浅议薄膜型LNG船货物操作模拟器的培训
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摘 要：为开展LNG船模拟器装卸货操作的实操培训，各大船员培训机构纷纷采购了满足公约要求且规模不等的模拟器。较具代表性的设备是KONGSBERG Maritime AS公司的NeptuneTM CHS LNG-M货物操作模拟器。虽然与实船的货物操作程序相比，其训练功能还有待完善，但已经涵盖了评估大纲和规范的所有评估要素。各大船员培训机构除积极准备探索LNG船实操培训之外，还需共同努力统一制定评估指南。
0 引言
伴随着国家能源结构的战略调整，液化天然气（简称LNG）正得到越来越多的关注。近年来，与航运业和港口业密切相关的LNG项目接连上马。举例来说，在中海油布局的LNG产业链上，海上运输的环节就由中远、招商局和英国石油BP合作完成，打造了中国的第一支LNG船队。与此同时，中海和商船三井MOL正积极合作组建第二支LNG船队，承担由中石化、中石油分别敲定的海上运输任务，相信不久在沪东中华船厂，将有多艘174 000 m?的薄膜型LNG船陆续下水。随着接船工作的临近，如何招募和培训大批合格胜任的LNG船员成为当务之急。令人欣慰的是，国内各大船员培训机构正积极应对。2013年初，上海海事职业技术学院引进了KONGSBERG Maritime AS公司的NeptuneTM CHS LNG-M货物操作模拟器，组织了师资培训，申报了培训项目开发的软课题，取得了一定的进展。
1 LNG-M模拟器概述
LNG-M是LNG-Membrane的缩写，译为薄膜型LNG船。LNG-M模拟器主要由INSTRUCTOR、OPERATOR和CARGO TANK CONTROL PANEL三个部分组成。通常教练机1-4套、学员机10-100台、货舱操控台1-10个。附属设备有以太网服务器、故障报警记录打印机、投影仪、空调、声力电话等。
教练机负责新建或载入货物操作练习情景，控制整套模拟器设备，有着广泛的通信功能。譬如，锁定学员机进行临时指导、在学员机的操作界面上安插故障等。学员机是模拟货物操作的关键设备，可以设定不同的货物操作状态。譬如，航行中的挥发气燃烧处理、靠泊后的装卸货操作、进出坞前后的货舱置换作业等。货舱操控台是模拟器的硬件设备，可以本地控制货物系统的温度、压力、开度、流量等多个变量参数，通常选用1号货舱（如图-1）作为代表即可。
LNG-M模拟器是用C语言开发的。教练机、学员机和货舱操控台在Windows 2007操作系统下运行，要求局域网服务器能同时处理多任务的人机互动操作。整套模拟器内置核心控制软件NeptuneTM、通信软件NiosTest、UltraVNC和四个功能模块VLCC-DH、LPG、CC、LNG-M。
LNG-M模拟器可以用来培训初级人员进行基本的装卸货操作，也可以培训高级人员进行应急操作和排除故障，还可以设定不同的任务模式、船舶初始状态和货物操作练习情景。
LNG-M模块分为部分和全部任务模式。教练机可以载入任何模式进行基本操作和高级操作，适用不同经验、知识背景和培训需求的学员。全部任务模式下，教练机通过NiosTest软件使货舱操控台与服务器相连，切换到本地控制。部分任务模式下，学员机可独立或分组进入不同的货物操作练习情景，包括惰化、驱气、冷却、装货、卸货、挥发气处理、暖舱、通风等。
值得注意的是，LNG船模拟器只对实船的部分货物操作进行模拟，不能包含不同船型和航线的所有货物操作。所以对参加培训的学员来说，应着重掌握和熟悉LNG船的货物属性、货舱结构、操作原理和系统设备等，而简单了解货物操作的参数设置、积载计划、故障报警记录等即可。
2 实船货物操作流程
要取得理论与实践相结合的培训效果，通盘熟悉LNG实船的货物操作流程尤为必要。薄膜型货舱是Gaz Transport & Technigaz 公司的专利技术，其设计原理是：在航程有限的情况下，利用特殊的保温结构和耐低温材料，维持较低的日蒸发率（约为每天0.15%），实现LNG海上运输。新造LNG船出坞后到下一次进坞前，有关货物系统的操作大致经历以下几个阶段（如图-2）：
（一）船坞交船阶段
