第八章液化气船设计及构造原则

1、第八章液化气船设计及构造原则 液化气船的设计及构造原则液化气船的设计及构造原则 第八章液化气船设计及构造原则 8.1 8.1 液化气船液货舱及货物围护系统液化气船液货舱及货物围护系统 一、货物围护系统 定义 是指用于围护货物的装置，包括所设的主屏蔽和次屏 蔽以及附属的绝热层和屏蔽间处所，还包括必要时用 于支持这些构件的邻接结构。 主屏蔽是指当货物围护系统含有两层界面时被用于装 货的内层构件; 次屏蔽是指货物围护系统中被设计成能暂时容纳可能 从主屏蔽泄漏的液货的液密外层构件，同时也为了防 止船体结构的温度下降至不安全的程度。 第八章液化气船设计及构造原则 二、液货舱的种类及其结构 液货舱是指专门

2、设计用来装载液体货物的 主要容器。 按液舱舱顶设计压力的大小,可分为： 1）重力液舱：是指液舱设计蒸汽压力不大于 0.07MPa(表压)的液舱。 2）压力液舱：是指液舱设计蒸汽压力大于 0.07MPa(表压)的液舱。压力液舱只能是独立液 舱。 第八章液化气船设计及构造原则 国际气体运输船规则（ IGC规则）把液货舱分成5 种类型： 独立液舱 A型 B型 C型 薄膜液舱 半薄膜液舱 整体液舱 内部绝热液舱。 其中独立液舱和薄膜液舱最重要，目前大多数液 化气船的货舱均属于这两种类型中的一种。 第八章液化气船设计及构造原则 （一）独立液舱（自持式） 自身支持，并不构成船体结构的一部分， 也不分担船体

3、强度 含有独立于船壳的液舱。能承受自身重量 及由液货产生的静动负荷。舱和舱的支撑 部分又将这些负荷传到主船体。 有3种不同类型（按设计蒸气压力） ：A型、 B型和C型。 第八章液化气船设计及构造原则 1A型独立液舱 最大的设计蒸气压力值不得超过 0.07MPa(表压)。 A型独立液舱其设计主要应用船舶结 构分析方法 结构形式： 主要由平面结构组成 液舱形状通常为棱柱形 图表示全冷方式液化气船的A型独立 液舱的剖面。它是应用常规内部加 强的自身支持的棱柱形液舱。 通常必须在大气压或接近大气压(通 常低于0.025MPa表压)下以全冷方式 运输液货。 载运货物温度低于10的A型独立 液舱，需设有次

4、屏壁以保护船体免 受低温损伤。 全冷式液化气船A型独立液舱 第八章液化气船设计及构造原则 2B型独立液舱 与A型相比， B型独立液 货舱系指采用模型试验、 精确分析手段和分析方法 确定应力水平、疲劳寿命 和裂纹扩展特性进行设计 的液货舱。 渗漏危险性很小。允许只 设置部分次屏壁，次屏壁 通常由一个防滴盘和一个 防溅屏壁组成。一个防护 钢罩封住了甲板以上的主 屏壁，主屏壁的外壁敷有 绝热材料 其设计蒸气压力可以不大 于 0.07MPa ，或大于 0.07MPa 。 既可以是平面形结构（日 本棱柱形），也可以是压 力容器结构（球形） B型独立液舱 常见的B型独立液舱是“球形”液舱几乎 专门用于LN

5、G船，但是也有非球形的B型独 立液舱液化气船上已有采用棱校形的B型 液舱。 第八章液化气船设计及构造原则 3C型独立液舱 符合压力容器标准的压力 式液舱，是按常规压力容 器规则设计和建造的，并 须进行精确的应力分析， 能承受较高的内压力 设计蒸汽压力大于0.2MPa。 最高工作压力可以达到 1.7MPa(表压)或以上 为圆筒形卧罐或球罐 用于全压式（1.75MPa）和 半冷式液化气船（0.5- 0.7MPa） 双联圆筒形 第八章液化气船设计及构造原则 （二）薄膜液舱 设计蒸气压力通常0.025MPa，但不大于0.07MPa。 非自身支持的液舱 由一层很薄的薄膜构成主舱壁，薄膜围护系统必须有完整

