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第43 卷第9 期2023年9 月煤气与热力GAS&HEATVol.43No.9Sep.2023LNG船对船加注与装卸货同步作业风险分析孔祥宇，焦文玲，丛德文”，王建华”，冯立德”（1.哈尔滨工业大学建筑学院寒地城乡人居环境科学与技术工业和信息化部重点实验室，黑龙江哈尔滨1 5 0 0 9 0；2.中国石油天然气股份有限公司天然气销售广东分公司，广东广州5 1 0 2 2 0；3.中国石油天然气股份有限公司天然气销售分公司，北京1 0 0 1 0 1）摘要：以深圳盐田国际港区1 6 号码头为作业码头，以新奥普陀号8 5 0 0 mLNG加注船（简称加注船）和法国达飞1 48 0 0 TEU系列LNG受注船（简称受注船）为研究对象，基于FLACS软件，通过分析加注船和受注船加注与装卸货同步作业过程中燃气泄漏的4种场景（气相软管泄漏、液相软管泄漏、加注船加注站法兰接头泄漏、受注船加注站法兰接头泄漏），获取蒸气云在受注船压载工况和满载工况下的扩散范围。研究结果表明，气相软管泄漏受注船压载工况，蒸气云最大扩散范围为8 7 m31m；受注船满载工况，蒸气云最大扩散范围为1 2 7 m21m。液相软管泄漏受注船压载工况，蒸气云最大扩散范围为2 3 0 m30m；受注船满载工况，蒸气云最大扩散范围为2 2 7 m30m。加注船加注站法兰接头泄漏受注船压载工况，蒸气云最大扩散范围为2 1 9.0 m25.5m；受注船满载工况，蒸气云最大扩散范围为3 3 0.0 m25.5m。受注船加注站法兰接头泄漏受注船压载工况，蒸气云最大扩散范围为1 8 5 m76m；受注船满载工况，蒸气云最大扩散范围为2 2 3 m90m。关键词：液化天然气泄漏；扩散范围；蒸气云中图分类号：U677.61概述国际海事组织（International MaritimeOrganiza-tion,IMO)宣布于2 0 2 0 年1 月1 日起实施限硫令，要求全球范围内船用燃油含硫量不得超过0.5%，并制定了到2 0 5 0 年将温室气体排放减半的阶段目标，这标志着全球海运业正式进入“低硫、低碳”时代。液化天然气作为船用可持续发展清洁能源，可各方面均满足国际船舶排放控制要求，是实现“双碳”目标的重要保障手段。国际航运权威机构预测,到2 0 2 5 年国际LNG动力船舶将达到3 0 0 0 艘左右,全球船舶订单中将有6 0.3%的新造船采用LNG动力 1-2。现阶段为LNG动力船加注燃料主要方式为槽车加注、岸站加注、船对船加注。其中船对船加注文献标志码：A爆炸风险 3-4O以深圳盐田国际港区1 6 号码头为作业码头，以新奥普陀号8 5 0 0 mLNG加注船（简称加注船）和法国达飞1 48 0 0 TEU系列LNG受注船（简称受注船)为研究对象,基于FLACS软件求解加注船和受注船同步作业过程的泄漏后果，定量分析软管破裂和法兰接头处泄漏等典型高风险场景，获取蒸气云文章编号：1 0 0 0-441 6(2 0 2 3)0 9-0 B20-06可提供更为高效、及时和规模化的加注服务。目前，1 0 4箱级受注船、大型矿砂船、超大型油轮等大型远洋船舶大多采用船对船加注。为了减少靠港口靠泊时间，需要在燃料加注的同时进行货物的装卸操作，即同步作业。一旦加注过程中发生LNG泄漏，产生可燃气，气体扩散至同步作业区域将会被作业所产生的静电、火花等点燃，存在火灾第一作者简介：孔祥宇，女，高级工程师，博士生，从事燃气生产运行管理工作。收稿日期：2 0 2 2-1 1-2 1；修回日期：2 0 2 3-0 5-0 6B20W在受注船压载和满载工况下的扩散范围，据此划定安全操作范围,为加注船同步作业安全区域划分提供重要的技术指导和数据支撑。2仿真模型与网格划分加注船与受注船的主要参数见表1。基于加注船和受注船的主要参数,采用FLACS软件建立加注船、受注船三维模型,分别见图1、2。图2 中受注船三维模型右侧为船头,左侧为船尾,加注船与受注船同向，两船净距4m。两船间软管连接三维模型见图3。图2 中,BAY2BAY86为受注船集装箱具体位置，用贝位表示。其中,BAY2BAY22为楼前贝位，BAY26为加注站所在贝位，BAY26BAY70为楼舰楼间贝位，BAY74BAY86为楼后贝位。盐田港有大型集装箱深水泊位1 6 个，自大鹏湾口至盐田港区进港航道全长约2 6 km，航道水深17.4m,航道宽度40 0 m,基于FLACS建立盐田港二期三维模型见图4。