液化天然气（LNG）作为一种清洁、经济的能源，在船舶动力能源的应用前景广阔。随着LNG燃料动力船舶的增加，作为LNG燃料动力船舶基础设施的水上LNG加注站的需求很大，截至2018年底，我国已建20座水上LNG加注站，已投用的3座中有2座为趸船式水上LNG加注站，国家《天然气发展“十三五”规划》中提出“2020年配套建设船用加注站超过200座”。因此搞好趸船式水上LNG加注站建设的规范化管理，预防日常工作中事故的发生，是安全管理工作中的一项重要内容，具有重要意义。

趸船式水上LNG加注站是指利用水上LNG加注趸船作为加注平台的水上LNG加注方式，LNG储罐设置趸船上为其显著特征。趸船式加注LNG系统主要由LNG储罐、低温泵、装卸臂（或软管吊与软管组合）及其他配套系统组成。LNG加注趸船布置于水域水面上，可随水位变化情况相应进行上下调整，环境适应性好。

截至2018年底，我国已建7座趸船式水上LNG加注站，江苏海企港华燃气股份有限公司（以下简称江苏海企港华）位于南京八卦洲趸船式水上LNG加注站是长江流域唯一的一座，同时也是我国运行最早和最好的一座。本文基于国内趸船式水上LNG加注站研究成果，结合实践总结相关安全管理经验，对趸船式水上LNG加注站的本质安全设计建设、选址要求和运行管理等问题进行探讨。

趸船式水上LNG加注风险特点

趸船式水上LNG加注站服务对象是各类LNG燃料动力船舶，相对于陆地上车用LNG加注站具有易燃、易爆、低温风险特性外，还有以下特点：

（1）临水运动性

通常水是流动的，正常情况下存在水（洋）流、波浪（潮汐）、晃荡等自然现场，存在前后左右上下六个纬度的运动。在流域中，不同的季节、日期、时段和天气都存在较大的水位落差。趸船式水上LNG加注站通常建设在航道附近，周围水域船舶航行、LNG燃料动力船舶的靠泊，由于船舶的动量较大，都将造成LNG燃料动力船舶、趸船式水上LNG加注站的相对运行。将造成LNG燃料动力船舶与趸船式水上LNG加注站发生碰撞的可能，从而带来风险。

（2）低温冷脆性

趸船式水上LNG加注站的LNG储存温度均低于-120℃，处于深冷低温状态。研究表明，高纯铁（0.01％C）的韧脆性转化温度在-100℃，低于此温度则完全处于脆化状态。钢中大多数合金元素都升高钢的韧脆性转化温度，增加冷脆倾向。碳钢脆断时，其所承受的工作应力低，裂纹的扩展速度极快，且脆断之前无任何预兆。趸船式水上LNG加注站和LNG燃料动力船舶均为的钢质船舶，如设置不当，LNG泄漏将导致的邻近钢结构脆裂及预冷收缩，从而影响船体结构的完整性及损坏设备。

图1LNG泄漏导致的船体甲板低温脆断

趸船式水上LNG加注站实例

安全生产管理的硬件方面，趸船式水上LNG加注站设计和建造中的本质安全非常重要，是安全管理的基础。

2.1 南京八卦洲趸船式水上LNG加注站总体情况

由江苏海企港华自行建设的我国第一座趸船式水上LNG加注站“海港星01”号位于南京长江第二大桥下游皇厂河口附近（宝塔水道#3红浮南侧航道外水域）。自2013年9月投入试运行，长江干线运行的LNG燃料动力船舶均在“海港星01”号加注，“海港星01”号也为我国建造的国外LNG燃料动力船舶提供加注服务，2018年3月世界首艘25000吨LNG高压双燃料多功能散货船在“海港星01”号完成加注。

