2020年 02月

计算LNG运输船的每日汽化率(BOR)指南

2020年 2月 14日

Choi Tae-soon Senior Surveyor，Islam MD Shafiqul Surveyor

序论

液化天然气（LNG）是以甲烷为主要成分的天然气在低温中凝缩形态的碳氢燃料。气体状态的天然气从大气压冷却到163oC进行液化，相对于气体状态体积减少到了600分之一，有利于储藏和运输。但是在货物储罐的优质绝热下，LNG也会由于外部环境热转达导致的温度变化而蒸发。

在这里，将一点点蒸发的气体称为BOG（Boil of Gas），是指在LNG储罐中自然蒸发和汽化的天然气。BOG的量根据LNG储罐设计及船舶的工作条件而不同。

BOG的增加会增加LNG储罐的压力，为了将储罐内部压力维持在安全范围内，就要持续消除BOG。对储罐内压力上升的预防措施设定了可以缓解储罐压力的安全阀，根据需要释放BOG或通过再液化重新移送到储罐。

BOG大部分是为了输送LNG的船舶在航行中产生，BOG的产生有如下原因

•货舱和外部环境的温度差导致热量流入货舱
•货舱内Cooling down时产生BOG
•因海浪的船舶航行导致储罐内发生晃动现象，从而产生BOG。

船舶发生BOG的主要原因是热损失。
在这里，BOR是指一天内LNG的自然蒸发率，将气态的蒸发量按照液态货物总体积的比率表示的。

BOR 计算条件

BOR计算适用以下假定和条件，设计条件以IMO建议事项为基础
•LNG 温度适用于一次防壁
•对于环境条件有
大气温度: 45 oC
海水温度: 32 oC

   •LNG 特性
    Tank 装载率: 98%
    温度:  -163 oC
    蒸发潜热: 511 KJ/kg (122.05 kcal/kg)

假设货舱Cofferdam的Heating条件适用5 oC，Aft & Forward cofferdam温度没有Heating条件，所以要通过温度分布分析计算温度。

BOR 计算公式

LNG的蒸发比例一般计算BOR来评价，假定一天流入的热量都使用在LNG蒸发中的话，BOR可以按照下列公式计算。

在这里，

LNG储罐热损失计算

渗透到LNG储罐的总热量可以用分析方法或数值方法计算。在分析方法上，为了计算Inner Hull的温度，考虑IMO Warm设计条件，根据KR温度分布分析指南来进行解释。图1是以考虑IMO Warm设计条件的分析方法，计算Inner hull温度的示例。

图1. 按照分析方法计算Inner Hull的温度

计算Inner hull的温度，可以使用下列公式来评价热损失。

在这里,
      Q   = heat flux that penetrates from outside to inside LNG tank
      U   = Overall heat transfer coefficient
      A   = Area for heat transfer
      ΔT = Difference in temperatures between inner hull and LNG
      t   = Thickness
      k   = Thermal conductivity

总的Heat flux是从外部环境传递到LNG储罐内部，进入Surface领域和Corner领域的所有Heat flux 可以用下列公式计算。

在这里,
Qs = heat flux that penetrates through surface areas
Qc = heat flux that penetrates through corner areas

图2表示的是Membrane型LNG储罐的Surface领域和Corner领域，Surface领域是I~X，用颜色表示的部分（蓝色，红色）是Corner领域。

图2. Membrane型LNG储罐的相关领域

一般LNG储罐的BOR计算是Cargo Containment System（CCS）设计者来执行，目前为止GTT （Gaztransport & Technigaz）对于自身的CCS类型进行本工作。但是船厂、韩国气体公司等许多公司正在自行开发CCS。本研究将为新的CCS类型及LNG运输船设计者提供BOR计算的综合指南。

KR Webzine Vol.131