LNG船结构设计的规范规则研究

1、L N G 船结构设计的规范规则研究天然气是清洁、方便、高效的优质能源，液化天然气（LNG）是由天然气经精练后液化得到的。世界上天然气资源丰富，常规天然气资源量估计为400600万亿m3。按现在的年产量水平，可供开发二、三百年。21世纪天然气的产量和消费量，将要超过煤炭和石油而跃居世界能源的首位。但目前开发利用的产量较低，只有万亿m3,约为石油年产量的60%,所以从全球看，天然气市场的前景更为乐观。随着我国经济的快速增长，对能源的需求越来越大，改善能源结构，保护环境， 提高能源利用率，已迫在眉睫。天然气作为一种清洁、高效、廉价的能源，已成为 我国21世纪初开发利用的重点目标，天然气的开发利用，

2、离不开船舶运输。随着我 国进口天然气的迅速发展，不仅为我国航运业发展带来了商机，而且，也为我国造 船工业提供了极为难得的历史机遇。本文希望通过对LNG船结构设计需满足的规范规则研究，进一步提高我们对LNG船结构的开发设计的能力，以达到自主完成 LNG 船结构设计的水平。一.LNG船简介LNG船是一种国际上公认的高技术、高附加值、高可靠性的复杂船型，主要用于海上运输常压低温液化天然气（LNG的船只，由于受到港口码头和接收站条件的限制，这类船舶目前的标准载货量在 1215万立方米之间。LNG船几类货舱维护系统特点的分类比较：目前，全球营运中的大约140艘LN邮舶，主要是Membrane磨膜型货舱）

3、和MOSS 型（球形货舱）等两种。其中，MOS型船舶，由于在早期的LNG运中占有较大优势， 而且具有货物装载限制较少等使用操作上的优点，目前处于优势地位，总数居第一 位，占到一半以上。但是，新的LNG船舶订单，薄膜型占据了三分之二强。从总体 上看，薄膜型LN邮舶，在船型1i能方面优于 MOS型，是LNG船型的发展方向。因此本次研究主要是针对薄膜型货舱维护系统的 LN邮进行研究。二.型LNG船结构设计需要满足的规范规则和标准国际海事组织 IMO白IGCCode(InternationalCodefor the Constructionand Equipment of Ships Carrying

4、 Liquefied Gas in Bulk)船级社规范，如DNV ABS LR BV等船级社规范LN硼结构设计方面的基本要求与普通的钢制海船相同，均需要满足船级社基本 结构规范，例如：DN硼级社 COMMON REQUIREMENTS ;LR 船级社 RULES AND REQULATIONS FOR THE CLASSIFICATION OF SHIPS ;ABS船级社 RULES FOR BUILDING AND CLASSING STEEL VESSELS Pt3.但是由于LNG船在航行、装卸等方面有其特殊的要求，因此各个船级社又有专门针对LN邮的单独规范，例如：DN硼级社 TANKE

5、R FOR LIQUEFIED GAS ;LR 船级社 RULES FOR THE CARRIAGE OF LIQUEFIED GASES IN BULK ;ABS船级社 Pt.5c SPECIFIC VESSEL TYPES VESSELS INTENDED TO CARRYLIQUEFIED GASES IN BULK.GTT RULES (和MARKIII型均需满足)法规检验，如SOLA濡USCG勺要求(如果去美国营运)SIGGTO (国际气体船和岸站经营者协会)ISO8309-1991 (Refrigerated light hydrocarbon fluid measurement

6、of liquid levels in tanks containing liquefied gases)ISO standard 13398 for LNG ship cargo tank level gauging systemsSwedish Standard SS 780726(Engine room ventilation on turbinevessels )三.型LNG船结构设计特点：货舱全双壳结构（双层底、双壳、双甲板）； GTT RULES寸薄膜舱内的形状有着特殊的比例要求，而对双层底高度和边压载舱的宽度要求则需要参考具体选择船级社规范以及IGC CODEk的相关要求。货舱间

7、设置双层隔离舱壁；对于双层隔离舱之间的距离GTT RULE以及船级社规范均有最小的宽度要求，但是该区间设有货舱的加热系统因此实际选取的时候更多的是考虑设备布置方面的需要。装载液位要求特殊；考虑液货晃动对舱内绝缘层的影响，GTT RULES寸容积在60,000155,000立方米以内的LNG船货舱的装载液位高度有相应的要求（据 GT箧求，超过155,000立方米的薄膜型LNGm货舱将进行额外的货舱晃动方面的计算。）货舱区温度场分布特殊由于货舱的货物必须保持在-163的超低温状态，尽管采用了双重屏蔽的隔温绝缘措施，但位于液货舱的船体结构不可避免地受到长期低温的影响。而且根据规范、规则要求，必须考虑

