液化石油气船报告.doc

液化石油气船报告江苏省科学技术发展战略研究院江苏省科学技术情报研究所二一四年十二月报告完成人名单 课题组负责人： 课题组成员：目 录摘 要一、液化石油气船简介二、液化石油气船特点及货物围护系统三、液化石油气（LPG船）的分类四、液化石油气船的国内外相关报道五、液化石油气船国内外部分LPG船主要相关指标六、液化石油气船 - LPG储罐注水堵漏工艺七、超大型液化石油气船线型研制八、液化石油气船装卸流程及作业安全管理九、液化石油气船疲劳强度校核方法十、 液化石油气船触礁高位搁浅的救助方法十一、全压式LPG船货物蒸气压力的控制十二、近年液化石油气、液化石油气（LPG）船行业形势分析附件：报告被采用情况汇总表摘 要本报告主要介绍了液化油气船的一些基本情况，包括液化石油汽船的简介、液化石油气船特点及货物围护系统、液化石油气船（LPG船）的分类、液化石油气船的国内外相关报道、液化石油气船国内外部分LPG船主要相关指标；在此基础上又对液化石油气船进行了深度研究，主要有下方面：液化石油气船 - LPG储罐注水堵漏工艺、超大型液化石油气船线型研制、液化石油气船装卸流程及作业安全管理、液化石油气船疲劳强度校核方法、液化石油气船触礁高位搁浅的救助方法以及全压式LPG船货物蒸气压力的控制；最后，本报告就近年来的液化石油气、液化石油气（LPG）船进行了行业形势分析，以期为社会各界的相关行业提供有益指导。液化石油气船报告一、液化石油气船简介液化石油气（Liquefied petroleum gas，简称LPG）船主要运输以丙烷和丁烷为主要成份的石油碳氢化合物或两者混合气，包括丙烯和丁烯，还有一些化工产品，近年来乙烯也列入其运输范围。依据载运各种气体的不同液化条件而分为全压式(装载量较小)、半冷半压式(装载量较大)和全冷式(装载量大)。液化气船因其特殊用途而产生了各方面的特殊要求，其技术难度大，代表当今世界的造船技术水平，船价为同吨位常规运输船的23倍，是一种高技术、高附加值的船舶。二、液化石油气船特点及货物围护系统船舶的结构、布置特点主要取决于所运货物的特性。由于液化气的特殊危险性,因此液化气船在总体布置、货舱结构和船体结构等方面都有着与其他船舶不同的特点。所有的液化气船的货物区域都是双层船壳,机舱和居住区域均设在船尾部,在液货舱与机舱、驾驶台、船员住室等非装载舱室之间均设有隔离舱。船上设有多种管系,所有的货物管路均通过甲板上的货舱顶盖通入舱内,甲板上设有压缩机房、电机房和货物控制室,这些舱室均有专门的水帘保护。压载舱室和货舱分开,以防压载水的冲击力影响液货舱的安全。液化气船上用来保护和存放货物的装置称为货物围护系统。它包括液货舱的舱壁及其附属设备和支持这些构件的邻接结构,其中液货舱是指货物围护系统中用于装载货物的主要容器。液化气船上的货物围护系统有以下五种。1. 独立液舱(Independent Tanks)。这是指液舱的结构不直接与船体结构相联接的液舱,也即液舱的结构并不与船体结构成为一个整体。采用这种结构的目的是为了消除或尽量减少与液舱相邻的船体结构的受力对液舱的影响,从而减小液舱结构的应力。这种液舱也称为自身支持液舱。有以下三种类型: A型独立液舱。这种液舱为棱柱形,其最大允许的蒸气压力为7oKPa,货物是在常压下以全冷冻方式运输。在液舱壁(称为主舱壁)和船体外板之间设置一层附属隔板(也称次屏壁),以保护船体外壳免受货物泄漏时的低温影响。,在主舱壁和附属隔板之间形成的空间称为大舱空间(Hold Space)。按规定,大舱空间必须能容纳液货15天的泄漏,平时应充满惰性气体。这种围护系统必须采用耐低温的材料,在主舱壁外面或附属隔板里面涂有绝热材料。该型液舱多由平面结构组成，液舱最大允许设计压力不大于0.07MPa，在大型全冷船上采用该型式较多，工作温度不低于55。 B型独立液舱。这种液舱的形状有棱柱形和球形或圆柱形。前者的设计蒸气压力不大于70Ka,用于运输液化石油气;后者较为典型,其设计蒸气压力大于70KPa,用于运输液化夭然气。由于球形液舱能比较准确地计算其结构应力,所以它的附属隔板只需要一部份,通常由滴水槽和防溅隔板组成。要进行精确的结构应力分析和模型试验，包括采用有限元，壳理论，某些场合可适当使用框架分析手段。屈曲、疲劳寿命、塑性形变都属考虑范围。液舱型式有棱柱形和回转球形，压力小于0.07MPa。LNG船用此型式较多。 C型独立液舱。这是一种球形或圆柱形压力容器。其设计蒸气压力大于200KPa,用于半冷冻式或全加压式液化气船上。也可以用于冷冻式液化气船上,但其货物围护系统必须采用耐低温材料。当用于全压力式船上时,其设计的最大蒸汽压力应不小于1700KPa,而用于冷冻式或半冷冻式船上时,其设计的蒸汽压力为500一700KPa及50%真空。这种液舱完全按压力容器设计,故不需要附属隔板,使用时,在主舱壁和船壳之间的大舱空间应充满惰性气体。C型舱有单罐、双耳和三叶型三种，按压力容器准则设计。设计压力常取1.8MPa，不超过2MPa。我国目前建造的全压式和半冷半压式LPG船皆属于此范畴。