船用LNG 燃料罐安全保障系统设计与泄漏风险防控研究

一、安全保障系统设计

1.1 安全保障系统的设计原则

在设计船用液化天然气（LNG）燃料罐的安全保障系统时，首先要保证系统具有可靠性和冗余性，因为 LNG 燃料罐在船舶运行中极为重要，所以系统的设计必须符合一些严格的安全标准，比如国际海事组织（IMO）的《国际安全管理代码》和《国际船舶和港口设施安全代码》。LNG 燃料罐的安全保障系统应该配备多个传感器，来实时监测温度、压力和泄漏情况，这样就能在任何异常情况下立即发出警报，而且在设计时还要用到故障树分析（FTA）或者事件树分析（ETA）之类的风险评价模型，找出潜在的故障方式和风险路径，从而在设计之初就把安全隐患排除掉。

1.2 关键安全组件的选型及集成策略

在设计船用 LNG 燃料罐安全保障系统的时候，关键安全组件的选型和整合是保证系统可靠性和有效性的关键部分，要考虑到组件的耐低温性能，因为LNG 燃料罐处于极低温度环境，所以组件务必能在-162° C 的条件下正常运转。就拿压力传感器和温度传感器来说，选择它们的时候，一定要依照其在低温状况下的精确度和反应速度，在执行整合的时候，要采取冗余设计原则，这样就能保证在主要组件出现故障的时候，备用组件可以立刻接收功能，从而防止由于单点故障引发的系统失效。双传感器系统就是一个例子，如果其中一个传感器出现问题，另外一个就能持续供应准确的数据，而且安全阀和紧急切断阀的选型也很重要，它们必须能够迅速应对泄漏状况，而且还要具有很高的可靠性。

二、泄漏风险评估

2.1 泄漏风险的识别与分类

在船用液化天然气（LNG）燃料罐安全保障研究中，泄漏风险识别与分类是重要部分。LNG 燃料罐属于船舶动力系统关键部分，它的安全直接关联到船舶和船员的安全，按照国际海事组织（IMO）有关条例，LNG 燃料罐的设计及操作需要符合严格的安全标准。在风险识别的时候，应当综合考虑诸多可能的泄漏来源，比如罐体结构存在瑕疵，阀门或者管道发生故障、操作失误、外部因素诸如碰撞和自然灾害等等。通过历史数据分析可知，绝大多数泄漏事故产生于装卸过程及日常维护期间，这就要求在设计阶段就要对此予以重视。譬如针对 LNG 运输船展开的一项统计研究表明，多于 60% 的泄漏事故源于装卸过程中的操作失误，因而在风险归类时要着重考虑操作风险，进而加以防范。

2.2 泄漏风险评估方法与模型

在船用 LNG 燃料罐的安全保障研究过程中，泄漏风险评估属于核心环节之一，要对评估方法及模型展开创建，这需要借助详尽的数据分析与历史案例研究才能做到，从而保证评估结果准确且实用。比如可以利用故障树分析（FTA）找出造成泄漏的潜在故障模式，再用蒙特卡洛模拟去评判这些故障出现的概率，风险矩阵模型同样有助于我们对泄漏风险实施分类并按优先级排序，这样就能更好地分配资源来执行风险控制工作。从历史事件来看，2010 年发生的“深水地平线”钻井平台爆炸事故就显示出对高风险环节开展评估的重要性。

三、泄漏防控技术

3.1 泄漏检测技术的现状及发展趋势

在船用 LNG 燃料罐安全保障与泄漏防控的研究当中，泄漏检测技术的现状与发展走向是极其关键的研究范畴，当前泄漏检测技术已从传统的物理检测手段，诸如压力检测、液位检测等，发展到了采用先进传感器技术，比如红外光谱分析、声发射检测、光纤传感技术等，这些技术可做到即时，持续地监测，从而极大优化了监测的灵敏性与精确性。拿光纤传感技术来说，它有着高精度且能抵御电磁干扰的特性，在 LNG 燃料罐泄漏检测上有着极大的潜能，研究者们正在努力研发更为灵敏的泄漏检测体系，这些体系可凭借机器学习算法来分析数据，预估大概的泄漏危险，而且能在泄漏发生之前就予以防范。

3.2 泄漏应急响应与控制策略

船用 LNG 燃料罐的安全保障体系里，泄漏应急反应与控制策略是非常关键的部分，如果出现泄漏状况，及时且有效的应急反应机制就能最大程度削减损害。按照国际海事组织（IMO）的指导文件，船舶设计时要设置自动检测系统，可以在 LNG 泄漏之后的数秒之内发出警报，而且应急控制策略包含立刻切断燃料供应，启动通风系统来稀释泄漏气体浓度，还要启动紧急排放系统把泄漏的LNG 安全排放到海中或者收集系统当中，通过细致的预防办法和应急反应计划，可以有效地缩减重大事故发生的可能性。

四、安全保障系统的测试与验证

4.1 安全保障系统的测试方法

船用 LNG 燃料罐安全保障系统的设计当中，测试方法是保证系统可靠性和有效性的重要部分。测试方法要考虑到 LNG 燃料罐的特殊性，低温高压的工作环境就是其中之一，压力测试就可以用来模仿极端工况，从而保证燃料罐在超出正常工作压力的情况下依然能够维持结构完整，按照国际海事组织（IMO）的相关标准，比如《国际海上人命安全公约》（SOLAS），测试压力至少要达到设计压力的 1.5 倍。泄漏测试也是必不可少的一环，利用氦气或者氮气当作示踪气体，就能检查燃料罐的密封情况，保证没有泄漏现象出现。在测试期间，数据搜集和分析同样非常关键，应当采用先进的传感器以及数据记录装置，随时观察测试进程里各项参数的变动情况。

4.2 安全保障系统验证流程与标准

船用 LNG 燃料罐安全保障系统的验证流程中，要依照一连串严格的标准和程序，以保证系统可靠又安全，验证流程包含对设计文档展开检查，保证所有安全组件的选型及融合符合IMO 相关规范和业界最佳操作惯例。在测试方法上，应采用模仿泄漏状况的实验，借助先进的传感器技术，对燃料罐的泄漏监测体系执行实地考察，拿气体探测器和红外成像技术来说，可以随时观察燃料罐周边环境的甲烷浓度变动，从而在微小泄漏出现时立刻察觉。验证流程的最后一步就是系统验证，这需要按照既定标准来进行，比如参照 ISO26262 标准，对电子控制单元（ECU）执行功能安全评定，保证其在设计、实施以及运作过程中具备安全性，还要展开一系列综合测试，包含压力测试、温度循环测试以及振动测试，以此来模仿实际运行情况下的系统表现。通过这些测试，可以保证LNG 燃料罐的安全保障系统在各种工况之下都能维持其功能的完备性与可靠性，进而给船舶给予持续的安全保障。

参考文献：

[1] 邢攸村 ， 张培宇 ， 王飞 .LNG 动力客滚船燃料罐预冷方案分析 [J]. 船舶物资与市场 ，2025，33（3）：77-79.

[2] 满亮 ， 吴海荣 .LNG 船用燃料罐及供气系统研发及应用 [J]. 船舶物资与市场 ，2024，32（6）：73-75.