【正文】 液化石油氣船報(bào)告 江蘇省科學(xué)技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略研究院 江蘇省科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所 二○一四年十二月 報(bào)告完成人名單 課題組負(fù)責(zé)人： 課題組成員： 目 錄 摘 要 ............................................................. １ 一、液化石油氣船簡(jiǎn)介 ............................................... ２ 二、液化石油氣船特點(diǎn)及貨物圍護(hù)系統(tǒng) ................................. ２ 三、液化石油氣（ LPG 船）的分類 ..................................... ６ 四、液化石油氣船的國(guó)內(nèi)外相關(guān)報(bào)道 ................................. １０ 五 、液化石油氣船 —— 國(guó)內(nèi)外部分 LPG 船主要相關(guān)指標(biāo) ................. １２ 六、液化石油氣船 LPG 儲(chǔ)罐注水堵漏工藝 .......................... １２ 七、超大型液化石油氣船線型研制 ................................... １４ 八、液化石油氣船裝卸流程及作業(yè)安全管理 ........................... ２５ 九、液化石油氣船疲勞強(qiáng)度校核方法 ................................. ３４ 十、 液化石油氣船觸礁高位擱淺的救助方法 .......................... ３６ 十一、全壓式 LPG 船貨物蒸氣壓力的控制 ............................. ４２ 十二、近年液化石油氣、液 化石油氣（ LPG）船行業(yè)形勢(shì)分析 ............ ４９ 附件：報(bào)告被采用情況匯總表 ....................................... ５９ １ 摘 要 本報(bào)告主要介紹了液化油氣船的一些基本情況，包括液化石油汽船的簡(jiǎn)介、液化石油氣船特點(diǎn)及貨物圍護(hù)系統(tǒng)、液化石油氣船（ LPG 船 ）的分類、液化石油氣船的國(guó)內(nèi)外相關(guān)報(bào)道、液化石油氣船 —— 國(guó)內(nèi)外部分 LPG 船主要相關(guān)指標(biāo)；在此基礎(chǔ)上又對(duì)液化石油氣船進(jìn)行了深度研究，主要有下方面：液 化石油氣船 LPG 儲(chǔ)罐注水堵漏工藝、超大型液化石油氣船線型研制、液化石油氣船裝卸流程及作業(yè)安全管理、液化石油氣船疲勞強(qiáng)度校核方法、液化石油氣船觸礁高位擱淺的救助方法以及全壓式 LPG 船貨物蒸氣壓力的控制；最后，本報(bào)告就近年來的液化石油氣、液化石油氣（ LPG）船進(jìn)行了行業(yè)形勢(shì)分析，以期為社會(huì)各界的相關(guān)行業(yè)提供有益指導(dǎo)。 ２ 液化石油氣船 報(bào)告 一、液化石油氣船簡(jiǎn)介 液化石油氣（ Liquefied petroleum gas，簡(jiǎn)稱 LPG）船主要運(yùn)輸以丙烷和丁烷為主要成份的石油碳?xì)浠衔锘騼烧呋?合氣，包括丙烯和丁烯，還有一些化工產(chǎn)品，近年來乙烯也列入其運(yùn)輸范圍。依據(jù)載運(yùn)各種氣體的不同液化條件而分為全壓式 (裝載量較小 )、半冷半壓式(裝載量較大 )和全冷式 (裝載量大 )。液化氣船因其特殊用途而產(chǎn)生了各方面的特殊要求，其技術(shù)難度大，代表當(dāng)今世界的造船技術(shù)水平，船價(jià)為同噸位常規(guī)運(yùn)輸船的 2～ 3 倍，是一種高技術(shù)、高附加值的船舶。 