该船不需要设置屏蔽，技术状态成熟。这三种型式均非船体的构成部分，呈自持式。它们的独立液舱中,棱柱型独立液舱能更有效地利用船体空间,而且由于货物装载重心较低,故稳性较易得到满足,但建造费用和技术难度较高;而球形独立液舱对绝热要求不很严格,没有内部加强,故制造技术比较简便,费用也较棱柱形独立液舱为低。球形舱的缺点是船舶的空间利用率低,为了能提高船舶装载液货的能力,就需要加大船舶尺度或提高液舱高度,使其装载重心提高,且对驾驶员了望产生一定影响。2.薄膜液舱(Membrane Tanks)。这种围护系统是由一层很薄的金属板作为主舱壁,通过绝热层由邻近的船体结构加以支持,属于非自身支持的系统。作为主舱壁的薄膜的最大厚度不超过10mm,如有的采用1.2mm厚的波纹形不锈钢薄膜,有的采用热膨胀系数很低的殷瓦合金钢膜作主舱壁。种系统必须要有完整的附属隔板,以保证万一主舱壁泄漏仍能保持围护系统的完整。这种液舱的设计蒸气压力不大于70KPa，一种称为“Gaz transport”薄膜围护系统的剖面图。它的主舱壁是0.5mm厚的殷瓦合金钢,附属隔板是0.7mm的殷瓦合金钢,在主舱壁和附属隔板之间及附属隔板和船壳之间的绝热材料是由充满珍珠岩的200mm厚的胶合板所组成。薄膜液舱的最大优点是建造费用低,能有效地利用船舶空间,但由于对这种结构的受力分析不可能确切,所以这种液舱在船舶发生如碰撞等事故时容易受损。3.半薄膜液舱(Semi一Membrane Tanks)。这种液舱介于A型独立液舱和薄膜液舱之间。它的用作主舱壁的薄膜比薄膜液舱的薄膜要厚得多,舱的转角设计成圆形,以便能承受自身的胀缩。这种舱在空载时为自身支持,而在装载状态时则为非自身支持,作用在主舱壁上的液体和蒸气压力通过绝热层传递到内船壳上。这种液舱主要用于运输液化夭然气。4.整体液舱(Inlegral Tanks)。这种液舱结构与船体结构直接接触,成为船体结构中不可缺少的一部份,因此其所受应力与其相邻船体结构相同。这种液舱的设计蒸气压力不超过7oKPa,它一般不适用于运输货温低于一10的货物。运输丁烷的液化气船上可以采用这种液舱。5.内部绝热液舱(Internal Insulation Tanks)。这种液舱是在内船壳的里面安装一层绝热材料,货物直接与绝热层接触,所以一般选用聚氨脂泡沫作绝热材料。这种液舱是非自身支持的,它可以由内船壳支持,也可以由独立液舱支持。前者的设计蒸气压力不超过70KPa,而后者可以大于70KPa。这种系统主要用于运输丙烷和丁烷,不能运输氨。三、液化石油气（LPG船）的分类(1) LPG船按货物运输方式分为全压式、半冷半压式（冷压式）和全冷式三种船型。1. 全压式运输又称常温压力式，是把货物置于常温条件下加压超过蒸发气压的压力，使货物变成液化状态。少数气体诸如乙烷、乙烯、甲烷在高于临界温度下再加压也不液化。全压运输船的船舱不需设置隔热与低温冷却设备。通常最高设计温度为45，最高设计压力为1.752.0MPa之间。江南造船厂建造的我国第一艘3000m3LPG船，其设计工作压力即1.75MPa，通常全压式LPG船的舱容量都在5000m3以下。2. 半冷半压式运输又称低温加压式，第一艘该型船建于1959年，容积为2100m3。60年代初期在欧洲，由于低温技术研究趋于成熟，陆续建成一大批。目前以德国的船队见多。这类船早期冷却工作温度为5左右，压力0.8MPa左右，运载液化气接近于全压式LPG船，现已很少建造。近来，这类船分为两类，较多的冷却温度为48，少数运载乙烯的为104，工作压力为0.50.8MPa，江南造船厂建造的4200m3和16500m3LPG船分别属于该两种船型。通常该类船最大舱容量不超过25000m3，新研制的30000m3LPG船可谓是该型船之最。3. 全冷式运输又称为低温常压型，液化气贮存于不耐压的液舱内，处于常压下的沸腾状态。液舱设计压力一般为0.025MPa，单个液舱容积很少受限制，适宜建造大型船舶，容量大都为50000100000m3。（二）根据所运液化气的危险程度,可以分为IG型、IG型/IPG型和班G型三种型号。其中,IG型是指适用于运输危险性最大的货品的液化气船,在船舶结构上要求能经受最严重的破损,也就是说当船舶受到严重破损时液货舱不致受到损伤,从而保证货物不发生泄漏。所以这种船的液货舱壁与船舶外板之间要求留有最大的间距;IG和1PG型船是指适用于运输危险性中等的货品的液化气船,其中IPG型是专指船长不超过150m的具有C型独立液舱的船舶,这种船上液货舱舱壁距船舶外板的间距小于IG型船;G型船舶是指适用于运输危险性较小的货品的液化气船,它的液货舱位置要求和IG型相同.每种型式的液舱位置的具体要求及不同货品应采用哪种型式的船舶运输,在“国际散装运输液化气体船舶构造和设备规则”(简称IGC规则)中均已列明。根据所运货物被液化的方式不同,液化气船又可以分为以下五种:1. 压力式液化石油气船(又称全加压式液化石油气船)。这是在常温下,通过加压将石油气液化装于耐高压的液舱中进行运输的船舶。这种船上的货物围护系统采用C型独立液舱.主要用于运输液化石油气和氨。