主/次绝缘层要先后充入氮气，允许主绝缘层的压力达到200mbar（相对压力）；主绝缘层的压力大于次绝缘层的压力20～50mbar。随后干燥货舱，即将常温带水分的空气，经惰气发生器降温除湿产生干洁空气，经装货管线送入货舱底部，由下至上慢慢排出湿空气。再利用岸上供应的液氮，经货物蒸发器，从货舱顶部送入常温氮气，由上至下慢慢挤出干洁空气，惰化后的货舱要求常压，且氧气含量低于2%（体积分数），露点在-40℃以下。
（二）压载待命阶段
开航前，为保证航行安全和螺旋桨的推进效率，需要一定的平吃水。所以要先使用积载计算机计算船体受力和稳性，然后按压载计划进行压载操作，即启动压载泵向指定的压载水舱打入适量压载水。接到航次命令前，LNG船还可能需要完成加装燃油，配备伙食物料等工作，或处于压载航行状态。
（三）第一载货阶段
此阶段最为重要，是充分检验新船营运状态的关键。按航次命令靠泊指定码头，船岸连接后测试应急截止系统ESD。准备驱气操作，即由装货站或接收站提供一定数量的液货，经船上的货物蒸发器，自上而下地将常温气货送入货舱，并吹扫货物管系的各个角落，直至货舱可燃气含量达95%（体积分数）以上，CO2含量低于1%（体积分数）。接着冷却喷淋管线和货舱，即慢慢调节喷嘴阀开度降低舱内温度至-130℃，同时利用低流量压缩机控制舱内压力，将多余挥发气送到机舱烧掉。冷却货舱结束，有时为航行至装货站，还需要预装足够的底货，即在各舱舱底装入较低液位的货物，维持货舱的低温状态。
第一载货在装货站进行，装货时多余的气货要通过高流量压缩机送岸，补充岸罐压力或排空燃烧。舱底产生液位时，由于热胀冷缩效应，需要密切监控绝缘层的压力，保证货舱围护系统完好。确认污水井液位警报、可燃气探测、干隔舱防冻液循环加热等系统均正常工作后，开始排压载水操作。装货过程中，应严格按照装货计划，监控船体受力和检查稳性，控制平舱顺序，且按压载计划调整吃水和浮态。完货时确保平吃水，根据货物检量系统CTS准确计算装货数量，并与浮子液位核对。
（四）载货航行阶段
装载货舱舱容的98.5%，即为满载。完货后挥发气可以经燃气加热器、低流量压缩机送入机舱烧掉，控制货舱压力。航行期间要强制蒸发一定数量的液货，满足服务航速，即启动喷淋泵，经强制蒸发器将挥发气送入燃气管线。此外，还需启动测试液货泵，即打开装货阀启泵自循环，待出口阀压力正常后停止，间隔5分钟以上启动下一台。
载货航行时，需按保养计划进入压载水舱，仔细检查货舱底部是否有渗漏，出现冷点要准确记录大小并持续监控，必要时进行海上弃货操作，准备坞修。如突遇某货舱围护系统失灵，为保护船体完好，在情况允许的条件下，必须弃货，即吊装弃货喷管与歧管相连，启动液货泵将泄漏货舱的全部液货排放入海，同时打开水幕阀保护船体，并进行相应的压载操作。
（五）卸货阶段
到港前，需要冷却液货总管，即连通喷淋管线与液货管线，慢慢注入少量液货冷却至-100℃，为卸货做好准备。卸货前，船岸连接并测试应急截止系统ESD。间隔启动液货泵，检查确认一切正常后提高卸货速率。
卸货时，按卸货计划监控船体受力和检查稳性，控制停泵顺序，留足底货，且按压载计划进行压载操作。卸货减速时，保持一定的纵倾有利于扫舱，即先用后舱液货泵带出前舱残余液货的办法，再启动扫舱泵（兼用作喷淋泵）送出最后货舱底部的液货。某货舱的液货泵发生故障时，只能吊装应急卸货泵代替主液货泵，但操作费时费力且安全隐患较多，卸货速率较慢。
（六）再装货阶段
LNG船投入营运后，就进入装货-卸货的操作循环。在此期间，经常性操作还包括压载水置换，即在规定岸距和水深的海域，通过合理顺序排空一部分压载水，然后换成清洁海水压载。置换压载水是港口国为防止外来水生物入侵而采取的强制措施。
再装货抵港前，需要喷淋冷却货舱，即启动喷淋泵向喷淋管线注入液货，经各舱喷嘴喷出液雾，利用蒸发吸热的原理冷却货舱至-130℃。再装货时，同时排压载水等，不作赘述。
通常LNG船营运2.5年左右，需入坞检修保养一次。
（七）进坞准备阶段
常规或者紧急情况下可进行坞修。进坞前需要暖舱、IG惰化、通风等。暖舱，是指卸货后利用高流量压缩机经暖舱加热器，将低温气货升温送回货舱，从而提高货舱和绝缘层的温度至常温。必要时，启动喷淋维持货舱压力，直至液空（货舱内无液货）。接着启动惰气发生器向货舱底部送入惰气IG，自下而上排出挥发气送机舱烧掉，直至货舱和货物管线气空（可燃气含量极小）。然后，利用惰气发生器提供的干洁空气吹扫，自上而下将货舱和货物管线内的惰气挤到大气中。当货舱内的氧气含量达到18%（体积分数）以上，进行自然和机械通风，准备坞修。
（八）坞修阶段
进坞（干坞）后，需要用空气吹扫绝缘层，即启动真空抽气机将主/次绝缘层中的氮气（有窒息作用）抽出，充入新鲜空气。