表1 加注船与受注船的主要参数船舶类别受注船总长/m399.99型宽/m61.30型深/m33.50满载吃水/m14.50压载吃水/m11.00满载吃水排水量/338 361压载吃水排水量/t101823LNG储罐数量1LNG储罐容积/m18 600LNG储罐舱型薄膜型舱LNG管路布置形式L-V-L孔祥宇，等：LNG船对船加注与装卸货同步作业风险分析加注船119.3019.8011.006.504.2011 109672924100C型舱L-V-L第43 卷第9 期BAYB5BAY82BAY78BAY74R19BAY7OBAN66BAY62BA1IS8 BAVS4BAYSO BAY46BAY42BAY38BAY34BAY30EAY2E图2 受注船三维模型（软件截图）图3两船间软管连接三维模型（软件截图）图4盐田港二期三维模型（软件截图）为核心区域，依据各工况泄漏位置分别设置核心区域、扩展区域。核心区域尺寸约为4m4m4m，扩展区域尺寸约为6 0 0 m100m80m。为同时保证计算速度和计算精度，以核心区域的网格边长作为变量，进行网格敏感性试算,结果表明核心区域的网格边长为0.5 m时，网格符合。由于核心区域网格边长均大于泄漏口半径，故泄漏采用虚拟喷口技术以保证计算精度，核心区域与扩展区域采用Smooth功能过渡，比例系数为1.2,扩展区域最大网格边长为5 m。网格划分见图5。BAY22BAYTBBAY14BAYIDBAY5BAY2图5 区网格划分（软件截图）3场景设定采用计算流体力学软件FLACS,选取气相软管图1 加注船三维模型（软件截图）采用FLACS软件对作业过程的泄漏过程气相或液相可能扩散区域进行网格划分，将泄漏区域作泄漏、液相软管泄漏、加注船加注站法兰接头泄漏、受注船加注站法兰接头泄漏（液相)4种场景进行泄 B 21 第43 卷第9 期漏后果定量分析。分析受注船压载工况（简称压载工况）、受注船满载工况（简称满载工况）蒸气云扩散范围。各泄漏场景的参数如下。泄漏时间气相软管、液相软管及相关接头规格均为DN200mm,传输压力控制在1 MPa以内,应急切断（Eme r g e n c y Sh u t D o w n）系统响应时间取3 0 s,气体泄漏探测时间取3 0 s,累计泄漏时间为6 0 s。扩散边界依据GB/T203682021液化天然气(LNG)生产、储存和装运、中国船级社油气定量风险评估指南（2 0 2 0 版）、中国船级社液化天然气燃料加注作业指南（2 0 2 1 版）、NFPA59A一2 0 2 1 液化天然气（LNG）生产、储存和装运标准（Standard forthe Production,Storage,and Handling of LiquefiedNatural Gas）等，选取甲烷体积分数为2.5%作为蒸气云扩散边界。泄漏口直径根据GB/T26610.42022承压设备系统基于风险的检验实施导则第4部分：失效可能性定量分析方法、英国健康安全执行局（Health and SafetyExecutive）数据库、国际油气生产者协会（Interna-tional Association of Oil&Gas Producers)数据库等,软管泄漏时，泄漏口直径取软管直径的1 0%，即2 0mm,法兰接头泄漏时,泄漏口直径取3 0 mm。泄漏工质组成泄漏工质按纯甲烷考虑。?泄漏时环境情况环境温度1 5,环境压力1 0 1 kPa,泄漏压力1MPa。模拟考虑风向为1 6 个方向，根据风玫瑰图设定风向。具体风向风速设定见表2。气相泄漏模拟时，考虑6 个泄漏方向（垂直向上、垂直向下、水平向左、水平向右、垂直船侧外板、负向垂直船侧外板）,同时考虑风向和泄漏方向后，以泄漏开始为0 时刻,泄漏时间为 6 0 s,共模拟9 6个工况，将9 6 个工况进行叠加，得出蒸气云最大扩散范围。液相泄漏模拟时，考虑1 个泄漏方向（垂直向下）。同时考虑风向和泄漏方向后，以泄漏开始为0时刻，泄漏时间为6 0 s,共模拟1 6 个工况，将1 6个工况进行叠加，得出蒸气云最大扩散范围。煤气与热力风向北北北东东北东北东东东南东东南南南东南南南西西南西南西西西北西西北北北西4泄漏后果定量分析分析泄漏后果时,4种场景均考虑风玫瑰图中16 个风向的风速。4.1气相软管泄漏气相软管泄漏位置见图6。气相软管泄漏方向考虑相对于泄漏口处垂直向上、垂直向下、水平向左、水平向右、垂直船侧外板、负向垂直船侧外板6个泄漏方向。