开度均为60%，这样既能保证压力的稳定可控，又能平稳的将空间内的空气进行有效置换，最终达到露点≤-30℃，O2≤3%Vol的目标值为后续货舱试验等工作如期进行提供保证。

第3步、第4步由于货舱温度变化较大，对主、次绝缘层氮气注入量变化要求更高。在此情况下，如果一直保持大流量注入，来补充由于温度降低而导致的主绝缘层压力下降，同样会导致局部超压的情况。此外，由于主、次绝缘层之间有一层上桥板（TBP）隔热，次绝缘层的温度不会由于主绝缘层的温降而有明显降温，但是由于主绝缘层压力降低，主、次绝缘层之间的压差会增大，致使次屏壁向主绝缘层侧鼓起现象，次绝缘层空间变大，此空间的氮气压力也会降低，但幅度明显小于主绝缘层。

第3阶段为船舶航行试验以及日常维护阶段。由于液货舱舱压、温度基本上稳定，不需要过多关注。随着时间推移，绝缘层内的空气还有可能再次析出累积，造成露点升高，此状态时主、次绝缘层均是低温状态，一旦露点温度升高，会有结冰风险。建议在此安全稳定阶段设定每天一小时的小流量吹扫程序。排气阀开度10%，进口阀自动状态，能保证在压力波动不大的前提下，进口阀频繁开关，使压力扩散脉冲，将角角落落的残余空气稀释推动，最终排出到大气中。

根据上述现象，可在IAS控制系统中针对此情况设定个小程序，将主绝缘层的注入阀开度设定最大值60%，由于主绝缘层压力降低而造成主、次绝缘层压差过大的情况下，控制逻辑应先打开次绝缘层出口阀进行排气。这样既能保证主绝缘层压力稳步上升，又能保证主、次绝缘层压差可控。待到整个试验结束后，恢复到正常控制逻辑。在第2阶段实验过程中时刻监测主绝缘层压力，一旦低于0.25KPag,且呈继续降低态势，立即降低LNG的喷淋流量(整个试验阶段温度下降幅度以GTT工艺文件的温度曲线为准)。直到压力趋于稳定可控，进行适当的加大流量，在保证整个试验安全、平稳的前提下，缩短试验时间，从而降低材料成本，为接下来的船舶燃气模式航行试验顺利进行保驾护航。