二、 液化 石油 氣船特點(diǎn)及貨物圍護(hù)系統(tǒng) 船舶的結(jié)構(gòu)、布置特點(diǎn)主要取決于所運(yùn)貨物的特性。由于液化氣的特殊危險(xiǎn)性 ,因此 液化氣船在總體布置、貨艙結(jié)構(gòu)和船體結(jié)構(gòu)等方面都有著與其他船舶不同的特點(diǎn)。 所有的液化氣船的貨物區(qū)域都是雙層船殼 ,機(jī)艙和居住區(qū)域均設(shè)在船尾部 ,在液貨艙與機(jī)艙、駕駛臺(tái)、船員住室等非裝載艙室之間均設(shè)有隔離艙。船上設(shè)有多種管系 ,所有的貨物管路均通過甲板上的貨艙頂蓋通入艙內(nèi) ,甲板上設(shè)有壓縮機(jī)房、電機(jī)房和貨物控制室 ,這些艙 ３ 室均有專門的水簾保護(hù)。壓載艙室和貨艙分開 ,以防壓載水的沖擊力影響液貨艙的安全。 液化氣船上用來保護(hù)和存放貨物的裝置稱為貨物圍護(hù)系統(tǒng)。它包括液貨艙的艙壁及其附屬設(shè)備和支持這些構(gòu)件的鄰接結(jié)構(gòu) ,其中液貨艙是指貨物圍護(hù)系統(tǒng)中用于裝載貨物的主要容器。液化氣船上的貨物圍護(hù)系統(tǒng)有以下五 種。 (Independent Tanks)。這是指液艙的結(jié)構(gòu)不直接與船體結(jié)構(gòu)相聯(lián)接的液艙 ,也即液艙的結(jié)構(gòu)并不與船體結(jié)構(gòu)成為一個(gè)整體。采用這種結(jié)構(gòu)的目的是為了消除或盡量減少與液艙相鄰的船體結(jié)構(gòu)的受力對(duì)液艙的影響 ,從而減小液艙結(jié)構(gòu)的應(yīng)力。這種液艙也稱為自身支持液艙。有以下三種類型 : ① A 型獨(dú)立液艙。這種液艙為棱柱形 ,其最大允許的蒸氣壓力為7oKPa,貨物是在常壓下以全冷凍方式運(yùn)輸。在液艙壁 (稱為主艙壁 )和船體外板之間設(shè)置一層附屬隔板 (也稱次屏壁 ),以保護(hù)船體外殼免受貨物泄漏時(shí)的低溫影響。 ,在主艙壁和 附屬隔板之間形成的空間稱為大艙空 間 (Hold Space)。按規(guī)定 ,大艙空間必須能容納液貨 15 天的泄漏 ,平時(shí)應(yīng)充滿惰性氣體。這種圍護(hù)系統(tǒng)必須采用耐低溫的材料 ,在主艙壁外面或附屬隔板里面涂有絕熱材料。 該型液艙多由平面結(jié)構(gòu)組成，液艙最大允許設(shè)計(jì)壓力不大于 ，在大型全冷船上采用該型式較多，工作溫度不低于－ 55℃。 ② B型獨(dú)立液艙。這種液艙的形狀有 棱 柱形和球形或圓柱形。前者的設(shè)計(jì)蒸氣壓力 ４ 不大于 70Ka,用于運(yùn)輸液化石油氣 。后者較為典型 ,其設(shè)計(jì)蒸氣壓力大于 70KPa,用于運(yùn)輸液化夭然氣。由于球形液艙能 比較準(zhǔn)確地計(jì)算其結(jié)構(gòu)應(yīng)力 ,所以它的附屬隔板只需要一部份 ,通常由滴水槽和防濺隔板組成。 要進(jìn)行精確的結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析和模型試驗(yàn)，包括采用有限元，殼理論，某些場(chǎng)合可適當(dāng)使用框架分析手段。屈曲、疲勞壽命、塑性形變都屬考慮范圍。液艙型式有棱柱形和回轉(zhuǎn)球形，壓力小于。 LNG船用此型式較多。 ③ C型獨(dú)立液艙。這是一種球形或圓柱形壓力容器。其設(shè)計(jì)蒸氣壓力大于 200KPa,用于半冷凍式或全加壓式液化氣船上。也可以用于冷凍式液化氣船上 ,但其貨物圍護(hù)系統(tǒng)必須采用耐低溫材料。當(dāng)用于全壓力式船上時(shí) ,其設(shè)計(jì)的最大蒸汽壓力應(yīng) 不小 于 1700KPa,而用于冷凍式或半冷凍式船上時(shí) ,其設(shè)計(jì)的蒸汽壓力為 500一 700KPa及 50%真空。