إدارة غاز التبخير وسلامة العزل في ناقلات LNG بعد تضرر البدن

يعد غاز التبخير (BOG) تدفقاً مداراً في ناقلة LNG، مصمماً لحالة معينة من تسرب الحرارة. بعد وقوع حادث تضرر للبدن، قد لا تصمد هذه الحالة. يمكن أن يؤدي الاصطدام أو الجنوح أو التصادم أو التعرض للحريق إلى تدهور العزل، أو غمر المساحات المجاورة، أو خلق نقاط باردة موضعية. يرتفع تسرب الحرارة بينما تظل قدرة حرق الغاز وإعادة التسييل كما هي. إذا تجاوز التوليد قدرة التخلص، يرتفع الضغط في الخزان. وهذا يترك ثلاثة خيارات: قبول الارتفاع، أو حرق الغاز في وحدة احتراق الغاز (GCU)، أو التنفيس. كل خيار يحمل عواقب تتعلق بالسلامة وعواقب تجارية وبيئية. يمكن لنفس الحدث أيضاً أن يترك السفينة متوقفة أو تبحر ببطء بينما يستمر تبخر الشحنة. هذا هو التعرض الذي تصفه Steamship Mutual لحالات الازدحام والاستعداد في تنبيه المخاطر الخاص بها بشأن التعرض المفرط لـ BOG.

يغطي هذا المقال كيفية التفكير في إدارة BOG عندما يكون الاحتواء معرضاً للخطر، وكيفية تسلسل فحوصات سلامة العزل دون خلق خطر ثانٍ.

سياق المعايير والمتطلبات

أساس التصميم لناقلات LNG هو IMO IGC Code (المدونة الدولية لإنشاء وتجهيز السفن التي تحمل غازات مسالة صبّاً)، المطبق من خلال SOLAS وقواعد التصنيف. وهو يحدد التوقعات للاحتواء، والحواجز الثانوية، وحماية درجة حرارة فولاذ البدن، وتنفيس الضغط والفراغ، والكشف عن الغاز. تفرض جمعيات التصنيف هذه المتطلبات من خلال أنظمة المعاينة.

هناك ثلاثة مراجع تقنية تهمنا هنا:

• LNG Operational Practice (2nd Edition, 2020) يوضح الآلية الأساسية. إذا تدهورت كفاءة العزل لأي سبب، فقد تنخفض درجة حرارة فولاذ البدن الداخلي، مما يخلق نقطة باردة ويزيد من التبخير من الخزان المتأثر. إذا تجاوزت الزيادة قدرة نظام مناولة الشحنة، فقد يتم تنفيس الغاز الزائد. وهي نقطة البداية الصحيحة لسيناريوهات الضرر الحراري. يغير العزل المتدهور مدخلات الحرارة التي يجب أن يتعامل معها نظام التنفيس، لذا لا يمكن تقييم الاثنين بشكل مستقل.

يجب على المشغلين أيضاً التحقق من كيفية تعامل محاسبة الانبعاثات مع فائض BOG.

كيف يتصرف BOG عندما يتضرر العزل

الأساس: توازن مصمم

في الخدمة العادية، تتسرب الحرارة عبر العزل بمعدل توقعه المصمم. يغذي البخار الناتج محطة الدفع (محركات الوقود المزدوج، أو الغلايات، أو محركات حقن الغاز)، أو يعود إلى سائل في محطة إعادة التسييل حيثما وجدت، أو ينتهي به الأمر في GCU.

لذلك، فإن التأخير الطويل بعد الحادث يؤثر على جودة الشحنة عند التسليم وكذلك على الضغط.

حالة الضرر: تغير مدخلات الحرارة

كتقريب أول، يتبع معدل توليد BOG ميزان طاقة:

ṁ_BOG ≈ Q̇_total / λ حيث Q̇_total هو معدل تسرب الحرارة (القدرة، بـ W)، و λ هي الحرارة الكامنة للتبخر (J/kg)، و ṁ_BOG هو معدل تدفق كتلة التبخير (kg/s).