通盘熟练掌握LNG船的货物操作流程，通常需要6年或更长的海上服务资历，船员适任和安全管理的要求较高。LNG-M模拟器对以上各个阶段的货物操作都进行了模拟，能够让学员在短期内了解和熟悉，间接获得需要多年海上服务资历才会有的货物操作经验。
3 LNG-M模拟器的培训方案
国家海事局于2011年颁布了《海船船员适任考试和发证规则》，对液化气船培训做了新的规定。按照要求，LNG船员培训分为理论和实操两个部分，其中实操部分“LNG船模拟器装卸货操作”共4学时。
组织有效的实操培训，除依赖先进可靠的设备外，还需要经验丰富的教练、理论联系实际的培训方法。因此，制定简洁可行的培训方案十分重要。为保证最佳的培训效果，发挥模拟器培训的优势，培训内容至少应包括：LNG船装卸货系统的组成；LNG船装卸货设备（如液货泵、货物压缩机、货物蒸发器、LNG挥发气处理装置等）的主要功能和管理要点；LNG船装卸货作业（如货舱置换、装卸货、应急卸货等）三大部分。经初步研究，设计培训方案如下：
首先，根据培训内容分配学时。熟悉模拟界面、学员机功能和快捷键、部分任务模式下单机练习，1学时；全部任务模式下分组练习，包括装货、卸货、应急卸货、压载水操作、挥发气处理，1学时；教练机演示货舱置换作业，包括干舱、N2惰化、驱气、暖舱、IG惰化、除气、通风，1学时；通盘熟练货物操作并处理故障报警，1学时。
其次，参考实船货物控制室布置LNG-M模拟器教室。譬如，货舱和货物管系布置图、货物操作流程图、货舱结构模型、货物操作手册、大副常规命令、装卸货计划、压载计划、设备操作步骤和参数设置手册、故障报警指南等。
再次，编写实操指导书、培训手册、评估练习题和其他辅助文件，譬如，标准称谓讲解卡、模拟界面说明、教练机操作指南、常用功能快捷键标签、经常性货物操作步骤、应急操作预案等。
最后，师资方面可以尝试跨专业的校企合作模式，集合航运企业的管理人员、培训机构的专业教师及资历较深的LNG船员，组成一支熟悉货物操作、精通模拟器软件和擅长实操培训的专业教学团队。
4 LNG-M模拟器的实操评估
2012年《海船船员培训合格证评估大纲和规范》科目“T05.液化气船货物操作高级培训评估大纲和规范”对“LNG船模拟器装卸货操作”的评估，采用问答和实际演练的形式。
评估大纲 评估要素 评估标准 评估得分
LNG船货物装卸系统的组成 回答准确10分
基本准确6分
不准确0-4分 0-10分
LNG船装卸货主要设备的功能和管理要点 液货泵
货物压缩机
货物蒸发器
LNG挥发气处理装置 回答准确30分
基本准确20分
不准确0-10分 0-30分
LNG船装卸货作业的操作程序 货舱置换
装卸货
应急卸货 程序正确，操作熟练，满足各项要点60分
程序正确，操作熟练，要点有欠缺40分
程序正确，操作不熟练，要点有欠缺20分
程序不正确，操作不熟练，要点有欠缺0-10分 0-60分
评估成绩满分100分，总分60分及以上合格，否则不合格。
5 结束语
国内各大船员培训机构中，LNG-M货物操作模拟器占有较大比例，具有代表性，且能够满足STCW公约的相关要求，因此有必要深入探讨LNG-M模拟器的实操培训。LNG模拟器培训的市场前景非常广阔，是船员特殊培训中的新领域。各大船员培训机构积极准备的过程中，由于采用不同的培训方案，势必对培训效果造成影响。虽然LNG模拟器培训的文章已见诸杂志期刊，但在没有出台统一的评估指南前，充分酝酿高标准的实操指导书、培训手册和评估练习题，十分有利于提升的实操培训水平。另外，积极开展LNG模拟器培训的研究与实践，推动制定统一的评估指南，能为满足现在和将来LNG船员培训的巨大需求、进军LNG高端培训领域及建立良好的培训秩序打下坚实的基础。
参考文献
[1] 郝红乾.《LNG液货操作模拟器培训评价系统》「D. 大连海事大学硕士论文. 2012年
[2] 何庆华等.《LNG船货物操作模拟器在船员培训中的应用》「J. 航海教育研究，2012年第4期
[3] KONGSBERG Maritime AS. NeptuneTM CHS LNG-M User Manual. 2012
[4] 中国海事服务中心.《液化气船货物操作（高级培训适用）》「M. 大连：大连海事大学出版社. 2012年
[5] 中国海事服务中心.《液化气船货物操作（基本培训适用）》「M. 大连：大连海事大学出版社. 2012年