這種液艙完全按壓力容器設(shè)計(jì) ,故不需要附屬隔板 ,使用時(shí) ,在主艙壁和船殼之間的大艙空間應(yīng)充滿惰性氣體。 C型艙有單罐、雙耳和三葉型三種，按壓力容器準(zhǔn)則設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)壓力常取 ，不超過2MPa。我國(guó)目前建造的全壓式和半冷半壓式 LPG 船皆屬于此范疇。該船不需要設(shè)置屏蔽，技術(shù)狀態(tài)成熟。 這三種型式 均非船體的構(gòu)成部分，呈自持式。它們的 獨(dú)立液艙中 ,棱柱型獨(dú)立液艙能更有效地利用船體空間 ,而且由于貨物裝載重心較低 ,故穩(wěn) 性較易得到滿足 ,但建造費(fèi)用和技術(shù)難度較高 。而球形獨(dú)立液艙 對(duì)絕熱要求不很嚴(yán)格 ,沒有內(nèi)部加強(qiáng) ,故制造技術(shù)比較簡(jiǎn)便 ,費(fèi)用也較棱柱形獨(dú)立液艙為低。球形艙的缺點(diǎn)是船舶的空間利用率低 ,為了 ５ 能提高船舶裝載液貨的能力 ,就需要加大船舶尺度或提高液艙高度 ,使其裝載重心提高 ,且對(duì)駕駛員了望產(chǎn)生一定影響。 (Membrane Tanks)。這種圍護(hù)系統(tǒng)是由一層很薄的金屬板作為主艙壁 ,通過絕熱層由鄰近的船體結(jié)構(gòu)加以支持 ,屬于非自身支持的系統(tǒng)。作為主艙壁的薄膜的最大厚度不超過 10mm,如有的采用 厚的波紋形不銹鋼薄 膜 ,有的采用熱膨脹系數(shù)很低的殷瓦合金鋼膜作主艙壁。 種系統(tǒng)必須要有完整的附屬隔板 ,以保證萬一主艙壁泄漏仍能保持圍護(hù)系統(tǒng)的完整。這種液艙的設(shè)計(jì)蒸氣壓力不大于70KPa， 一種稱為“ Gaz transport”薄膜圍護(hù)系統(tǒng)的剖面圖。它的主艙壁是 厚的殷瓦合金鋼 ,附屬隔板是 ,在 主艙壁和附屬隔板之間及附屬隔板和船殼之間的絕熱材料是由充滿珍珠巖的 200mm厚的膠合板所組成。薄膜液艙的最大優(yōu)點(diǎn)是建造費(fèi)用低 ,能有效地利用船舶空間 ,但由于對(duì)這種結(jié)構(gòu)的受力分析不可能確切 ,所以這種液艙在船舶發(fā)生如碰 撞等事故時(shí)容易受損。 (Semi 一 Membrane Tanks)。這種液艙介于 A型獨(dú)立液艙和薄膜液艙之間。它的用作主艙壁的薄膜比薄膜液艙的薄膜要厚得多 ,艙的轉(zhuǎn)角設(shè)計(jì)成圓形 ,以便能承受自身的脹縮。這種艙在空載時(shí)為自身支持 ,而在裝載狀態(tài)時(shí)則為非自身支持 ,作用在主艙壁上的液體和蒸氣壓力通過絕熱層傳遞到內(nèi)船殼上。這種液艙主要用于運(yùn)輸液化夭然氣。 (Inlegral Tanks)。這種液艙結(jié)構(gòu)與船體結(jié)構(gòu)直接接觸 ,成為船體結(jié)構(gòu)中不可缺少的一部份 ,因此其所受應(yīng)力與其相鄰船 ６ 體結(jié)構(gòu)相同。這種液艙的設(shè) 計(jì)蒸氣壓力不超過 7oKPa,它一般不適用于運(yùn)輸貨溫低于一 10℃的貨物。運(yùn)輸丁烷的液化氣船上可以采用這種液艙。 (Internal Insulation Tanks)。這種液艙是在內(nèi)船殼的里面安裝一 層絕熱材料 ,貨物直接與絕熱層接觸 ,所以一般選用聚氨脂泡沫作絕熱材料。這種液艙是 非自身支持的 ,它可以由內(nèi)船殼支持 ,也可以由獨(dú)立液艙支持。前者的設(shè)計(jì)蒸氣壓力不超 過 70KPa,而后者可以大于 70KPa。這種系統(tǒng)主要用于運(yùn)輸丙烷和丁烷 ,不能運(yùn)輸氨。 三、 液化石油氣 （ LPG船 ）的 分類 (一 )LPG 船按貨物運(yùn) 輸方式分為全壓式、半冷半壓式（冷壓式）和全冷式三種船型。 1. 全壓式運(yùn)輸 又稱常溫壓力式，是把貨物置于常溫條件下加壓超過蒸發(fā)氣壓的壓力，使貨物變成液化狀態(tài)。