حيث ṁ_BOG هو تدفق كتلة التبخير، و Q_total هو إجمالي تسرب الحرارة إلى الشحنة (تسرب العزل بالإضافة إلى أي مصادر إضافية مثل عمل المضخة أو طاقة الارتطام)، و λ هي الحرارة الكامنة لتبخر الشحنة. يمكن أن يؤدي تضرر البدن إلى رفع Q_total بعدة طرق:

• ألواح عزل مضغوطة أو مزاحة أو مبللة.
• فقدان سلامة النيتروجين في مساحات العزل، مما يسمح بدخول الرطوبة أو الهواء.
• مساحات صابورة أو فراغات مغمورة تضع حدوداً حرارية مختلفة مقابل البدن الداخلي.
• التعرض للحريق أو الحرارة الذي يتلف مادة العزل.
• التشوه الهيكلي الذي يغير التلامس بين العزل وهيكل الخزان.

يعتبر الارتطام (Sloshing) مصدر قلق منفصل. إن الاصطدام المتبوع بعبور في طقس سيئ يحمل نظاماً قد يكون ضعيفاً بكلا الإجهادين في آن واحد.

لماذا تهم النقطة الباردة

البدن الداخلي هو فولاذ هيكلي عادي للسفن، وليس مادة من الدرجة المبردة. عندما يفشل العزل موضعياً، يبرد الفولاذ الموجود خلفه، ويكون الخطر هو السلوك التقصف لفولاذ البدن. إن BOG الإضافي هو العرض الأكثر وضوحاً. اتجاه درجة حرارة البدن الذي ينحرف عن جيرانه هو التحذير الأبكر. تعامل مع الأمر كقضية سلامة هيكلية أولاً وقضية BOG ثانياً.

خيارات التخلص من BOG بعد التلف

تراكم الضغط هو الخيار الذي يسيء الناس تقديره في أغلب الأحيان. إنه يساعد، ولكن الهامش حتى ضغط ضبط التنفيس هو العازل الوحيد، والخزان ذو العزل التالف يستهلكه بشكل أسرع من غيره. تتبع كل خزان على حدة. يمكن لبيانات المحطة المجمعة أن تخفي خزاناً واحداً يتدهور حاله.

فحص سلامة العزل بعد وقوع حادث

التسلسل مهم

1. الاستقرار أولاً. تأكد من السلامة الهيكلية ومكافحة الحرائق، وسلامة منع نفاذ الماء والاستقرار. احتواء أي تسرب للشحنة قبل النظر في العزل.
2. استخدام البيانات عن بعد. الكشف عن الغاز في مساحة العزل، واتجاهات استهلاك النيتروجين، ومستشعرات درجة حرارة الهيكل والخزان، واتجاهات ضغط الخزان، كلها تخبرك بشيء دون فتح أي شيء. قارن كل منها بالخط المرجعي لما قبل الحادث لنفس الخزان وحالة التحميل.
3. تحديد حدود القلق. ارسم خريطة لموقع التلف مقابل حدود الخزان ومساحة العزل. أعطِ الأولوية للخزانات المجاورة لمصدر التصادم أو الحرارة.
4. إشراك الهيئة التصنيفية ودولة العلم مبكراً. سيرغب المساحون في الحصول على دليل على سلامة الاحتواء قبل أن تستأنف السفينة عمليات الشحن العادية. استعن بمصمم نظام احتواء الشحنة أو مرخصه عندما يمس التلف هيكل العزل.
5. تخطيط الفحص البدني. انتقل إلى الدخول أو الفحص الاقتحامي فقط عندما لا تستطيع البيانات عن بعد الإجابة على السؤال.