用于运输液化石油气时,液舱的设计压力为18000KPa。其液舱为圆柱形或球形或有纵隔壁的双圆柱形及三圆柱形。这种船的优点是液舱管系不需要绝热,船上不需设再液化装置,操作简便。其缺点是船舶的空间利用率低,与同规模的其他液化气船比较,其载货量较小,而且液舱壁的厚度需随设计压力的增大而增大,因此这种船的规模较小。2. 低温式液化石油气船(又称全冷冻式液化石油气船).这种船是在常压下将气体冷却至沸点以下进行运输,故其液货舱需要有高要求的隔热保冷保护。货舱的形式有独立液舱、薄膜液舱和整体液舱,以独立液舱居多。所用独立液舱为A型,每个舱内设有横隔壁及一个纵隔壁以保证其稳性。这种船的液舱设计压力为70kPa,其结构材料采用能承受低于一48装载温度的耐低温钢。现有船舶的规模为10000l00000m3,。这种船的优点是船舶的空间利用率高,由于低温使液货容积的压缩比增大,故液体的密度增大,船舶的载货重量可以增加,从而提高其经济效益。它的缺点是液舱必须用耐低温的材料并采取相应绝热措施,液化设备必须保持液货的低温,液货舱周围需用惰性气体保护,而且需设再液化装置。3. 低温低压式液化石油气船(又称半冷冻式液化石油气船)。这种船是压力式和低温式两种型式的折衷方案,它是采用在一定的压力下使气体冷却液化的方式进行运输。一般设计压力为300700KPa,而冷却温度则随运输对象而异,较多的是一10左右。由于设计压力减小,因此液舱壁厚度可以减小,对建造材料的耐高压和耐低温的要求也降低,从而使建造成本降低。但需设置液舱绝热层和再液化装置。这种船的液舱形状有圆柱形、圆锥形、球形或双凸轮形.4. 冷冻式液化天然气船。这是一种专用于运输液化夭然气的船舶。采用常压下冷却的方式运输,属于全冷冻式船舶。由于液化天然气的大气沸点为一162,故其运输时的冷却温度一般为一1“,液舱必须采用铝、9%镍钢等耐低温的材料制成,因此造价很高。多数采用薄膜液舱或B型独立液舱。现有的液化天然气船上均不设再液化装置,而是将沸腾的货物用作船舶燃料。船舶规模在120000130000m3。今后趋势可能提供更高的液舱隔热,设置再液化装置和采用内燃机主机。5. 乙烯液化气船.这是一种为专门航线设计的液化气船。乙烯的沸点为一104,采用全冷冻方式运输。由于装载温度很低,所以在液舱和船壳之间设置了隔离的附属隔板和绝热层。船上设有再液化装置,有双层船壳,可以采用A型、B型和C型独立液舱。现有船舶规模为100030000m3,。为了提高船舶的通用性,许多乙烯船也可以运输液化石油气。四、液化石油气船的国内外相关报道1. 国外报道： “Franders Tenacity”号是日本川崎重工坂出船厂1996年5月建成的84000立方米全冷式LPG液氨运输船，该船是LPG船中容积最大的一类船舶。总长：230.00米，垂线间长：219.70米，型宽：36.00米，型深：2l.90米，吃水：11.60米，总吨：47027总吨 载重量：54135吨，主机型号：川崎制造MAN B&W 5S70MC型柴油机，最大功率：18300马力，服务航速：17.5节。该船主要用于运输丙烷、丁烷、无水氨等货物，采用IMO独立A型货舱结构，4个货舱均为棱形，材料为碳锰合金钢，液舱温度最低可降低至零下48。每货舱配有2台电动深井泵，装卸速度600米/小时，2台增压泵和货舱加热系统可将液化气在临界温度以下输送到岸上。2. 国内报道：江南造船（集团）有限责任公司制造的22000m3半冷半压式液化气船能同时装运三种不同密度的液化气和部分化学品，最低设计工作温度-104，最大压力4.7bar。主要研究内容包括：开发了一个能满足各种吃水状态的船型；解决了满足货种及装载工况繁多情况下（破舱工况接近3000种）的完整稳性的难题，极大地提高了船舶安全性；实现了在无甲板、弱结构下安全下水的关键技术；攻克了超低温（-104）、高强度、高镍合金钢材料建造液罐的焊接关键技术；实现国内液化气船复杂液货系统设备模块化制造技术，赢得世界造船市场的良好声誉。3.中国首制超大型全冷式液化石油气运输船在沪交付中新网上海1月13日电 (何宝新)中国首次自行研发、设计、建造的2艘8.3万立方米超大型全冷式液化石油气运输船(以下简称“VLGC”)13日在上海长兴岛造船基地签字交付。标志着中国船舶工业已全面跻身世界高端液化气体运输船设计、建造的先进行列。VLGC可装载乙烯、甲烷、乙烷等多种液化石油气体，是目前液化石油气船家族中载运量最大的一种，也被国际造船界公认为危险系数高、建造难度大的复杂船型。其技术难点主要集中在液舱和船体总体平衡、结构温度场分布及计算、耐低温钢焊接、液舱结构和支承系统设计以及液货控制系统等方面。此次为挪威Frontline公司量身定制的8.3万立方米VLGC，由中船集团旗下的上海外高桥造船有限公司控股子公司长兴重工有限责任公司承建，江南造船(集团)有限公司承担研发。该船型总长226米，型宽36.6米，型深22.2米，设计吃水11.4米，设有4个IMOA型自支承式独立菱形货舱，设计温度零下50摄氏度，设计压力0.25帕，总容积8万3千立方米，具有两套液相、气相装卸总管，可以同时进行两种不同货物的装卸。