6、的附属隔板，以保证防止货物 的泄漏。 货液舱是由邻近的船体结构通过绝热层加以支持。 薄膜的材料，可以是金属的，也可以是非金属的，厚度一般不超过10mm 。 Gas Transport型液舱Technigaz型液舱 GTT 第八章液化气船设计及构造原则 （三）、半薄膜液舱 半薄膜液舱的概念是由薄膜液舱演化而来的，它 介于A型独立液舱和薄膜液舱之间。 在空载时是自身支持的，但在装载情况下是非自 身支持的。 设计蒸气压力通常0.025MPa，但不大于0.07MPa。 同薄膜液舱 它的主舱壁比薄膜液舱的主舱壁要厚得多。 半薄膜液舱最初是为LNG船研制的，但也被用于 全冷式LPG船中。 第八章液化气船设

7、计及构造原则 (四)整体液舱 整体液舱构成船体结构的一部分，并且受 到与船体结构相同方式、相同载荷的应力 影响。 设计蒸汽压力通常不超过0.025 MPa，如果 船体构件适当增加，其蒸汽设计压力可相 应增加到某一较大值，但应小于0.07 MPa 适装于温度不低于10的货物 日本造的LPG船中，有少量的船舶货舱是采 用整体液舱，专用于装运丁烷。 第八章液化气船设计及构造原则 (五)内部绝热液舱 内部绝热液舱实际上是整体液舱，只是它的绝热层的内表 面与货物直接接触。 非自身支持 采用绝热材料固定于船体内壳板上或成为独立的承载表面 以围护和绝热液货。 内部绝热液舱的设计蒸汽压力一般不超过0.025

8、MPa(内部 绝热液舱如受到独立液舱结构的支持，则设计蒸汽压力可 达到独立液舱所允许的最大设计蒸汽压力) 能以10以下的温度装载深度冷冻的液货。 内部绝热货舱在为数不多的全冷式LPG船采用，但在实际 使用中并不令人满意 第八章液化气船设计及构造原则 三、液货舱及货物系统设备的结构三、液货舱及货物系统设备的结构 材料材料 材料要求 金属在低营运温度下的物理性质。 强度 低温延展性即不脆化，有韧性 容易加工和焊接 费用材料的可用性。 船级社的要求。 低温金属材料有 奥氏体不锈钢 铜合金 铝合金 镍钢等。 LNG 船舱中使用最广泛的则是 9镍钢，其次为 5083 铝合 金和 3041 ，不锈钢。 第

9、八章液化气船设计及构造原则 普通碳钢低温韧性较差，可采用晶粒细化，减少 材料杂质，加入合金镍以改善铁素体钢的低温性 能，或采用奥氏体不锈钢、铝合金等。 对于设计工作温度不低于0的常温压力式货舱及 货物管系，可采用一般的全镇静的碳锰钢。当壁 厚度超过20mm时，应为细晶粒钢。 对于设计工作温度达55的全冷式液化气船的 液货舱和次屏壁，可采用全镇静铝处理细化晶粒 碳锰钢，或在这种钢中掺入05%的镍来改善低温 韧性。 对于用来装载全冷乙烯或LNG货品的液化气船，由 于它们的最小设计温度分别为104和163， 液货舱及次屏壁的结构材料分别采用铝合金或特 殊合金，如不同含量的镍合金钢或奥氏体不锈钢， 并

10、经不同的热处理。 第八章液化气船设计及构造原则 货物管系分别采用碳锰钢或不同含量的镍 钢，并经不同的热处理。 对于阀门、法兰、泵、压缩机和热交换器 等则采用低合金钢和奥氏体不锈钢。 第八章液化气船设计及构造原则 四、液货舱绝热四、液货舱绝热 (一)绝热层的作用 1减少外界热量传入液货舱内，从而减少液货 蒸发。 2保护液货舱周围船体结构与低温隔绝，防止 万一低温液货泄漏时对船体构件造成低温脆裂 损伤。 3防止形成湿气而导致液舱表面的腐蚀。 第八章液化气船设计及构造原则 (二)绝热材料性能要求 1低的热传导率； 2不能燃烧或能自熄； 3有承载能力； 4有耐机械损伤的特性； 5质量小，价格合适； 6

11、与货物化学相容。 第八章液化气船设计及构造原则 (三)绝热材料类型 根据它们抵抗变形的能力，一般的绝热材料分成3 类。 1坚硬或能承受负荷的材料。这类材料主要用于支撑 液货舱并能承受变形，要求具有耐低温的性能。包括 各种木材，如阿佐比(Azobe)和巴尔沙(Balsa)硬木， 以及一些重度大的塑料泡沫物质。 2不能承受负荷的软性物质。如矿物纤维、膨胀塑料、 泡沫橡皮等。这些材料可以用粘胶等方法系固于液货 舱壁或次屏壁上面。 3粉状材料。如珍珠岩，它是以火山岩为原材料的制 品，加工后呈泡沫状，盛产于阿尔及利亚。使用珍珠 岩的一个好处，是它很容易被充填入液舱与次屏壁层 的空间，当维修检验时，又很容