تفسير المؤشرات

• ارتفاع تعويض النيتروجين في مساحة العزل يشير إلى مسار تسرب إلى الغلاف الجوي أو إلى المساحة المجاورة.
• الكشف عن الغاز في مساحة العزل يشير إلى تسرب في الحاجز الأولي أو تلوث من الخارج. تعامل معه كحدث احتواء شحنة حتى يثبت العكس.
• انخفاض موضعي في درجة حرارة الهيكل مقابل المستشعرات المجاورة يشير إلى قصر حراري. من المرجح أن يعكس التحول الموحد عبر المستشعرات ظروف الشحنة أو الظروف المحيطة.
• ارتفاع BOG بدون تفسير آلي يتناسب مع زيادة دخول الحرارة، ولكن تأكد من موثوقية سلسلة القياس (التدفق، التركيب، مستوى الخزان) قبل استنتاج أي شيء.

الفحص الآمن للعزل والمساحات الفارغة وخزانات الشحن

أي فحص يفتح أو يقلل الضغط أو يدخل إلى مساحة مجاورة لمعدات تحتوي على هيدروكربونات يحتاج إلى عملية تصريح عمل محكومة:

• العزل: عزل المساحة بشكل إيجابي عن خطوط الشحنة والبخار والغاز الخامل، مع التحقق من مواضع الصمامات ووضع علامات عليها.
• تخفيف الضغط: تقليل الضغط في المساحة من خلال المسار المصمم، وليس عن طريق التنفيس المرتجل.
• التحقق من الطاقة الصفرية: التأكد عن طريق المقياس والاختبار من عدم وجود ضغط متبقي أو طاقة مخزنة أو مسار تدفق.
• LOTO: قفل ووضع علامات على نقاط العزل وأي آلات مرتبطة بها، مع وجود مالك مسمى لكل قفل.
• احتياطات المنطقة خطرة: استخدم المعدات المعتمدة فقط، وتحكم في مصادر الاشتعال، وطبق ضوابط الربط والاستاتيكية.
• الكشف عن الغاز: اختبار الهيدروكربونات والأكسجين والغازات السامة قبل الدخول وبشكل مستمر أثناء العمل، باستخدام أدوات معايرة.
• التنفيس الآمن: توجيه أي بخار مطهر أو مزاح إلى الموقع الآمن المحدد، مع مراعاة الرياح والأفراد القريبين.

تنطبق قواعد دخول المساحات المغلقة فوق كل هذا. يمكن لمساحة عزل باردة وتالفة أن تجمع بين نقص الأكسجين من النيتروجين والغاز القابل للاشتعال وعدم الاستقرار الهيكلي في مكان واحد.

سيناريو توضيحي

تم إعداد هذا السيناريو للإرشاد وليس واقعة مسجلة.

تتعرض ناقلة محملة لاصطدام جانبي بالقرب من خزان موازنة مجاور لأحد خزانات الشحنة. لا يوجد تسرب مرئي للشحنة. خلال الفترة التالية، يلاحظ ضابط المناوبة ثلاثة تغييرات:

• يرتفع ضغط الخزان في أحد الخزانات بشكل أسرع منه في الخزانات الأخرى.
• يزداد تعويض النيتروجين في حيز العزل الخاص بهذا الخزان.
• يسجل أحد مستشعرات درجة حرارة الهيكل في منطقة الاصطدام برودة تدريجية مقارنة بالمستشعرات المجاورة له.