该船满足了国际海事最新的环保要求，其综合性能略优于韩国船厂的同期水平，入级英国劳氏船级社。据悉，目前中国仅有中船集团具备了自主研发、设计和建造VLGC船型的技术能力。为将长兴重工打造成世界VLGC建造中心，上海外高桥造船有限公司已在8.3万立方米VLGC的基础上，完成了更为绿色环保、更具市场前景的升级船型8.5万立方米VLGC的改进和研发，并已与目标船东签订了建造意向书，力争保持VLGC设计和建造的领先地位，进一步增强在细分高端市场的竞争力。(完)五、液化石油气船国内外部分LPG船主要相关指标 装载量运载形式江南造船22000m3半冷半压式沪东造船8400m3半压半冷式Franders Tenacity84000m3全冷式A型World Bridgestone74000 m3全冷式Danian Ga26000 m3全冷式Gaz Fountain40232 m3全冷式Yuyo Maru 10 47,500 m3全冷式La Forge 70,793 m3全冷式 六、液化石油气船 - LPG储罐注水堵漏工艺 1. 注水堵漏的工艺方案(1) LPG的性质 气态LPG的密度比空气大，泄漏后积聚在地面附近散。易扩散，LPG爆炸极限约为29，爆炸下限较低一旦发生泄漏，LPG可以在小范围内很快形成爆炸性混合气体，非常危险。 液态LPG比水轻。 LPG饱和蒸气压较高，气化速度快，在由液态变为气态过程中，短时间内可吸收大量的热量。如果喷到人的身体上，会导致皮肤表面局部降温而造成冻伤。(2) 工艺原理由于液态LPG比水轻，如果储罐底部阀门、法兰及连接件处发生泄漏，可以通过工艺管道向储罐内注水，用水托起LPG，使LPG与泄漏点隔离，降低LPG泄漏到周围环境中的可能性2，3。为实施堵漏、倒罐等措施争取时间，并减少了液态LPG的喷出量，减少对操作人员的伤害。(3) 工艺流程水泵与消防水管和消防水池相连，确保供水的连续性和可靠性。泵出口的两条管道必须加装止回阀，一旦LPG管道压力较大时，LPG不会逆向流入消防水管道中。LPG常温下饱和蒸气压较高，约04 MPa08 MPa，所以选泵时应选取扬程较高的泵，确保使水顺利进入储罐。宜再并联一台备用泵，情况危险时两台泵可同时工作，更可靠。 (4) 工艺的实施 生产中一旦发现泄漏，找到泄漏点后，当判断其他方法难以实施时，立即开泵注水。如果泄漏点较小，因在泄漏过程中LPG迅速气化吸热，使泄漏点周围温度急速下降，水到达泄漏点后遇冷结冰形成冰堵，可以起到暂时堵漏的作用。如果泄漏点裂口较大无法形成冰堵，继续向储罐内注水。因液态LPG比水轻，所以注入储罐里的水将LPG托到水面上，使LPG与泄漏点隔离。此时从泄漏点喷出的主要是水而不是纯LPG，再采用具他方法堵漏。在堵漏过程中，可打开储罐顶部放散阀，放散气态的LPG，这样既不易形成危险，又使储罐内压力降低。(5) 工艺的优点 此工艺流程简单，启动迅速，见效快，易于实现，能起到应急作用。 从泄漏点喷出的液体主要是水，减少了堵漏过程LPG的喷出量，延迟了爆炸性混合韧的形成，降低了操作人员发生冻伤的危险性，降低了操作难度，为实施堵漏、倒罐等措施争取了时间。 实施对空放散降低了泄漏点压力，便于堵漏。七、超大型液化石油气船线型研制 超大型液化石油气船（VLGC）是高附加值的船，在 LPG 市场中占有重要的位置。应用 CFD 技术对VLGC 线型进行了研制和优化，应用结果表明最终的航速明显超过了原来的参考线型，也超过了立项的目标航速，接近了国外优秀船型。(一) 主尺度 目标船的主尺度见表 1，从表中可以看出母型船无论在长度或宽度方面都比目标船的线型小。在同样吃水时，目标船要比母型船大 2000t左右。在快速性能方面，同样功率下的航速，国外先进船要比母型船快 0.5kn 左右。目标船的航速目标介于韩国最先进船舶和母型船之间，为 16.5kn，最后达到 16.7kn，而国外同类最优秀船的航速是16.75 kn。 （二） VLGC 线型设计和优化 该船线型设计的基本目标是在给定的主尺度和主要船型系数的条件下，达到 84000m3的舱容和服务航速。因此首先权衡液舱大小、形状以及浮态的要求，然后考察其快速性。 快速性方面是应用 CFD 进行船舶静水阻力计算和流场的详细分析，依据这些数值计算与分析的结果，提出线型优化的方向和方案，然后进行船模试验，最后对线型优化方案做进一步验证。 1. 初步线型设计 在主尺度确定后，进行线型的设计工作。除了常规的考虑因素外，还要注意以下几点： （1） 考虑液舱形状。液舱形状和线型匹配将是一个复杂的迭代过程，在主尺度的限制条件下平行中体尽可能地长和瘦削，以取得更大的货舱容积和快速性； （2）不同的货物比重、浮态，要求这类船的线型要兼顾多种装载状态（多种吃水）下的快速性； （3） B（型宽）/T（吃水）3.0 属浅吃水船，要兼顾浅吃水下的船舶特点； （4） LPG 船是艉机型船舶，机舱内设备多、容量大，因此艉部型线要确保各种机电设备的布置。 按上述原则进行了初步线型的开发。