12、易抽吸出来，并在重 装之前进行干燥。 第八章液化气船设计及构造原则 8.28.2液化气船的安全布置与要求液化气船的安全布置与要求 一、外形结构特点 液化气船的总体布置与常规的油船相似 机舱和上层建筑均设于船的尾部 货物贮存于货物区域的液货舱内 货物围护系统与常规的油船有很大不同 外观 加压船型 常压低温货物液化气船的干舷比油船的高。 第八章液化气船设计及构造原则 二、双层船壳结构二、双层船壳结构 除少数的小型压力式船或改装船外，对载运货 物温度低于10的所有液化气船都要求设置 双层底 对载运货物温度低于55，还强制性规定必 须设置双层舷侧(边舱) 对于一些液化气船，虽没有完整的双层舷侧结 构，

13、但液货舱与船舷内侧也有一个规定的安全 距离。货品危险性越高，这个安全距离就应越 大 第八章液化气船设计及构造原则 三、居住舱室和压载舱三、居住舱室和压载舱 所有的居住舱室均设在船的尾部， 液货舱不能当作压载舱使用 必须设置专用的压载舱 第八章液化气船设计及构造原则 四、液货舱的主屏壁和次屏壁的设四、液货舱的主屏壁和次屏壁的设 置置 主屏壁是指货物围护系统具有两层界面时用来装 货的内层结构 所有液化气船的液货舱或主屏壁外都留有足够空间作 为施工、修理、检查泼舱泄漏之用。 在载运低温易燃货品的液化气船上，这些空间是充满 干燥的惰性气体的。如是低温非可燃货品则要求是干 燥的空气。 次屏壁是指货物围护

14、系统中的液密外层结构，它 主要作用是万一液货从主屏壁泄漏，可对漏液提 供暂时的保护，并防止低温液货接触船体结构材 料。 第八章液化气船设计及构造原则 大部分低压全冷式货舱的主屏壁强度和安全可靠 性较差，所以必须设置次屏壁 压力式货舱则可不设次屏壁 对于方形和棱柱形的A型独立液舱，整体式液舱、薄膜 或半薄膜式液舱和内部绝热式货舱都要求有完整的次 屏壁结构。 对于球形的B型独立液货舱，因它与其他低压全冷式货 舱相比，能够准确地进行应力分析，渗漏的可能性较 小，所以允许只设置部分次屏壁。 温度： 货物在大气压下的沸点温度大于或等于10时，可 不设次屏壁； 在1055时可以利用船体结构作次屏壁，但船

15、体材料必须能承受该沸点温度 在55以下时必须单独设置次屏壁。 第八章液化气船设计及构造原则 为保证在船体结构发生一定程度破损的情况下， 液货不至于泄漏出来，用船体结构和液货舱来 保护货物很重要，所有液化气船的液舱壁均与 船体外壳保持一定的距离，并要求在船体破损 后仍具有足够的船舶残存能力。 五、液货舱位置和船舶残存能力五、液货舱位置和船舶残存能力 第八章液化气船设计及构造原则 (一)船型及适运货品 根据船舶设计装运的货物的危险程度不同，IGC 规则将液化气船分成以下4种船型。 11G型船舶：用于载运要求采取最严格防漏保护措 施的货品的液化气船。 22G型船舶：用于载运要求采取相当严格防漏保护

16、措施的货品的液化气船。 32PG型船舶：指长度为150m及以下，载运采取相 当严格防漏保护措施的货品的液化气船，且这些货 品要求装载于货油系统的液货舱压力释放阀的最大 允许调定值至少为0.7MPa(表压力)及货物围护系统 设计温度为55或以上的C型独立液舱内。 43G型船舶：用于载运要求采取中等防漏保护措施 的货品的液化气船。 第八章液化气船设计及构造原则 1G型船舶是用于载运具有最大综合危险性 货品的船舶，2G2PG、3G所载运货品的危 险性依次减少。 2PG与2G型船舶适装货品相同，液货舱位置 要求相同，只是船舶长度和货物围护系统 的压力和温度要求不同。 第八章液化气船设计及构造原则 适运