التحليل المنطقي للواقعة:

1. تتوافق الإشارات الثلاث مع بعضها البعض، مما يقلل من احتمالية وجود خطأ في القياس. وهي تشير إلى تدهور محلي في العزل في ذلك الخزان.
2. من المعادلة ṁ_BOG ≈ Q_total / λ، فإن ارتفاع Q_total في خزان واحد يؤدي إلى زيادة التبخر فيه. يجب الآن مقارنة إجمالي سعة التخلص (المحركات بالإضافة إلى GCU) مع إجمالي التوليد الجديد. إذا كانت السفينة بطيئة أو متوقفة، ينخفض استهلاك المحرك في نفس وقت ارتفاع التوليد.
3. يحظى اتجاه البقعة الباردة بالأولوية لأنه يؤثر على سلامة فولاذ الهيكل. يستشير الربان هيئة التصنيف ومصمم نظام الاحتواء بشأن ظروف التشغيل المقبولة لهذا الخزان.
4. تشمل خيارات عمليات الشحنة خفض ضغط الخزان عبر مسار معالجة الغاز الخاص بالخزان، وتفريغ أو نقل شحنة ذلك الخزان أولاً إذا كان التفريغ ممكناً، والترتيب لإجراء فحص داخلي بمجرد وصول السفينة إلى موقع آمن. يتم توثيق التنفيس كملاذ أخير، مع الاتفاق على معايير تفعيله مسبقاً.
5. يتم إبلاغ الفريق التجاري بالأمر مبكراً، لأن التأخير وحالة الشحنة عند التسليم سيؤثران على المحطة.

لم يتم إعطاء أي أبعاد عددية لأن بيانات تسرب الحرارة وسعة المحطة خاصة بكل سفينة.

قائمة مرجعية عملية

• تسجيل خط أساس ما قبل الحادث لكل خزان: اتجاه الضغط، تدفق BOG، استخدام النيتروجين في حيز العزل ودرجات حرارة الهيكل.
• تتبع اتجاه كل خزان على حدة بعد الحادث، وليس فقط إجمالي المحطة.
• تأكيد السعة الفعلية الحالية لكل مسار تخلص (المحركات، إعادة الإسالة، GCU) بالنظر إلى حالة المعدات وسرعة السفينة.
• مقارنة مستشعرات درجة حرارة الهيكل مع جيرانها والتحقيق في أي تباعد محلي باعتباره مصدر قلق إنشائي.
• التعامل مع أي هيدروكربون في حيز العزل على أنه اختراق محتمل للاحتواء.
• التحقق من موثوقية المستشعرات وعدادات التدفق قبل استخلاص النتائج منها.
• تحديد معايير التنفيس والصلاحيات وخطوات الإخطار قبل الحاجة إليها.
• إخطار هيئة التصنيف، ودولة العلم، والمؤمنين ومالك الشحنة أو المحطة مبكراً مع تزويدهم بالبيانات.
• استشارة مصمم نظام الاحتواء بشأن أضرار العزل التي لا تظهر من البيانات عن بعد.
• التحكم في جميع عمليات الدخول والأعمال التدخلية بموجب تصريح مع العزل، وتفريغ الضغط، والتحقق من طاقة صفرية، و LOTO، وكشف الغاز والتنفيس الآمن.
• مراعاة تقادم الشحنة ومواصفات التسليم إذا طال التأخير.

الخلاصة

بعد تضرر الهيكل، السؤال الرئيسي هو ما إذا كان افتراض تسرب الحرارة الذي استندت إليه خطة BOG للسفينة لا يزال قائماً. أجب عن ذلك ببيانات متسلسلة لكل خزان على حدة قبل أن يفتح أي شخص حيزاً. تعامل مع اتجاه البقعة الباردة كمخطر إنشائي، وأبقِ التنفيس كملاذ أخير موثق، وأشرك هيئة التصنيف ومصمم الاحتواء في وقت مبكر.

كخطوة تالية، تحقق مما إذا كانت البيانات الأساسية لسفنك (الضغط لكل خزان، استهلاك النيتروجين، درجات حرارة الهيكل) مسجلة في نموذج يسمح بمقارنة سريعة قبل وبعد الحادث. ثم تدرب على تسلسل اتخاذ القرار بعد الحادث في دليل عمليات الشحنة، بما في ذلك من يصرح بالتنفيس وكيفية إبلاغ الجانب التجاري.