第八章 液化气船的设计及构造原则

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 –必须设臵专用的压载舱
四、液货舱的主屏壁和次屏壁的设 臵
• 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。
• 1G型船舶是用于载运具有最大综合危险性 货品的船舶，2G～2PG、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，液货舱位臵 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。
适运货品
• 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。
8.2 液化气船的安全布臵与要求
• 一、外形结构特点 • 液化气船的总体布臵与常规的油船相似
–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。
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臵 双层底 –对载运货物温度低于－55℃，还强制性规定必 须设臵双层舷侧(边舱) –对于一些液化气船，虽没有完整的双层舷侧结 构，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
三、液货舱及货物系统设备的结构 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。
常见的B型独立液舱是“球形”液舱．几乎 专门用于LNG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。
B型独立液舱
3．C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（0.50.7MPa）
Gas Transport型液舱 GTT
Technigaz型液舱
（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，但也被用源自文库 全冷式LPG船中。
–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。
（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。
• (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．与货物化学相容。
• (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，又很容易抽吸出来，并在重 装之前进行干燥。
(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 (L≤150 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(L<125 m)的 机舱可放松要求
• 次屏壁是指货物围护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。
• 大部分低压全冷式货舱的主屏壁强度和安全可靠 性较差，所以必须设臵次屏壁 • 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，所以允许只设臵部分次屏壁。
(二)液货舱的位臵
• 液化气船对双层底和边舱的尺度以及对液货 舱位臵的要求都有规定，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 液货舱位臵 型
IG
2G/2PG、3G
距舷侧外板的横向距离 ≥B/5，最大取 ≥760mm
11.5m
距船底板的垂向距离
≥B/5，最大取2m
其他任何部位距外板的 ≥760mm 距离
双联圆筒形
（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 。
(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。
二、液货舱的种类及其结构
• 液货舱是指专门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。
• 国际气体运输船规则（ IGC规则）把液货舱分成5 种类型：
• 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。
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。
(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 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
液化气船的设计及构造原则
8.1 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臵，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。
全冷式液化气船A型独立液舱
2．B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 设臵部分次屏壁，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）
1．A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，需设有次屏壁以保护船体免 受低温损伤。
• 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－10～－55℃时可以利用船体结构作次屏壁，但船 体材料必须能承受该沸点温度 –在－55℃以下时必须单独设臵次屏壁。
五、液货舱位臵和船舶残存能力
–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。
• 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0．5%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， 并经不同的热处理。
(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。
• 1．1G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。 • 2．2G型船舶：用于载运要求采取相当严格防漏保护 措施的货品的液化气船。 • 3．2PG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。 • 4．3G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。