图2 世界首艘LNG高压双燃料多功能散货船在“海港星01”号加注

工程内容主要包括三个方面：LNG加注趸船、人行栈桥和管廊、岸上卸车系统。LNG加注趸船（依靠锚链基本固定位置，可随潮涨潮落上下浮动）长100m，船宽18m，型深3.2m，吃水1.4m，配有500m³LNG的储罐（250m³LNG储罐2个）、1组装卸臂（液相和气相各1只）和LNG加注工艺装置1套。因国内内河LNG运输未实质性开放，采用陆地LNG槽车运输补给，预留未来水上补给接口，故在岸上设置有卸车区，卸车区的主要设施为卸车撬。LNG加注趸船和岸上卸车区通过人行栈桥和管廊连接，长约70m，中间设置跳趸（可随潮涨潮落上下浮动），将人行栈桥和管廊分为两段，通过三处柔性连接来解决水位落差问题。

图3趸船式水上LNG加注站“海港星01”号布置示意图

2.2 本质安全设计和建造

趸船式水上LNG加注站的本质安全设计和建造主要考虑以下几个方面：

（1）LNG加注工艺流程采用陆上成熟流程

水上LNG加注对象是LNG燃料动力船舶，从工艺上的区别主要是加注量和加注速率增大，并无本质区别。陆上车用LNG加注站成熟工艺流程充分利用低温泵进行卸车、调压和加注，分为卸车流程、调压流程、加气流程以及卸压流程等四个基本流程和若干辅助流程。采用陆上车用成熟流程能够提升本质安全并降低风险。

图4 LNG加注站流程框图

（2）功能分区和站内防火间距符合规范要求

趸船式水上LNG加注站通常分为LNG货舱区（相当于储罐区）、LNG卸车区、加注作业区、货物控制室、营业室和生活区，并分区布置。LNG货舱区尽可能位于全年最小频率风向的上风侧，尽可能远离货物控制室、营业室和生活区，通常设置于趸船中部，不易因为LNG的增加而产生船艏和船尾倾斜。卸车区可设置于陆上或趸船靠近LNG货舱区，加注作业区设置应方便LNG燃料动力船舶靠泊和加注，且靠近LNG货舱区，缩短管线减少冷量损失，提升加注效率。货物控制室、营业室和生活区应集中布置。趸船布置、处所位置和分割等站内防火间距应符合《液化天然气燃料加注趸船规范（2017）》的要求。

（3）储罐等关键设备满足船舶水上运行特性

在使用工况中如果发生碰撞等意外事故，加注趸船的运动会诱发罐内LNG液体的晃荡，LNG的密度和粘性均显著小于水，其晃荡更为明显。晃荡产生的能量会使LNG的温度有略微升高，导致蒸气压力增大。因此LNG储罐载荷分析与强度计算时纵向和横向的加速度宜取2倍重力加速度进行计算。在结构构造方面，在LNG储罐横截面上设置内部防波板，防波板间距应不大于4m。设置装卸臂或者LNG软管及软管吊来降低充分降低水上前后左右上下六个纬度移动对LNG加注带来的影响。

（4）设置监测、紧急切断和消防等设施体系

采取预防措施，监控运行参数、发生泄漏等第一时间报警，在LNG货舱区、卸车区和加注作业区设置有液位、压力及温度的就地和远传仪表，可燃气体浓度、低温和火焰探测器实施监控，超出设定值可进行报警和连锁切断。发生泄漏等事件时，设置有紧急切断系统（ESD）可将事故影响范围控制在最小。发生泄漏或火灾等事故，趸船式水上LNG加注站设置有LNG储罐喷淋降温，消防水泵及消火栓等组成的消防水系统，干粉灭火器、干粉罐和干粉炮组成的干粉灭火系统，高倍数泡沫消防系统，以及CO2灭火系统等消防设施，将事故隐患消灭在萌芽状态。此外设置有应急照明、不间断电源等安全系统。视频监控和PLC控制等实现自动监控和控制、保障安全、提高自控水平的同时也降低了劳动强度。