从江南线型数据库找到一条较为匹配的船做母型船，并考虑了 A 型液舱的大小、形状，以及为满足多货种装载对满载时纵倾要求后，经过反复匹配，得到了以母型船为基础修改而成的初步线型。 见图一。在初步线型的局部处理中已兼顾了快速性的要求，并对球艏、前肩、去流段以及艉形作了反复权衡。根据以往经验，这类方形系数约 0.75，傅氏数在 0.20 左右的船舶，兴波阻力和黏压阻力在总阻力中都占有一定比重。各阻力成分都很敏感地影响总阻力的大小，如去流段设计不当则可能因严重界层分离而导致相当大的黏压阻力。因此，在这类船的线型研究时对各个阻力成份都应给予注意。 2.线型优化 在初步线型确定后，进行以快速性为目标的线型优化工作。 应用 CFD 软件 SHIPFLOW 对初步线型进行了船舶静水阻力计算和流场分析。艏部主要通过波形分布，压力分布以及兴波阻力的大小来判断线型的优劣，这些流场信息是应用基于势流理论的计算结果。艉部通过沿船体表面的压力分布和桨盘面处的速度矢量分布，分析艉部有无流体分离的产生和伴流的均匀程度，从而判断艉部线型的优劣。艉部流场是求解黏性流的 RANS 方程的计算结果，采用k的湍流模型，该湍流模型避免使用壁面方程，比传统的k模型能更好地捕捉艉流场特性。 （1） 初步线型分析 对通过母型船变换过来后，经过处理形成的初步线型，进行了水池船模试验，从试验的数值来看，初步线型的航速约为 16.1kn，母型船的航速是16.2 kn 左右，基本吻合，从母型船和初步线型的波形图可以看出，两者基本吻合，见图 2。 （2）前体线型分析 通过兴波阻力计算考察前体线型。兴波阻力的计算基于势流理论，采用边界元法。计算结果的精度与流场特性的捕捉在很大程度上取决于网格质量，特别是自由面上的网格数量、大小、形状和分布，见图 3。在计算时采用非线性的自由面，计算在迭代 14 次后收敛，见图 4。在设计吃水时，航速为 16.5kn 时的波形分布形态和特征有待改进，见图2，进一步考察 wave-cut 图，见图 5、6，波高有些偏高，后体的兴波明显夸张，因为流体在艉部有分离产生，所以应用势流计算的结果对前体线型进行分析。从沿船体的压力分布图（图 7）中可以看出在前体舭部可能会产生舭涡。 （3）后体线型分析 后体线型应用粘性流计算结果进行分析。主要考察艉流分离程度及螺旋桨盘面处的伴流分布等。黏性阻力的计算采用固定自由面下求解 RANS 方程，在前面非线性计算得到的自由面条件下进行黏性阻力计算，计算域纵向从船中开始，船尾到 1.8个船长位置，横向取 1.5 个船长，网格数取1206030，见图 8。程序中没有设计算收敛的判断条件，但是从 Cdf和 Cdp的值可以判断计算在 1500次迭代后收敛，见图 9。从压力分布图（图 10）看，有明显的舭涡产生。0.5 站处的的速度分布图（图11）可以明显地捉到舭涡的形态，同时还要考察桨盘面处的速度分布图（图 12）。可以看出伴流分数在桨盘面上半部出现峰值，分布也较均匀，属于正常伴流分布形态。所以黏性流的计算也显示船体的艉部线型属于良好。图8 粘性计算网格划分（4）线型优化 以上分析表明该基本线型艏部兴波有些偏高，尾部伴流均匀。针对该初步线型，优化时修改了艏部线型和艉部线型，形成了改型方案。初步线型球鼻较低，因此优化时提高了球鼻高度以改善肩波。通过 CFD 分析可以看出改型的艏波峰变小，见图 13，也基本上看不到肩波的存在，而且船体舯部基本上处于无波状态，只有到艉波区域才出现明显波形。从自由面的波形图上（图 14）可以看出，改型的很大一部分区域均比初步线型降低了 50以上的波高。因此改善是很明显的。再看艉部，艉部的两个线型区别如图 15，伴流分布如图 16，可以看出第二个线型的伴流均匀程度稍微得到了提高。 （5）船模试验验证 改型的模型试验结果航速达 16.7kn，验证了CFD 优化的正确性。超过了 16.5 kn 的立项航速，并接近了韩国的最优船型的速度。 3. 结语运用了 CFD 软件 SHIPFLOW，对线型进行了船舶静水阻力计算和流场分析、优化。通过计算结果和模型试验结果的对比分析，两者结果是一致的，说明 CFD 软件计算是可靠的，其结果完全可以作为线型优化的依据，并对船舶优化设计，提高快速性能有很大帮助。 八、液化石油气船装卸流程及作业安全管理第一、液化油气船的装卸流程 实际的货物作业对于液化气运输船,随着液货种类、状态和船舶的构造设备、陆上设施的不同,液化气货物的实际操作也有所不同。但具有典型代表意义的液化气运输船的操作主要有以下几个环节:1.干燥(orying)指除去液化气货罐、管路装置及隔热舱等部位水分并降低该处所的露点以防止水分生成的作业。对于需要惰化的区域,这一作业通常是由露点十分低的惰性气体取代空气来进行的。但是必须注意,在某些区域内有水分残留(有少量水分残存、部件表面浸湿、隔热材料中含有过量水分等)时,仅用低露点的惰性气体取代空气是不够的。在这种情况下,重要的是在惰化前要吹入干燥高温空气,使该区域充分干燥。2.惰化(Inerting)指在空船装货前和卸货后将惰性气体送入货罐、管路装置及隔热舱等部位,使氧气浓度降低到规定的界限以下、避免爆炸的作业。