气相软管泄漏压载工况、满载工况模拟结果分别见图7、8。泄漏位置图6气相软管泄漏位置（软件截图）B表2 风风向风速设定风向角度年均风速/(m/s)0.02.922.53.845.02.667.52.690.03.8112.54.3135.03.6157.52.6180.02.0202.52.2225.01.9247.51.9270.01.6292.52.0315.01.9337.52.0风向频率/%3.63.73.94.912.615.312.57.54.92.63.33.12.83.38.27.8W孔祥宇，等：LNG船对船加注与装卸货同步作业风险分析127 m,船宽方向2 1 m。4.2液相软管泄漏液相软管泄漏位置见图9。LNG泄漏方向为垂a.俯视图直向下，液相软管泄漏压载工况、满载工况模拟结果分别见图1 0、1 1。第43 卷第9 期由图8 可知，满载工况下，受注船吃水较深，两船高差较受注船压载时小，蒸气云在两船夹道内积聚，一部分蔓延至加注船甲板上，少量蔓延至受注船甲板上，最高蔓延至受注船BAY26、BA Y3 0 处上面2层集装箱高度。蒸气云最大扩散范围为船长方向湛漏位置b.侧视图图7 气相软管泄漏压载工况模拟结果（软件截图）图9液相软管泄漏位置（软件截图）147m猫点a.俯视图a.俯视图b.侧视图图8 气相软管泄漏满载工况模拟结果（软件截图）由图7 可知，压载工况下，由于受注船吃水较浅，两船高差较大，蒸气云一部分蔓延至加注船甲板上，少量蔓延至受注船甲板上，最深蔓延至受注船BAY26（加注站所在贝位）处向内6 个箱位以及BAY30（加注站后1 贝位）处向内3 个箱位。蒸气云最大扩散范围为船长方向8 7 m，船宽方向3 1 m。b.侧视图图1 0 液相软管泄漏压载工况模拟结果（软件截图）由图1 0 可以看出,压载工况下，由于受注船吃水较浅，两船高差较大,故泄漏的蒸气云全部在加注船侧积聚，未蔓延至受注船甲板上。蒸气云最大扩散范围为船长方向2 3 0 m,船宽方向3 0 m。由图1 1 可以看出，满载工况下，液相软管发生破损，泄漏的LNG会与水进行强烈的换热，产生大 B23第43 卷第9 期煤气与热力世点a.俯视图a.俯视图b.侧视图图1 1 液相软管泄漏满载工况模拟结果（软件截图）量的天然气，形成蒸气云。蒸气云沿着两船夹道内扩散，并蔓延至加注船甲板上，未能波及受注船甲板上。蒸气云最大扩散范围为船长方向2 2 7 m，船宽方向3 0 m。4.3加注船加注站法兰接头泄漏加注船加注站法兰接头泄漏位置见图1 2。LNG泄漏方向为垂直向下。加注船加注站法兰接头泄漏压载工况、满载工况模拟结果分别见图13、1 4。b.侧视图图1 3加注船加注站法兰接头泄漏压载工况模拟结果（软件截图）X163161a.俯视图泄漏位置b.侧视图图1 2 加注船加注站法兰接头泄漏位置（软件截图）由图1 3 可知，压载工况下，由于受注船吃水较浅，两船高差较大，蒸气云全部在加注船侧积聚，未蔓延至受注船甲板。蒸气云最大扩散范围为船长方向2 1 9 m,船宽方向2 5.5 m。由图1 4可知，满载工况下,加注船加注站法兰接头发生泄漏，泄漏形成的蒸气云会沿两船夹道内扩散，且少量蔓延至加注船甲板上,未能波及受注船图1 4加注船加注站法兰接头泄漏满载工况模拟结果（软件截图）甲板上。蒸气云最大扩散范围为船长方向3 3 0 m，船宽方向2 5.5 m。综合对比压载工况和满载工况，加注船侧蒸气云扩散范围存在显著差异。这是由于两船高差改变后，导致局部风场、风剪切（风速在空间中的分布)等发生了变化，从而影响了蒸气云扩散范围。B4.4受注船加注站法兰接头泄漏受注船加注站法兰接头泄漏位置见图1 5。LNG泄漏方向为垂直向下。受注船加注站法兰接头泄漏压载工况、满载工况模拟结果分别见图16,17。孔祥宇，等：LNG船对船加注与装卸货同步作业风险分析第43 卷第9 期滩漏位置a.俯视图图1 5 受注船加注站法兰接头泄漏位置（软件截图）b.侧视图图1 7受注船加注站法兰接头泄漏满载工况模拟结果（软件截图）户5结论气相软管泄漏受注船压载工况，蒸气云最大扩散范围为8 7 m31m；受注船满载工况，蒸气a.俯视图云最大扩散范围为1 2 7 m21 m。液相软管泄漏受注船压载工况，蒸气云最大扩散范围为2 3 0 m30m;受注船满载工况，蒸气云最大扩散范围为2 2 7 m30m。加注船加注站法兰接头泄漏受注船压载工况，蒸气云最大扩散范围为2 1 9.0 m25.5m;受注船满载工况，蒸气云最大扩散范围为3 3 0.0 m25.5m。