（5）特殊设施防止低温冷脆和减少BOG放散

在法兰等接口下部设置承滴盘隔离低温液体和船甲板接触，防止LNG泄漏低温冷脆。在LNG加注设备前沿设置水幕系统，当发生火灾时，启动水幕系统隔断加注作业区和其他区域，降低热辐射影响。设置自然蒸发气体（BOG）回赶LNG系统以及天然气单燃料发电机发电系统，减少和利用BOG，节约能源、减少排放和保护环境的同时，减少安全风险。

趸船式水上LNG加注站选址依据和改进建议

3.1 选址依据

水上LNG加注站的位置通常靠近通航航道，在具备提供LNG燃料动力船舶的安全靠、离泊的水域，位于港口、水上服务区等，远离城镇人口密集区和工业厂区，与城镇燃气和汽车加气站LNG设施位于城镇规划区不同，因此发生事故时对周边的影响要小于陆上车用LNG加注站。趸船式水上LNG加注站选址通常依据《水上液化天然气加注站安全监督管理暂行规定》和《船舶液化天然气加注站设计标准》（GB/T 51312-2018）进行。存在的主要问题有：

①未考虑与大桥、饮用吸水口、客运码头等水上特有建构物的间距要求；

②站址选择未考虑水上设施如锚链等的影响。

3.2 改进建议

（1）合理确定与大桥、饮用吸水口、客运码头等水上特有建构物的间距。

LNG比汽油、柴油安全，可以参考水上加油站有关选址要求。可按《水上加油站安全与防污染技术要求》第4.1.1条提出的定量要求执行，即下列水域或者区域附近不得设置水上LNG加注站：

①大桥上下游200m范围内；

②饮用吸水口上游3000m、下游1500m范围内；

③客运码头200m以内。

④高压电线垂直投影上下游50m范围内；

⑤经常有明火或散发火花等场所上下游100m水域范围内。

（2）考虑水上设施如锚链等的影响。

水上LNG加注趸船与相邻独立的水上LNG加注趸船或水上加油趸船的距离，考虑到锚链长度通常在125m，走锚后的缓冲，建议按250m距离控制。

趸船式水上LNG加注站运行安全管理

4.1 首次投运安全管理

（1）首次投运准备工作

首次投运之前，须做好以下准备工作：

①按设计文件完成船体安装，工艺管道及设备的安装工程，消防系统、自控系统及配电系统的安装工程，及相应的土建工程等（保冷工程除外）。

②所有设备的单项调试及整个系统的调试（主要包括电气系统调试、仪表及自控系统调试、调压及切断设备调试、消防系统调试、安防系统调试和视频监控系统调试，LNG工艺管道及设备除外）已经完成，防雷、防静电等各类测试合格。

③整个工艺系统的强度、气密性试验和用洁净无油的压缩空气吹扫合格。

④储罐和管道的安全阀、压力表安装完成且校验合格。

⑤ LNG储罐真空度由供应商检测合格并提供记录。

⑥天然气单燃料发电机完成调试合格。

⑦首次投运人员经过培训合格，熟悉掌握投运工艺流程和执行操作方案的操作步骤和要求等。

（2）首次投运操作程序

①对工艺管道进行干燥

干燥就是利用氮气将供气站工艺系统设备、管道中的水分置换出去，避免系统内的水分在低温下冻结，堵塞和损坏设备、管道与阀门。

②对工艺管道系统进行预冷，向LNG储罐充装液氮，进液过程中，应经常观察储罐压力，预冷后宜保证储罐压力不超过最高工作压力的70％，液氮在储罐内观察时间不宜少于2天。

