船海探索｜“绿色胶囊”一探究竟 ——LNG燃料罐

LNG燃料罐强度

1、相对于陆用“固定式”静设备，船舶的晃荡摇摆运动工况，决定了LNG船用燃料罐的强度计算需要将动载因素考虑在内。这些动载因素主要包括船舶尺度、船舶航区、LNG燃料罐在船上的布置区域与布置方向等。
2、另外还要考虑晃荡载荷、鞍座应力、罐体的止移/止旋/止浮的强度、吊耳强度等，确保燃料罐在各种船用工况下的强度安全。
3、应力分析：应对LNG燃料罐进行整体应力分析、疲劳分析等，对设计温度为－110℃以下温度时的管路，还应进行热应力分析。

LNG燃料动力船的燃料补给
1、LNG燃料补给：LNG燃料动力船的燃料补给主要有岸基码头的装卸臂加注、岸基槽车加注、LNG加注船的船对船加注等几种方式。
2、LNG罐装载率（即LNG占罐内容量的比例，俗称“充装率”）：需要根据LNG燃料罐配套的船舶航期，来选择合适的LNG装载率。这样做的目的是保证在船舶航行中，不会因燃料罐从外界缓慢吸热而导致罐内LNG的体积膨胀、压力升高等而产生不安全状态。
在加注补给LNG时应监测罐内LNG液位高度，并在加注到规定装载率时加注管路应自动切断LNG补给。

LNG供气系统

超低温的LNG加热气化后，方可作为燃料输送到发动机等用户。此外，从燃料罐内储存的超低温LNG到常温的气态天然气供应，其中的每一个环节都非常重要。
1、LNG从罐内输出方式：主要有两种：一是通过燃料罐自带增压器来增加罐内压力。增压器大都用乙二醇加热、电加热等热源来加热天然气后返回到燃料罐内，以提高罐内LNG压力来输出LNG；二是通过在罐内设置LNG泵或在罐外设置低温泵池等方式来输出LNG。
2、LNG气化：低温的LNG不能直接输入到发动机等用户，需要在气化器中被加热成气态天然气，气化器型式主要有管壳式、中间介质加热式、浸没燃烧式等。
3、LNG供气阀件单元：简称GVU（Gas valve unit），需要对气化后的天然气进行调压后提供给发动机等用户，包括调压阀、互锁阀组、仪表等部件，对天然气的供气压力、温度等进行监测和控制。

控制、检测和安全保护
1、防止天然气的低温、防爆风险带来的风险，从电气设备、仪表的选型到系统的紧急切断（ESD---Emergency shut down）的各个环节，在天然气的温度/压力/液位、泄漏、可燃气体浓度超标等异常情况下发出报警或紧急切断系统。
2、防爆：根据可燃气体危险区域划分，对该区域内的电气设备、仪表等有着防爆类别和温度组别要求，在这些可能的“点火源”的选型上，从基础元器件的源头上控制爆炸风险。
3、通风：通风的目的是为了避免可燃气体聚集导致其浓度超标，进而发生爆炸风险。
4、可燃气体探测：可燃气体探测持续监测可燃气体浓度。
5、泄漏检测：通过温度传感器、液位传感器等对可能发生的LNG泄漏进行监测。
总之，天然气燃料罐及其配套系统的内容还有很多，在此不能一一赘述。例如低温阀件、LNG管路的除气与惰化、气体燃烧装置、船对船LNG输送等方面，都需要做很多基础性研究和实践探索。特别是一些关键核心设备的国产化方面，还需要业界共同努力来提高国产化率，为LNG在船舶上的应用得到更好的发展作出努力。