b.侧视图4受注船加注站法兰接头泄漏受注船压载工图1 6受注船加注站法兰接头泄漏压载工况模拟结果（软件截图）由图1 6 可知,压载工况下受注船加注站法兰接头泄漏后，泄漏的LNG会大量蒸发产生天然气，形成蒸气云。蒸气云蔓延至受注船甲板，同时蔓延至两船夹道内及加注船甲板上。蒸气云最大扩散范围为船长方向1 8 5 m,船宽方向7 6 m。由图1 7 可知，满载工况下受注船加注站法兰接头泄漏后，在受注船侧，蒸气云会蔓延至集装箱甲板上，在加注船侧，少量蔓延至加注船甲板上，其余蒸气云蔓延至两船夹道内及加注船船头的水面方向。蒸气云最大扩散范围为船长方向2 2 3 m，船宽方向90 m。况，蒸气云最大扩散范围为1 8 5 m76m;受注船满载工况，蒸气云最大扩散范围为2 2 3 m90m。参考文献：1黄有方，魏明晖，王煜，等“双碳”目标导向下我国绿色航运物流发展现状与趋势 J大连海事大学学报，2023(1):1-16.2张刚船舶应对2 0 2 0 全球限硫令的安全与优化措施J世界海运,2 0 2 3(4):1 2-1 6.3朱闻达，朱小松.LNG船舶加注产业发展现状与策略J.世界海运,2 0 2 2(1):2 7-3 0.4黄国良,曹蛟龙,张海涛,等基于FLACS的船对船LNG加注过程中的泄漏扩散分析 J船海工程,2 0 2 1(3):92 99.（下转第B39页）B83 87.9陈涛涛,刘瑶，高小雨，等基于二次拟合的埋地燃气管道氛示踪剂漏点检测方法J当代化工研究，2022(14):39 41.10李胜国，马旭卿，刘遥，等埋地燃气管道泄漏点示踪定位技术分析 J中国公共安全（学术版），2 0 1 8(4):51-55.11赵钊，于璐，张正雄：城市燃气泄漏示踪剂检测应用及适用性探讨 J，城市燃气,2 0 1 9(1 2：2 2-2 9.Review of Leakage LocationTechnologies of Urban Gas PipelineCHEN Zhe,LUO Tao,LIU Min,HUANG Zehui,CEN Jisong,HAN ZandongAbstract:The gas pipeline leakage locationtechnologies(detection hole location method,acoustic陈哲，等：城市燃气管道泄漏定位技术综述第43 卷第9 期wave location method,detection ball method,optical fi-ber sensor method,tracer detection method and massbalance method)are described.It is pointed out thatdifferent location technologies have their own advanta-ges and limitations in practical application.The pipe-line leakage location technologies are prospected.It isproposed that the key to developing leakage localizationtechnologies of urban gas pipeline is to improve the ac-curacy of leakage location,and the research on multi-point leakagelocationtechnologyshouldbecarried out.Key words:urban gas pipeline;leakage loca-tion;detection hole location method（本文责任编辑：刘灵芝）(上接第 B25 页）Risk Analysis of Synchronized Operationsof LNG Ship-to-Ship Bunkeringand Cargo Loading/UnloadingKONG Xiangyu,JIAO Wenling,CONG Dewen,WANG Jianhua,FENG LideAbstract:Taking Terminal 16 at Yantian Inter-national Port