③利用LNG储罐中的液氮对工艺系统进行模拟运行，模拟试运行的目的是利用-196℃的液氮对LNG工艺系统进行工艺参数调试和运行性能检验。

④对工艺系统进行氮气置换

利用储罐内的部分液氮对站内其他低温系统进行预冷，并对常温工艺系统进行干燥和置换。

⑤向LNG储罐充装LNG

用液氮模拟试运行可大大提高在LNG工况参数下系统的运行可靠性，在以上步骤验证合格后，可向LNG储罐充装LNG。

4.2 日常运营安全管理

（1）合理配置人员，保证趸船式水上LNG加注站正常有序地运行。

合理设置机构和配置人员，是趸船式水上LNG加注站正常有序运行的组织基础。应有专门的机构负责趸船式水上LNG加注站的安全技术管理，同时应配备专业技术管理人员，要划清各生产岗位，并根据加注设施的种类、规模、日常营业量，人员工种和岗位等因素，配备足够数量的适任的工作人员。

（2）确立岗位责任制，责任到人，分工明确。

应建立严格的规章制度，趸船式水上LNG加注站管理只有依靠制度管理，确立岗位责任制度，责任到人，分工明确。其基本制度的种类有：安全管理制度、巡回检查制度、各岗人员的岗位责任制、交班制度、持证上岗制度、设备维护管理制度、劳动管理制度和定期会议制度等。针对水上加注特点，应编写进站受注船只安全管理制度和天然气发电机安全管理制度。

（3）编制操作规程和管理制度，并严格执行。

应根据各自的工艺、管道及设备特点分别制定水上LNG加注各环节、设备电气仪表以及LNG燃料动力船舶靠离泊的操作规程，水上LNG加注各环节的操作规程主要包括LNG槽车卸车操作规程、LNG燃料动力船舶加注操作规程、LNG储罐倒罐操作规程、紧急情况下的停气操作规程等。

（4）加强上岗培训，取得相关证件，方可操作。

工作人员应当熟悉LNG 安全知识和操作规程，并取得相应的培训合格证明。新员工调趸船式水上LNG加注站工作必须进行三级安全教育考核后方可上岗。从事特种作业的人员必须经过专门的安全知识与安全操作技能培训，并经过考核，取得特种作业资格，方可上岗工作。趸船式水上LNG加注站员工参加培训获取的证书主要有船员服务薄、汽车加气站操作工、液化天然气储运工、压力容器操作工和压力管道操作工等证书。

（5）建立运行台帐，制定合理的检修、维修计划。

宜对设备进行统一编号，建立设备卡片和台帐，每年进行复查核实，做到帐帐相符，帐、物、卡相符。每年应制定场站的设备维护保养计划，分别制定各种设备及其附件的大、中、小修及日常维护的周期、时间及维修内容等，维修后应对设备进行性能测试及验收，做好维修记录并存档。

应加强设备事故管理，制定设备事故报告、抢修程序及事故分析、事故处理等相关制度，将设备档案管理，设备技术档案、图纸资料及维抢修运行记录等的原件或复印件应保存于站内。

（6）编制事故应急处理预案，防范突发事故的发生。

趸船式水上LNG加注站是易燃易爆场所，属于重点防火单位，通过风险识别，主要风险有LNG泄漏、LNG冻伤、火灾和爆炸、船舶碰撞、趸船走锚或失锚、人员落水和严重自然灾害等。为防范突发事故的发生，应制定事故抢修制度和事故上报程序，并编制应急处理预案和相应的处置措施，并根据具体情况对事故应急预案及时进行调整和修订。事故应急预案应报交通和燃气等相关管理部门备案，有关管理人员和操作人员均应熟悉事故应急处理预案，并定期进行演习，每年不得少于1次，从而做到万一发生事故会处理，并按照责任划分，迅速采取补救措施，将事故损失降到最低限度。

取得效果

江苏海企港华趸船式水上LNG加注站“海港星01”号在设计和建造过程中注重本质安全。自2013年9月投入试运行后，注重加强设备维护，保障设备处于良好状态，注重安全技术管理，完善各类管理制度和操作规程，合理配置人员，加强员工培训教育并持证上岗，提高安全意识，按章操作，编制应急预案，定期演练，提高应对初期事故能力，确保了趸船式水上LNG加注站的安全专业高效运行。5年多来没有发生任何安全生产事故，为行业积累了相关经验。