17、货品 最常见的液化气货品可装于2G或2PG型船舶 非常危险的货品，包括氯气、溴甲烷、环 氧乙烷、二氧化硫等则要求用1G型船舶； 无毒和不燃烧爆炸的氮气和制冷剂气体才 可以用3G型船舶。 LNG船、乙烯船和其他全冷式LPG船，均要 满足2G型船舶的要求， 全压式或半压式船，根据具体情况要求分 别采用2G或2PG型船舶。 第八章液化气船设计及构造原则 (二)液货舱的位置 液化气船对双层底和边舱的尺度以及对液货 舱位置的要求都有规定，以保护液货舱在碰 撞、搁浅触礁时免受破损，这些规定见表。 船 型 液货舱位置 IG2G/2PG、3G 距舷侧外板的横向距离 B/5，最大取 11.5m 760mm 距船

18、底板的垂向距离 B/5，最大取2m 其他任何部位距外板的 距离 760mm 第八章液化气船设计及构造原则 (三)船舶破损残存能力（抗沉性） 船舶残存能力，是指船舶的船体结构在遭受一定 程度、范围的破损后，仍具有足够的稳性和漂浮 能力，并符合一定的漂浮状态要求。 船体用横向的水密舱隔开，最小的分舱距离是大 于假定的最大损坏程度。 采用的破损标准： 1G型和2G型船通常是两舱制，但对较小的2G型船 (L150 m)的机舱可放松要求。 2PG型船通常采用一舱制 3G型船通常采用一舱制，对较小的3G型船(L125 m)的 机舱可放松要求 第八章液化气船设计及构造原则 具体的船型采用的破损标准要求如下：

19、 11G型船舶：沿长度范围内任何部位经受破损，包括 在一个隔堵处破损，造成相邻的两个水密舱浸水仍满 足残存要求(因此称为二舱制)。 22G型船舶： A：船长度超过150m者与1G型船舶要求相同。 B：船长度150m，沿长度范围内任何部位经受破损造成2个水 密舱浸水，但机舱舱壁不破损，要求一个水密舱满足残存要求 (机舱前为二舱制，机舱及其后为一舱制)。 32PG型船舶：沿长度范围内任何部位经受破损，但 舱长超过纵向破损范围的横舱壁不破损，满足残存要 求(一舱制)。即这种船只需接受一个水密舱浸水的破 损，因这种液舱有足够的贮备浮力，在碰撞搁浅时有 较大残存能力。 43G型船舶：与2PG型船相同，要

20、求一舱制。 第八章液化气船设计及构造原则 1所有液货舱的气室都凸出于露天甲板之上。 2货泵舱和货物压缩机舱都位于露天甲板上方，并处在货物区域 内，穿戴安全设备的人员能安全无阻地出入，货物操作阀门也方 便穿保护服的人员接近。 3货物管系都位于开敞甲板上方的货物区域内，且不通过气体安 全处所，并与其他管系隔离。 4货舱处所、留空处所及认为有危险气体的其他处所和液货舱的 布置都留有规定通道，以便允许穿保护服、佩戴呼吸器的人员进 入检查这些处所，并在发生工伤事故时，能将昏迷人员从该处所 内救出。 5船体的内层结构也设有相应通道，以方便人员进入检查。 6起居处所前端壁有绝缘防火材料保护。货物区域设置有常

21、规消 防系统和高容量的水雾喷淋系统，以保护起居处所前壁、装卸总 管区域、主要控制阀、甲板贮罐、液货舱的暴露部位和朝向货物 区域的甲板室围壁。另外所有液化气船均配置有干粉灭火装置， 以扑灭货物区域的局部火灾。 7经主管机关批准和满足IGC规则要求时，液化气船可安装船首 或船尾装卸装置。 六、货物区域的布置六、货物区域的布置 第八章液化气船设计及构造原则 8.3 8.3 液化气船的设计原则及结构特液化气船的设计原则及结构特 点点 液化气船设计因素： (1)载运货物的种类及其性质要求； (2)载运时货物的状态(即全压、半压/半冷、全 冷等)； (3)船舶要求的货物处理的灵活程度； (4)船舶装卸货物

22、的码头设施。 第八章液化气船设计及构造原则 一、全压式液化气船 (一)设计依据 常温压力方式。 C型独立液货舱 处于环境温度状态，液货舱内压力为环境温度下的液 化气饱和蒸汽压力。最高环境温度为45 设计压力 1.7MPa(表压)左右。 货舱的材料一般是高强度碳锰钢，能承受压力，但不 能耐低温 早期全压式船载运的货物温度不能低于0，但随着焊 接技术和低温钢的发展，新的全压式液化气船已可以 装载25或更低温度的液化气货品。 第八章液化气船设计及构造原则 (二)一般特点 货舱是压力容器，不设再液化装置和保温层，货物操作和货物管 理比较简单。 液货舱是满足压力容器标准的货舱，一般为圆筒形卧罐或球罐。

