小型LNG运输加气船的总体方案技术研究

高占峰，陈 坤

（中远船务工程集团有限公司 技术中心，辽宁大连 116600）

0 引言

近年来，环境问题越来越严重，人们对于生活质量的要求越来越高，所以清洁能源的利用越来越受到重视。天然气具有热值高、环保性好的特点，在城市中广泛应用。天然气的运输工作主要由公路运输、铁路运输、水路运输和管道运输来完成。海上运输是现在LNG运输的发展趋势，“十二五”规划中，把在沿海地区建立20多个大型的LNG接收点提上了日程。在沿江地区和二级的小型LNG站点中，采用小型的LNG运输加气船来完成。对于运输管道不能到达的地方或者是地理条件不适合建管道的地区，就需要进行船舶运输。小型LNG运输加气船具有灵活性和安全性高的特点，是现在比较热门的研究方向。本文针对小型 LNG运输加气船的总体研究方案进行了探究。根据小型LNG运输加气船的设计要求及其运输货物的特殊性和船体的总体设计要求，进行船体的总体设计，根据船体中不同系统的功能要求进行模块化设计。

1 船舶的主要设计参数的选择

船长的选择一般要考虑到船舶的总体性能、船舱的总体布局、机动性能港口和航区要求，船体的总体造价等；型宽主要的影响因素包括船体形状阻力、波涛阻力与长宽比的关系；吃水深度和运载货物的重量直接相关，此外也要考虑到港口水深的变化、航道的环境因素。综合考虑多种因素，小型LNG运输加气船的总体设计参数为：船长 95m；型宽17m；型深5.5m；吃水3.5m；航区要求：内河及沿海航区。

根据船体设计的功能要求和参数要求，完成了船体的总体设计二维图，船体的总体设计如图 1~图3所示。

图1 小型LNG运输加气船的总体设计主视图

图2 小型LNG运输加气船的总体设计俯视图

图3 小型LNG运输加气船的总体设计剖面图

船体的安全设计等级应该达到较高等级，船体的运输物为易燃易爆的物品。船体设计的货仓区和甲板采用E级的钢材，根据不同的船体特点采用不同的材质，设计的安全系数应达到足够的安全等级。船体结构严格按照CCS《钢质内河船舶建造规范》和《内河船舶法定检测规则》的相关技术和安全要求进行设计。船体的总体尺寸为95m×17m。

2 船体的动力装置简介

小型LNG运输加气船的动力系统采用柴油和燃气两种动力模式，天然气具有热值高、燃烧效率高等特点，同时天然气燃烧后的污染物含量相比常规能源来说，大大降低。排放的氮氧化合物减少了80%~90%，二氧化碳的排放量也减少了20%~25%，采用天然气作为能源符合现代对于环境保护方面的要求。在正常运行期间，采用液化天然气作为能源，节约运行成本，改善了燃烧废物的排放性能。在处理紧急情况时，采用燃油模式时的机动性更好，可以及时处理突发情况，保证了运输船的安全性。

船舶的动力系统由主动力系统、辅助动力系统、船舶的管路系统等组成。在整体的设计过程中考虑到安全性、经济性、可靠性、可维护性等多方面的设计要求。设计中参考《LNG燃料动力试点船舶技术要求》、《LNG燃料动力试点船舶关键设备技术要求》，按照国内船级社的设计标准和设计要求，以及国内新出台的《气体燃料动力船检验指南》中的设计指南和技术要求，严格执行行业的规范和标准。

采用的主动力系统为双燃料发动机动力系统作为LNG运输加气船的主动力推进装置，配合齿轮减速箱和调距桨的推进方式。从发动机燃烧液化天然气输出动力传递到减速装置，通过齿轮减速箱推动螺旋桨转动，提供LNG运输加气船的推进动力。发动机选取的型号为低压双燃料发动机，选取的螺旋桨的型号为MAU型4叶桨，船桨的直径为2.7m。为船体的运行提供动力和传动的支持，是船体最重要的功能模块。

3 LNG罐式集装箱的设计

充分考虑液化天然气运输的安全性，基于航线和航区的考虑，采用罐式集装箱式的运输方式。罐式集装箱，是一种液化天然气运输容器和框架相结合的设计方式。设计的特点是：罐体设计具有耐低温性、绝热保温性、安全性，提高液化天然气运输的安全性的考虑，需要进行较高的安全系数的设计考虑。储罐的设计参考的标准为《国际海运危险货物规则》，充分保护航海的安全性。内灌选取的材料为9Ni，9Ni是一种低碳调质钢，其组织结构为马氏体和贝氏体的合成结构，在低温下具有良好的韧性，并且具有较高的强度。9Ni主要应用与液化天然气的储罐和运输船舶，其性能特性如表1所示。

表1 9Ni机械性能表

由于海上运输过程中不可避免的会出现风浪。在震动的作用下，为了避免发生撞击带来的安全隐患，所以要做好抗震性的处理。在保证安全性的前提下，考虑经济因素的限制，采用的校核公式为：

其中：N为在最恶劣的条件下罐体受到的最大的计算载荷；S为构件的截面特征；σ为计算得到的界面受到的应力。

其中：τ为储罐受到的摩擦切应力；μ为液化天然气的动力粘性系数；y∂为在储罐内的不同层的速度的梯度。

其中：F为储罐收到的总的摩擦切应力。总的摩擦切应力应该小于材料的承受的最大切应力大小。

4 辅助设备的设计

1）锚泊系统的设计

小型LNG运输加气船的运输量较小，采用的是2只A480霍尔锚，能够满足对船体停泊的要求。

2）发电系统的设计

船体的发电系统除了为船舶的正常工作提供电力支持，还要为船员的正常生活和工作提供供电服务。本船设计了两台发电机组，同时添加一台备用发电机组。每台发电机组的额定功率为200kW，额定转速为2000r/min。

3）船体消防的设计

船体设计的总体布置采取模块化的设计理念，对不同的功能模块进行区域划分。对船员的起居住所、液化天然气主控制站、驾驶室进行隔离设计。在船体上设计消防泵，在消防实施的设计中必须设置有粉末灭火器，对安全性进行充分考虑。

5 总结

天然气等清洁能源的利用符合国家建立可持续发展社会的要求，天然气的运输环节是天然气开发利用中的重要环节。研究小型 LNG运输加气船符合我国对于液化天然气的运输需要。基于安全性和使用性的充分考虑，通过对船体总体设计方案的研究，为LNG运输加气船的发展做出先见性的探究。

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