少數(shù)氣體諸如乙烷、乙烯、甲烷在高于臨界溫度下再加壓也不液化。全壓運(yùn)輸船的船艙不需設(shè)置隔熱與低溫冷卻設(shè)備。通常最高設(shè)計(jì)溫度為 45℃，最高設(shè)計(jì)壓力為 － 之間。江南造船廠建造的我國(guó)第一艘 3000m3LPG船，其設(shè)計(jì)工作壓力即 ，通常全壓式 LPG船的艙容量都在 5000m3以下。 ７ 2. 半冷半壓式運(yùn)輸 又稱低溫加壓式，第一艘該型船建 于 1959 年，容積為 2100m3。 60年代初期在歐洲，由于低溫技術(shù)研究趨于成熟，陸續(xù)建成一大批。目前以德國(guó)的船隊(duì)見多。這類船早期冷卻工作溫度為－ 5℃左右，壓力 左右，運(yùn)載液化氣接近于全壓式 LPG 船，現(xiàn)已很少建造。近來，這類船分為兩類，較多的冷卻溫度為－ 48℃，少數(shù)運(yùn)載乙烯的為－ 104℃，工作壓力為 － ，江南造船廠建造的 4200m3 和16500m3LPG 船分別屬于該兩種船型。通常該類船最大艙容量不超過25000m3，新研制的 30000m3LPG船可謂是該型船之最。 3. 全冷式運(yùn)輸 又稱為低溫常壓型，液化氣貯存于不耐壓的液艙內(nèi)，處于常壓下的沸騰狀態(tài)。液艙設(shè)計(jì)壓力一般為 ，單個(gè)液艙容積很少受限制，適宜建造大型船舶，容量大都為 50000－ 100000m3。 （二）根據(jù)所運(yùn)液化氣的危險(xiǎn)程度 ,可以分為 IG 型、 IG 型 /IPG 型和班 G型三種型號(hào)。 其中 ,IG型是指適用于運(yùn)輸危險(xiǎn)性最大的貨品的液化氣船 ,在船舶結(jié)構(gòu)上要求能經(jīng)受最嚴(yán)重的破損 ,也就是說當(dāng)船舶受到嚴(yán)重破損時(shí)液貨艙不致受到損傷 ,從而保證貨物不發(fā)生泄漏。所以這種船的液貨艙壁與船舶外板之間要求留有最大的間距 。IG和 1PG型船是指適用 于運(yùn)輸危險(xiǎn)性中等的貨品的液化氣船 ,其中 IPG型是專指船長(zhǎng)不超過 150m的具有 C 型獨(dú)立液艙的船舶 ,這種船上液貨艙艙壁距船舶外板的間距小于 IG型船 。G型船舶是指適用于運(yùn)輸危險(xiǎn)性較小的貨品的液化氣船 , ８ 它的液貨艙位置要求和 IG 型相同 .每種型式的液艙位置的具體要求及不同貨品應(yīng)采用哪種型式的船舶運(yùn)輸 ,在“國(guó)際散裝運(yùn)輸液化氣體船舶構(gòu)造和設(shè)備規(guī)則” (簡(jiǎn)稱 IGC規(guī)則 )中均已列明。 根據(jù)所運(yùn)貨物被液化的方式不同 ,液化氣船又可以分為以下五種 : 1. 壓力式液化石油氣船 (又稱全加壓式液化石油氣船 )。這是在常溫下 ,通過加壓將石油氣液 化裝于耐高壓的液艙中進(jìn)行運(yùn)輸?shù)拇啊＿@種船上的貨物圍護(hù)系統(tǒng)采用 C 型獨(dú)立液艙 .主要用于運(yùn)輸液化石油氣和氨。用于運(yùn)輸液化石油氣時(shí) ,液艙的設(shè)計(jì)壓力為 18000KPa。其液艙為圓柱形或球形或有縱隔壁的雙圓柱形及三圓柱形。這種船的優(yōu)點(diǎn)是液艙管系不需要絕熱 ,船上不需設(shè)再液化裝置 ,操作簡(jiǎn)便。其缺點(diǎn)是船舶的空間利用率低 ,與同規(guī)模的其他液化氣船比較 ,其載貨量較小 ,而且液艙壁的厚度需隨設(shè)計(jì)壓力的增大而增大 ,因此這種船的規(guī)模較小。 2. 低溫式液化石油氣船 (又稱全冷凍式液化石油氣船 ).這種船是在常壓下將氣體冷卻至沸點(diǎn)以下進(jìn)行運(yùn)輸 ,故其液貨艙需要有高要求的隔熱保冷保護(hù)。貨艙的形式有獨(dú)立液艙、薄膜液艙和整體液艙 ,以獨(dú)立液艙居多。所用獨(dú)立液艙為 A 型 ,每個(gè)艙內(nèi)設(shè)有橫隔壁及一個(gè)縱隔壁以保證其穩(wěn)性。這種船的液艙設(shè)計(jì)壓力為 70kPa,其結(jié)構(gòu)材