梁祖贤—LPG船总体设计概论

五、惰性气体系统 惰性气体主要用于控制液货舱内的空气以防止易燃混 合气体的形成。对惰性气体的最基本要求是含氧量要低。 惰性气体的组成成分取决于其产生方法。产生惰性 气体的一个主要方法是在专用设备中燃烧燃料，然后对 所排出的气体进行洗涤、清除，去除二氧化碳、一氧化 碳、二氧化硫和氧化氮等可溶酸性气体，滤去其中的固 体颗粒，最后进行冷却、干燥。
通风 蒸气 冷凝液 取样口 液体 扫舱 电子马达 卸货
半冷/半压式液化气船液货舱圆顶盖上部管系布置图
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2、阀门 管路的连通和截止都是依靠阀门来控制的。对于压 力释放阀最大调定值大于0.07MPa（表压）的压力式液 货舱，所有液相和气相管与液货舱连接处，以及船岸连 接装卸总管处，都装设两道阀门，一个为手动阀门，另 一个为与之串联的遥控阀门。对于压力释放阀最大调定 值小于0.07MPa的非压力式液货舱，则可只装一个可就 地人工操作又可遥控操作的遥控阀门。 液化气船货物管路上的阀门一般是截止阀、球阀、 旋塞阀、闸阀或蝶阀等，这些阀门有些是手动的，也有 些是用气压或液压驱动的，有些可以现场操作，也有些 可以现场或遥控操作。另外，还有一些特殊用途的阀门， 如单向阀（止回阀）、压力释放阀、应急切断阀等。 LNG船和乙烯船货物管路上的球阀还应有特殊结构以释 放阀内部压力。液化气船上所有阀门都应是耐火的。
三、货物压缩机 液化气船上必须设置货物压缩机，它们的用途取决 于液化气船的类型。在LNG船上，离心式压缩机被用来 把液舱货物蒸气输送到机舱和将蒸气增压输送到岸上； 在乙烯船和LPG船上，压缩机用于提高货物系统的蒸气 压力，以便船岸之间供应货物蒸气，平衡船岸压力和进 行气体清除、净化作业，并且为安装在甲板上的液货泵 引液。同时，货物压缩机又是再液化系统的关键设备， 用于增加货物蒸气冷凝前的温度和压力。对压力式货舱， 当液货泵发生故障时，可用货物压缩机进行加压卸货。 同时，液化气船装卸作业完毕后，在拆卸货物软管前， 也必须用货物压缩机对液相管进行扫线作业。 货物压缩机可用液压或电气马达或蒸汽轮机等驱动， 较常见的是用电动机驱动，压缩机及其电动机往往分别 设置于毗邻的甲板室内，电动机与压缩机之间的传动轴 贯穿舱壁并安装有高效润滑油的密封装置，防止压缩机 舱内的可燃气体进入电动机舱。
（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0.5－0.8MPa，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 50000－100000m3。
（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1.75－2.0MPa之间。 通常全压式LPG船的舱容量 都在5000m3以下。
二、液货泵 液化气船一般都设有液货泵供卸货用。只有少数小 型的压力式船不设液货泵，而是利用压缩机对液货舱加 压卸货。 如果液货舱在营运期间不可能修理液货泵时，则必 须要有其他的卸货替代措施，否则每个货舱要配2台液 货泵。由于压力式货舱可用货物压缩机加压卸货，故每 个液货舱可只设一个液货泵。但对于常压全冷式货舱， 由于无法承压，所以必须在每个货舱内设2台液货泵。 液化气船上的液货泵，包括深井泵、潜水泵和设在 甲板上的增加泵等都是离心式泵。他们都可以作为主卸 货泵，但是由于设在甲板上的离心泵必须要加压引液， 所以一般非压力式货舱是以深井泵或潜水泵作主卸货泵， 只有少数是用单独设置在甲板上的离心泵作为卸货泵。
液化气船货物操作设备及附属系统
一、货物管路和阀门 1、货物管路 液化气船通常在船中部设有横跨左右舷的液相和气 相装卸总管。总管与通到液货舱的液相和气相管相连接。 液相管从气室引至每个液货舱的底部，气相管从每个液 货舱顶部气室引出。 每一个液货舱一般设有一根液相装货管，一根液相 卸货管、一根气相管和一根压力释放阀、泄压排气管。 部分液货舱还设有液货喷淋管、净化管、扫舱管等。下 图为半冷/半压式液化气船液货舱圆顶盖上部管系布置 图。
压缩机附属设备： 1、气液分离器 进入压缩机气缸内的气体必须清洁、干燥，所以在压缩机 进口处装设气液分离器，防止液体进入压缩机内引起液击。 2、稳压罐 稳压罐安装于压缩机的出口端。由于活塞式压缩机排出的 蒸气存在脉动压力，容易对管系造成冲击破坏，稳压罐可 对脉动压力起缓冲平衡作用。对于普通型压缩机，稳压罐 内部还设置油气分离装置，以防止润滑油对货物早场污染。 液化气船上常见货物压缩机： 1、往复式压缩机 2、螺杆式压缩机 3、离心式压缩机
4)惰性气体系统 惰性气体系统是十分重要的安全保护装置。主要由惰 性气体发生装置、空气压缩单元、空气干燥单元等组成。 惰性气体可以用于卸货后液罐内的冲氮保护，也可用 于清洗，然后装载其他品种的液化气，也可对液罐与货舱 之间空隙处的充氮正压保护，以及对甲板卸货区域内的氮 气安全保护等。 5)海水系统 用于冷却压缩后的液化气。海水管为镍铜管。 6)其他系统 有加热和防冻的水／乙二醇系统、清洗液体系统、压 缩空气系统、透气、放泄系统、液压遥控阀系统、气体探 测系统、水幕喷淋系统。