除必要情况外,干燥和惰化作业通常是同时进行的,惰化就是使作业对象区域里的氧气浓度充分减小,使得在该区域内无论通入什么比例的货物气体都不产生爆发性空气。惰性气体可由本船设备或陆上设备中任何一方来供给,但是为了供补充和紧急惰化使用,本船的设备应能供给某种数量的惰性气体。3.除气(Purging)除气也称为换气。指在惰化作业后,将货罐、管路装置及隔热舱等部位内存在的惰性气体用液货蒸气来更换的作业。4.预冷(Cooldown)指在装载低温货物之前,为防止低温液体进入经惰化和除气操作而温暖的液货舱,从而造成过大的热冲击和热应力,先将液化气货罐及管路装置等慢慢冷却的作业。5.装货(Loading)将液货由陆岸上的泵打入液货罐的过程。一般来讲在进行装在货物的同时,要排除压载,以保持船舶稳性和浮性。6.载货航行：载货航行中的货物作业主要是货物温度和压力的控制:对于全冷式及冷压式液化气运输船,主要操作就是在航行过程中控制液货的温度和压力:LNG船要依靠蒸发气体的燃烧;而对于其他船舶,则依靠再液化来达到。对于全压式船也有依靠水喷雾来实现冷却目的的。另外,在到达卸货港前,要进行管路系统预冷、各种装置与机器的检查与准备,以及指定卸货计划等工作。7.卸货：卸货作业由本船的泵来实施。与装货时一样,对于卸货过程中的稳性也要进行充分的考虑,通常要同时打入压载水。8.清舱及升温(Stripping/Warming)在为了进行货罐内检查及修理等工作而实施的气体排放作业开始之前,将进行清舱及升温作业。清舱是利用使船舶产生横倾与纵倾等方法来进行调整,以尽可能地用泵抽出货液。接着,向液货罐内吹入较暖的货物气体(热气),使残存的货液蒸发。并要持续这一作业,使罐内温度上升,直到能够进行惰化为止(通常为0左右)。对于全冷式LPG运输船,因为LPG比LNG难以蒸发,为了缩短升温作业时间,要在罐体底部装设喷射管,以吹送热气。对于LNG运输船,通常从货液注入管(底部)经由气体货物管路系统吹入热气。第二、安全问题管理液化石油气(LPG) 是碳氢化合物的混合物, 其主要成分是含有三个碳原子和四个氢原子的碳氢化合物, 即: 丙烷、丁烷, 但由于生产和净化的原因, 还含有异丁烷、丙烯、1- 丁烯、顺式 -2- 丁烯、反式 -2- 丁烯和异丁烯六种成分。石化行业习惯上称之为碳三和碳四, 它具有危险特性：1. 液化气体一般都有较高的燃烧热, 较低的爆炸极限, 稍有泄漏易在局部形成爆炸性气体；2. 对健康的危害性, 主要表现为对人体组织的毒害性、窒息作用、麻醉作用和冻伤；3. 反应性, 与空气、水、自身和与其他材料发生化学反应；4. 腐蚀性；5. 蒸气特性, 液化气一般都有较高的气/ 液比, 这是液化气以液体运输的原因, 然而一旦泄漏会产生大量的蒸气；6. 低温效应, 主要是指溢漏时, 液化气由液体转变为气体时会吸收大量的热量, 使局部温度急剧降低, 输液设施如材质不过关易发生损坏。因此，为了保证液化气的安全运输, 各国主管机关都制定了严格的技术规范标准, 在船体结构和船舶设备方面加强要求, 国际海事组织也制订了规则标准, 如 IGC code和 GC code。对液化气船首次到港、装卸作业前、作业期间现场监督检查及装卸作业中和作业完毕后的安全管理做出严格要求。（一）首次到港船舶检查通过对第一次到港船舶进行检查、建档, 加强对液化气船舶的监督管理。对于第一次进港的液化气船, 我们要利用办理进出口查验手续的时机, 登轮检查液化气船舶的适装情况, 船舶证书、文书、船员证书的有效性,特别是国际散装液化气适装证书、装载与稳性资料手册、破损 / 残存稳性资料、货物操作手册、DOC( 副本) 和 SMC( 正本) 证书, 散装液化气船舶船员特殊培训合格证、高级消防培训合格证、PSC 报告或安全检查通知书所载的船舶缺陷情况和缺陷的纠正情况, 对船舶的设备状况和维护情况有个大体的了解。对于首次到港分流的船舶, 由各海事处建立首次到港分流的液化气船舶现场检查制度, 登轮检查该船的安全和防污设备状况,了解船舶的适装和适航情况, 对不符合规定的船舶在未纠正缺陷达到规定的要求前, 禁止在本港装货, 同时建立首次到港液化气船舶现场检查档案。对于符合要求的船舶, 如在 6 个月内未发生有关适装和适航条件的改变,在办理申报和签证时, 只须对其证书的有效性进行检查,这样既方便了船方又没有放松对其的安全管理要求。（2） 液化石油气装卸作业前检查 第一、船舶装卸液化石油气应遵守的规定1. LPG 船应严格按码头信号靠泊, 未得到停靠信号不得靠泊。2. 应使用缆绳, 遇大风时按要求加紧或离泊抛锚。为避免船舶作业时发生移动, 所有缆绳调节收紧。应急拖缆应为钢丝缆, 悬挂舷外的一端应绕成索环, 且将其高度调整至接近水面, 另一端应固定在缆桩上。3. 靠泊时, 不准使用明火、严禁吸烟、烟筒必须安装火星熄灭装置。作业人员必须穿着防静电工作服。4. 船上的安全设施必须完好。量具、照具应符合安全防爆要求, 消防系统良好。不准使用汽油、苯类冲洗地板、设备零件。