23、沿液货罐长度方向一般还设置2道横向制荡舱壁 船舶一般设双层底，有些还设有顶边压载舱，不设次屏壁，货舱 处所内不要求充注惰性气体，可用空气通风。 罐壁厚，货舱自重大，且单个液舱容积受到限制，液舱数也受到 限制 甲板下的空间无法充分利用，因而液舱总容积和载货量也受到限 制。 载货量也比其他船少。 这类船舶大多数是小型船舶，大多数载货容积在2 000m3以下，很 少有超过4 000m3的。 主要用于小宗货物的短途运输，主要货物是LPG。 第八章液化气船设计及构造原则 二、半压 / 半冷式液化气船 （一）设计依据 采用低温压力式 C型独立液舱 液货舱设有绝热保温材料 再液化装置控制货物的温度和压力 货

24、舱的设计压力比全压式船小。 第八章液化气船设计及构造原则 (二)一般特点 压力式货舱 保温绝热层 设有再液化装置 不需设置次屏壁 液货舱的最大工作压力一般为0.40.8MPa(表压) 允许最低的货物温度，一般为510 单个货舱的容积比全压式的大 这类船舶载货容积可达7 500m3甚至更大。随着钢 材低温技术的发展，目前新建造的冷压式液化气 船基本上都是半压全冷式液化气船。 第八章液化气船设计及构造原则 三、半压全冷式液化气船三、半压全冷式液化气船 (一)设计依据 采用低温压力方式 货舱的设计压力可以比全压式船低，一般为0.3 0.8MPa(表压)，但货舱可以承受更低的温度 通常选取目标货品中最

25、低的沸点温度作为设计温度 半冷/半压式船和半压全冷式船并不能截然区分， 往往统称为半压式船或冷压式船，装载温度和压 力的选择主要根据运输的需要而定。对于专用船 大多按货品的特性并考虑到陆上贮存条件及运输 的经济性来选定温度和压力。 第八章液化气船设计及构造原则 (二)一般特点 货舱都设有保温绝热材料和容量较大的再液化装置 有些船还设有惰性气体发生装置 通常有完整的双层底，有些船有项边压载舱，无次屏 壁结构 货舱处所不要求充注惰性气体。 货重与船重之比为4：1左右，而全压式船为2：1。 运输效率高，因而同样舱容下采用半压全冷式可比 全压式船增加26%的液货量。 冷压式船的货舱都是C型独立液货舱

26、最大的单舱容积为5 000m3， 货舱是圆筒形、球形或双联圆筒形 第八章液化气船设计及构造原则 四、常压全冷式四、常压全冷式LPGLPG船船 (一)设计依据 常压全冷方式，只是根据货品种类和制冷低温 等级不同而予以区分。 液货舱的设计温度取目标货品在1个大气压(绝 对压力)下的沸点的温度 等于外界大气压力 不必采用压力容器结构 耐低温材料。 第八章液化气船设计及构造原则 (二)一般特点 全冷式LPG船的设计最低温度一般为48，有些船可 以在4755之间装载LPG。 大多数全冷式LPG船的载货容积大，一般为5 000100 000 m3。 全冷式船货重与舱重比例达到8：1。 全冷式LPG船可采用

27、4种不同的货物围护系统： 带有双层船壳的独立液货舱 带单层船壳但有双层底及顶边压载舱的独立液货舱 带双层船壳的整体液货舱 半薄膜液货舱 液货舱与船壳之间的处所，必须填充于燥的低露点的 惰性气体，并维持一定的正压，以保证无空气和湿气 液货舱通常在内部中心线处设一纵向液密舱壁 第八章液化气船设计及构造原则 五、五、LNGLNG船船 (一)设计依据 常压全冷方式运输 163左右低温贮存运输。其液货舱材料必须耐163以下的 低温。一般货舱材料是铝合金、铝、不锈钢、镍合金钢等。 货舱设有保温层 液货舱可以是A型独立液舱、B型独立液舱和薄膜液舱 一般不设货物蒸汽的再液化设备 早期大多数LNG船都选用蒸汽轮机作推进机械，因为蒸汽轮机容易 使用LNG蒸汽作为锅炉燃料，同时也有用双燃料柴油机的，该类柴 油机能烧重油、货物蒸汽和两者混合气，还有燃气轮机，能燃烧 处理渣油和渣油、货物混合蒸汽的混合气。 第八章液化气船设计及构造原则 （二）（二） 液化天然气船的技术特征液化天然气船的技术特征 1 技