in Shenzhen as the operating terminal,andthe 8 500 m LNG bunkering vessel Xin ao Putuo(re-ferred to as the bunkering vessel)and CMA CGM 14800 TEU series LNG fueled vessel(referred to as thefueled vessel)as the research object,based on FLACSsoftware,the diffusion range of vapor clouds under theballast and full load conditions of the fueled vessel isobtained by analyzing four scenarios of gas leakage dur-ing the synchronized bunkering and cargo loading/un-loading operations of the bunkering and fueled vessels(gas-phase hose leakage,liquid-phase hose leakage,flange joint leakage at the bunkering station of thebunkering vessel and flange joint leakage at the fueledstation of the fueled vessel).The research results showthat the maximum diffusion range of vapor cloud is 87m 31 m under the ballast condition of the fueled ves-sel with gas-phase hose leakage,and under the full loadcondition of the fueled vessel,the maximum diffusionrange of the vapor cloud is 127 m 21 m.The maxi-mum diffusion range of the vapor cloud is 230 m 30m under the ballast condition of the fueled vessel withliquid-phase hose leakage,and under the full load con-dition of the fueled vessel,the maximum diffusion rangeof the vapor cloud is 227 m 30 m.The maximum dif-fusion range of the vapor cloud is 219.0 m 25.5 munder the ballast condition of the fueled vessel withflange joint leakage at the bunkering station of thebunkering vessel,and under the full load condition ofthe fueled vessel,the maximum diffusion range of thevapor cloud is 330.0 m 25.5 m.The maximum dif-fusion range of the vapor cloud is 185 m 76 m underthe ballast condition of the fueled vessel with flangejoint leakage at the fueled station of the fueled vessel,and under the full load condition of the fueled vessel,the maximum diffusion range of the vapor cloud is 223m 90 m.Key words:LNG leakage;diffusion range;va-por cloud（本文责任编辑：刘灵芝）B39.