为防止自燃, 严禁排放污油和氧化铁, 严禁在泊处除锈, 检修时避免使用易产生火花的工具和物品。5. 在雷电等恶劣天气禁止装卸作业。装卸时, 船上和泊位值班人员必须加强联系, 以防止发生意外, 换舱、调罐时应先开启空舱、空罐阀门, 后关满罐、满舱阀门。泵未停止时, 不得关闭系统阀门, 以防止憋压。第二、储罐的安全检查1. 作业前检查各储罐压力、液位、温度。正常操作时应打开气相平衡阀使各储罐气相连通, 达到压力平衡,检查内容为: 各部仪表、阀门、管线、紧急切断装置。2. 检查各储罐压力表, 查看气相平衡阀是否打开,并调整到平衡。压力高于 1.2MPa, 且温度在 35 度以上时, 应开启喷淋装置进行冷却。3.液相管线( 包括码头前沿液相管线) 应处于放压状态, 必须至少与一个储罐串通, 紧急节断阀通常处于开启状态, 严格遵循先开后关流程原则, 避免管线超压。凡有收付作业发生, 应详细作好储罐收付记录和操作记录;4.储罐状况应良好, 无明显的腐蚀情况。液货舱的底座与船体连接处无明显的腐蚀及其它变形的情况。第三、船用液货软管的检查1. 金属软管应与货物相容, 并应适合于货物的温度;2. 其设计爆破压力应不低于作业时所承受的最大压力的 5 倍;3. 软管的最高工作压力不低于 1MPa。 第四、货舱区域内消防系统检查1. 消防水总管设备。作灭火用的水枪应为认可的两用型, 既可形成水雾, 也可形成水柱; 灭火系统中所有的管子、阀门、水枪以及其他附件, 应能耐海水腐蚀, 还应能耐火灾的影响。2. 水雾系统应能覆盖所有的危险货物区域, 且呈均匀分布的水雾, 对水平投影面的喷射量至少为每平方米 10 l / min, 对垂直面至少为每平方米 4 l / min。3. 化学干粉灭火系统。至少包括 2 套独立自给式化学干粉装置连同配套的控制器、加压介质固定管路、干粉炮或手持软管。第五、消防员装备的检查为了保护从事装卸作业的人员, 在考虑了货品的特性后,应对船员提供包括眼睛保护在内的合适的保护设备。消防员装备的数量要求如下:货舱总容积 装备的数量2000 M3 2 套 2000- 5000 M3 4 套（三）作业期间的现场监督检查船舶到港的目的是为了装卸货, 装卸货当中又是最易发生危险的环节, 液化气船舶更不例外。液化气船舶在港装卸作业, 历来是我们安全监督管理的重点。在液化气船舶靠泊及作业期间, 各海事处安排人员对作业现场进行检查, 监督液化气船舶与码头遵守法律法规的执行情况, 对装卸作业程序的遵守情况, 安全与应急措施的落实情况。1. 船岸检查表的填写情况;2. 安全作业区的落实情况;3. 装卸作业值班人员的安排情况;4. 消防和安全与应急措施的落实情况;5. 船岸间的通讯和联系的方式;6. 船岸静电接地的连接情况;7. 起初的卸货速度, 稳定后的卸货速度及温度压力表的指示情况;8. 作业现场有无违规操作行为;9. 应急设备的准备情况。（四）、船舶装卸作业中的注意事项1. 船岸双方应指定作业负责人, 并应事先取得联系, 根据货物性质共同商定作业程序和要求, 安全注意事项及紧急情况下采取的措施和联络方法;2. 船舶白天悬挂“B”字旗, 夜间显示红色环照灯, 装卸作业显示国际信号“RY”旗, 甲板两舷醒目处放置告示牌;3. 船舶生活区面向货物区域的门、窗与空调, 通风入口应予关闭。烟囱上的火星熄灭器或金属网位于良好状态;4. 在卸载、装载作业期间, 船舶应随时都有足够的稳性和良好的纵倾, 以便紧急情况下突然接到通知就能离开, 应注意保证货物和压载分布不致造成船体过大的应力;5. 防止造成污染。在加燃油时, 加油管接头和油舱透气管下面应放盛液盘, 所有在甲板上的排水口应该有效地塞住, 以防燃油意外溢出到甲板并流到舷外;6. 在整个装卸作业中, 所有固定式气体探测设备均应工作;7. 人员应了解低温的危险性, 应按要求穿戴手套和防护服;8. 出现紧急情况, 应立即停止装卸货作业。（五）船舶装卸完毕注意事项1. 装货作业结束前 15 至 30 分钟, 应注意加强与码头方联系, 减低装卸货速度, 准确扫货舱装到预定液位;2. 拆接软管、试漏和扫气过程应使用惰性气体作为中间介质;3. 卸货完毕后, 必须进行扫线作业, 把液货从所有甲板管路、岸上管路和软管货装卸硬臂中吹扫掉, 然后才能排空和拆管。4. 制定作业期间事故应急方案配备急救设备, 应在易于接近之处放置担架一付,以用于从甲板某一处所抬起受伤人员。船上应配备医药急救设备,包括氧气复苏设备和供所装运货品用的解毒剂。为提高液化气船防范事故的能力, 积累对应急事故抢险的演练, 应根据船舶的工艺特点、设备、法兰状况及站区布置等情况, 设置专门的事故抢险抢修队伍, 配备专业技术人员、防护用品、消防器材、车辆、通讯工具等,制订切实可行的事故应急方案, 并定期予以运行, 使船员熟悉掌握各类紧急情况的处置方法。定期开展应急演练, 加强防堵泄漏点、预防电火花的产生。九、液化石油气船疲劳强度校核方法（一）前言近年来,船舶市场竞争日益激烈,LPG船作为一种高附加值船舶,已成为国内外造船市场上的新热点。疲劳破坏一直是船体结构的主要失效形式,LPG船也不例外。