8、主屏蔽破损情况后超低温的液货直接作用在次屏蔽上时，货舱结构不同部位受低温货物的影响程度，使得船体结构不至于由于低温货物的影响而造成严重破坏，继而产生液体的泄漏。对此不同规范有着相应的要求：IGC: Air Temperature 5 and sea temperature 0 ,applicable for all hull structure in cargo area.USCG:Air temperature-18 and sea temperature 0,applicablefor innerhull and members connected to inner hull.USCGAl

9、aska: Air temperature -29 and sea temperature -2 ,applicable for inner hull and members connected to inner hull.因此根据各船级社规范要求货舱区的材质选取在不同的区域也不相同，具体如下:材质选取：(1)除双层横舱壁垂直桁高应力区域外，不采用高强钢；(2)内壳根据温度分布，采用低温钢(B,D,E级)；(3)液穹、气穹、泵塔位置采用不锈钢。(4)外壳钢级和常规油船一样，不受货舱低温影响。除通道甲板外， 都采用A级别板。(5)通道甲板应货舱内壳疲劳需求，厚度大，需采用B级钢。若厚度大于25,

10、需采用D级钢。(20万m3级别的达至U D级)货舱内壳全部铺设两层耐低温保护绝缘层。薄膜：殷钢Invar含银36%,厚0.7mm两层相同绝缘：木箱1m x 1m,两层总厚度530mm，木箱内充填膨胀珍珠岩 Perlite，:不SePOmaryry barrier：- ： Inner四、薄膜型LNG船有关分析主船体结构强度分析所有的LNG船在进行结构设计时均需要满足相应船级社的规范要求(例如DNWE范的Pt3,),同时对货舱区的载荷又需要根据IGC COD医口相应船级社的液化气船规范来确定(如疲劳分析疲劳是由动载荷引起的，对于LNGG各种规范对于其疲劳寿命方面均有相关的要求，GTT寸内壳20年和

11、40年疲劳寿命的均提出了要求，而目前进行设计时疲劳分析也作为重点项目来做，各个船级社均有大量的规范专门针对疲劳方面的分析，究其根本原因：1. LNG船船体破坏形式多为疲劳破坏。2. 破坏影响比较大，将会使水渗入到绝缘层中导致其发生腐蚀破坏。3. LNG甘的维修花费巨大，而且耗时很长。4. LNGffi1常设计年限比较长，为保障船只常年运行不用进坞维修，因此对疲劳设计格外重视。疲劳分析的方法：疲劳分析的流程：具体参考的传结社规范如 DNV FATIGUE ASSESSMENT OF SHIP STRUCTURE;PLUS-EXTENDEDATIGUEKNALYSISOFSHIP DETAILS;

12、 CSA DIRECTANALYSISOFSHIPSTRUCTURE波浪载荷作用下全船有限元分析此项分析的目的是计算出沿船长方向上总纵载荷的分布状况以及计算货舱区的极限加速度，通常进行两种波浪载荷的分析ULS(Ultimate Limit State) 分析；计算出船体梁载荷、货舱区的加速度、恶劣环境下局部的海水压力和加速度。FLS(Fatigue Limit State) 分析：计算出疲劳分析用的动载荷。在进行FLS分析时通常采用线性波浪载荷进行分析，而在进行ULS分析时则需要将线性和非线性相结合。常用的三维非线性计算软件如 WAMI常具体内容可以参见各船级社的专属内容，例如DN潮级社的CS

13、A-DIRECTANALYSIS OF SHIP STRUCTURES.首部外飘冲击及底部抨击引起的弯矩及剪力计算该部分内容可以参考各船级社结构规范中的相关要求，例如；1. ABS: Pt.5c2. LR: Sec1.1.6 等液舱晃荡力分析晃动载荷是由于液货舱部分装载时液货自由液面剧烈拍击货舱内表面引起的，晃动载荷的大小与货舱的形状、装载高度、以及航行状态下船舶的运动有关。对于晃动载荷的分析各船级社均有相关的专业软件，例如DNV: SESAM-HydroDLR: ShipRightSloshingBV: Fluid-3D 等。同时GTT寸于所有型LNGM的货舱区还将进行晃动载荷的模型试验。对于液舱晃动基本的分析流程可以参考下图：五.小结从前面的研究内容可以看出，LNG吉构设计与普通船舶产品结构设计所需要满足的规范规则基本一致，只是需要增加 IGC CODEU及GTT RULE等规范中部分内容的 一些规定；另外，在设计过程，还