C型独立舱：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。
液化气的储存状态可分为常温压力式、低温常压式 和低温压力式。前两者是通过控制压力或温度，使液化气 保持在液货的状态下进行储藏和运输的。 它主要由以下几个部分组成： 1)液罐 LPG船的液罐包括储货液罐和甲板罐。储货罐主要 用于储货；甲板罐用于换货、临时存储。
六、压力释放系统 IMO制定的IGC规则要求对液化气体船舶的整个货物 系统，包括液货舱、液货泵的排出管路、液体和蒸发气 体跨接管等部位的压力进行监控。各种机械设备都安装 有压力开关以便报警并关闭工作系统，以保护人员免遭 危险和保护设备。 1、压力释放阀 压力释放阀是一种超压保护装置。他的作用是：当 液货舱压力超过某一规定压力时，自动开启，迅速排放 液舱内的气体，以保证液货舱不致因超压而发生事故； 当液舱内压力降至正常值时，又能自动关闭，避免液舱 排出全部气体而造成浪费。此外，压力释放阀开启时， 由于液货舱内的气体从释放阀中喷出，常常发出较大的 声响，从而也起到一种自动报警的作用。
四、货物加热器和蒸发器 1、货物加热器 全冷式或冷压式液化气体船舶载运的是低温常压状 态下的液货，如将液货转驳到船上或岸上常温压力贮罐 中，则船上必须装备能将低温液货加热成常温液货的加 热升温装置，液货才能泵出，以避免接收液货的贮罐和 管路发生低温脆化。 货物加热流程是这样的：用液货舱主卸货泵将低温 液货从液货舱抽出，经增压泵加压，再通过货物加热器 将其加热到常温状态，然后压送到船上或岸上的常温压 力贮罐中。 货物加热器通常采用的是卧式壳管式热交换器，安 装在甲板上，一般用海水作为热源。下图表示一般的货 物加热器布置，注意货物加热器中安装了温度控制和报 警装置以防结冰。货物加热器一般能够把全冷冻的丙烷 从-45℃加热到＋5 ℃。在寒冷的海水区域，要达到这 个升温幅度，货物的装卸量会显著减少，因此要增设一 个作为升温热源的水蒸气加热系统。
2) 跨接系统 用于装卸货。主要由深井泵、增压泵、液压遥控阀等组成 3)再液化系统 船舶在运输途中，外界温度高于液罐内部温度。随着热量 被逐渐传人液罐内，一部分液化气吸热蒸发，罐内压力逐 渐升高，将超过液罐设计压力；这时，必须立即启动再液 化系统。或者，当装载岸上的液化气气体货物时，也可启 动再液化系统，把液化气气体货物液化后装人液罐。再液 化系统由压缩系统和制冷系统组成。主要设备有：货物压 缩机、制冷压缩机、热交换器、冷凝油分离器、乙烯蒸发 器等组成。
七、应急切断系统
2、透气桅 透气桅的作用是将压力释放阀及其他货物设备所排放 的货物气体从高空向上排放。透气桅在露天甲板以上的高 度至少为船宽的1/3或6米（取最大者），以确保比空气重 的货物气体能在空中有效扩散。透气桅的出口，离居住处 所、服务处所或其它气体安全处所的空气吸入口的距离至 少为船宽。透气桅顶部，设有防护网/防火网，以防止雨 水、雪或其他异物进入压力释放阀系统或防止火焰通过透 气桅。有些透气桅有火焰熄灭装置，以熄灭可能由闪电等 原因引起的火焰。 3、压力释放系统 压力释放系统一般是由压力释放阀、透气桅及将其两 者连接的排气管组成，有些系统还可能包括管线上的安全 膜片和集液蒸发罐。
LPG
CSSC_SWS总体研发室 梁祖贤 2009年 Email:Lzuxian@sina.com
LPG船的液货系统
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2～3倍，是一种 高技术、高附加值的船舶。 LPG船分类： 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。
安全阀 压力传感器 温度传感器 海水进口 温度传感器 旁通加热器 来自卸货增 压泵的液货 至岸上 的液货 海水出口 温度传感器
货物加热器布置
2、货物蒸发器
液化气船在营运过程中，在许多情况下，往往需要 将液货加热蒸发成蒸气，例如：在卸货中没有货物蒸气 从岸上回流情况下需要保持液货舱压力；或在再液化作 业时液货舱蒸气不足出现负压，必须补充额外的货物蒸 气以维持液货舱必要的正压；或为了让船舶在海上航行 时仍可对经惰化后的液货舱（如修船后）进行净化作业， 缩短装货准备时间。为此，液化气船上通常设置货物蒸 发器。
液舱结构型式： （1）非独立型整体液舱式 （2）内部绝热贮舱式 （3）独立式液舱。该液舱可分为A、B、C三型，它们均非 船体的构成部分，呈自持式。 A型独立舱：该型液舱多由平面结构组成，液舱最大允许 设计压力不大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型独立舱：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。
4、附加压力释放系统 当货物系统的设计，不能在最高的设计环境温度 （海水：32℃，空气：45 ℃）下承受货物的最大蒸气 压力时，则应采取一定措施，如蒸发气体再液化、货物 蒸气用作主推进装置的燃料等，以确保液货舱内的压力 低于释放阀的最大允许调定值（MARVS） 冷压式或全冷式液化气船所载运的货物，在达到压 力释放阀设定压力下相应的温度之前，如其基准温度 （指装货终止时、航行途中或在卸货时的温度，取最大 者）将导致液货舱满舱，则应设置附加压力释放系统， 以防止液货舱满液的危险。