由于LPG船是一种新型船舶,关于其船体结构的疲劳强度校核,常规规范中少有涉及,很多方面的计算不能用常规方法解决,技术难度较大。LPG船在波浪载荷作用下船体结构的疲劳寿命及疲劳可靠性计算方法。完善已开发出来的评估系统(已用于散装货船的疲劳寿命校核,取得了较满意的结果）,使之适用于LPG船船体结构的疲劳寿命校核。（2） 船体结构疲劳评估基础大量的实船航行表明,船舶典型节点部位的疲劳强度不足是船舶破损的重要原因之一。FASS就是针对不同的船舶类型,选定船体结构中交变应力较大节点计算其疲劳寿命,从而确保整个船体结构有足够的疲劳寿命2。FASS分为简化计算方法和直接分析方法,两者都基于S-N曲线和M iner准则。简化分析方法将半数值,半解析,半经验方法相结合,波浪载荷和应力水平分析采用相关规范公式,并借助经验公式,虽然理论上不十分严格,但计算方便,适合于工程中早期预报;直接分析方法采用直接计算的数值方法,保证了理论严密和计算的精确性,但必须合理规定计算条件,工作量很大。本文则采用了一种混合计算方法,将上述两类方法结合起来,并根据节点的复杂性来选取简化方法或直接方法,这样既能保证计算精度,又减少了工作量。混合方法的流程示意图见图1。在混合计算方法中,应力范围长期分布选取W eibull分布,可推导出疲劳评估的简化解析公式为: 式中:D为结构节点疲劳累计损伤;v0为平均跨零频率;Td为船舶设计寿命,取20a,单位为s;ps为船舶在海上的时间比例,一般取为1. 0;Nload为需要考虑的工况总数;pn为第n工况状态下的时间比例;qn、hn均为第n工况状态下W eibull分布的尺度参数;a为S-N曲线参数;m为S-N曲线的斜率;(1+m/hn)为伽玛函数。节点的疲劳寿命是由切口应力幅值决定的,由于局部结构的不连续性,节点应力往往包括应力集中3。FASS采用切口应力法,其S-N曲线对应于母材,需将名义应力求出后,乘上相应的应力集中系数,才能得到切口应力,对照S-N曲线,求解疲劳寿命。对于复杂结构节点,通常用解析公式无法得到应力集中系数的精确值,需要用有限元数值分析方法进行求解。10、 液化石油气船触礁高位搁浅的救助方法船舶在岛礁区触礁高位搁浅后，通常会出现船舶破损进水，船体倾斜，甚至出现船体变形的现象。而液化石油气（LPG）船由于所装载的货物-LPG的理化特性，在救援中增加不少困难和风险。若液化气船在岛礁区发生触礁高位搁浅事故，无疑会给应急处置工作带来极大挑战。如何开展救援工作值得每位应急人员探讨，下面以全压式LPG船在岛礁区触礁高位搁浅为例，对本类事故的风险进行分析，各种可能的救助进行比较，并提出应对措施第一、风险分析LPG船触礁高位搁浅后，通常会存在以下风险：（一）船舶侧翻沉没的风险。触礁高位搁浅后，船舶通常存在一定横倾角，舱室会出现破损进水现象，船舶抗沉能力大大降低。在风浪作用下，将可能产生自由液面，使船舶平稳性降低，造成船舶进一步倾斜，甚至侧翻。（二）气罐脱落风险。船上气罐与船体之间虽然用止浮装置进行刚性连接，但是随着船体横倾逐渐增大,货罐受到的剪力将逐渐增大。当船舶发生90倾斜时，货罐受到的剪力最大，很有可能脱离船体，随波逐流而发生次生事故。（三）燃烧爆炸风险。LPG有燃烧、爆炸的理化特性，岛屿礁区通常是各种鱼类繁殖、活动的天然场所，也是渔民传统作业区域，每天有众多渔船作业、经过，且渔民普通安全意识不高、对LPG的理化特性不了解，如果过度靠近难船的渔民使用明火、吸烟将有可能引起LPG燃烧、爆炸。（四）污染风险。污染风险主要有两方面：一是大气污染。LPG平均分子量大于44(比量大小取决于丙烷、丁烷混合比例),空气平均分子量28，LPG比重比空气重。一旦LPG泄漏，将会向下沉积，污染周围空气，使人窒息、头痛、眩晕、困倦。另外，人们吸入LPG不完全燃烧产生的CO将引起中毒；二是液化石油气船触礁高位搁浅的救助方法海洋污染。一旦船体进一步破损，引起燃油大量泄漏将对海洋生态构成严重影响。（五）救助风险。LPG的高险性和事发海域海况的复杂性，使救助行动充满风险：一是救助船易发生触礁事故。岛礁区通常有较多暗礁，水深不足，水流流向不规则，风浪涌大，海况变化莫测，救助船容易发生触礁事故；二是救助人员易受到伤害。除LPG能使人窒息、头痛、眩晕、困倦外，LPG的大量泄漏气化过程中，会带走大量热量使人员冻伤。三是救助决策面临社会压力大。救助过程中，一旦发生LPG泄漏，燃烧、爆炸，周围民众可能需要疏散，航经商船、渔船将必须改航，甚至严重危及附近重要设备及航经船舶的安全。每一步决策行动都面临很大的社会压力。第二、方案比较根据以往救助经验，对LPG船的救援通常有以下五种方法：一是气囊起浮脱离法；二是船、货整体吊离法；三是放气脱离法；四是拆罐分离法；五是过驳拖离法。下面对上述5种救助方法的可行性进行讨论、分析。(一)气囊起浮脱离法。是指将气囊塞进破损舱室后充气，气囊膨胀将破损船舱部分进水排出舱外，或将浮筒系固在难船船体后往浮筒充气，使船舶恢复部分浮力。但是LPG船触礁高位搁浅后，周围没有足够水深，气囊或浮筒不能产生足够浮力。因此该方法不