京杭運河200 m3LNG加注躉船船體設計

陳海濤，劉林偉

(1.江蘇省船舶設計研究所有限公司，江蘇 鎮江212003;2.江蘇省鎮江船廠責任有限公司, 江蘇 鎮江212000)

京杭運河200m3LNG加注躉船船體設計

陳海濤1，劉林偉2

(1.江蘇省船舶設計研究所有限公司，江蘇 鎮江212003;2.江蘇省鎮江船廠責任有限公司, 江蘇 鎮江212000)

主要介紹了京杭大運河200 m3LNG加注躉船的主要設計依據以及LNG儲蓄系統和穩性狀態，根據實際停泊區域、工作功能確定了主尺度與總體布置、型線和結構形式，基于船舶用途和安全考慮，對舾裝(定位、消防、救生等)進行合理設計。目前該船圖紙審查完畢，正在投標建造階段，建成后將成為京杭運河首條可以為往來船舶加注LNG或0號船用柴油的加注躉船。

液化天然氣；加注；躉船；加氣站；船舶設計

0 引言

現階段，液化天然氣(LNG)作為一種新型船用燃料的前景被業界廣泛看好，但作為燃料完全采用LNG的船舶還很少，主要用于內河船舶。 目前，對船舶進行LNG加注方式主要有四種：岸上加氣站對船、岸上槽車對船、便攜式液罐傳輸、加注躉船對LNG燃料航行船，其中使用最廣泛的是加注躉船對LNG燃料航行船的加注方式。

當前階段， LNG燃料加注方面，法定檢驗技術規則、建造規范剛剛實施，配套的相關基礎設施相對較為落后，LNG加注還是一個剛剛開發的領域。作為船舶未來的發展趨勢，造船界在重視LNG動力船研發的同時，也應該考慮加注方式對船型的影響,同時亦可著手LNG燃料加注躉船的開發與應用。

鑒于“氣化江西”“氣化長江”等綠色新能源航運項目正在逐步推進，加氣站作為LNG動力船發展的必要基礎設施，其布局在建設發展中更為重要。

本文的研究重點是如何在滿足相關規范、法規要求的前提下能夠節約能源、節省船舶空間，使設計船舶布局更為合理，安全性好，加注操作更便捷，滿足停泊區域要求。

1 主要設計依據

京杭大運河200 m3LNG加注躉船停泊在施橋船閘下游航道的東岸，為往來船舶加注LNG天然氣或0號船用柴油。

本船主尺度除滿足規范關于200 m3LNG加注設備布置要求和滿足規范關于燃氣、燃油加注的布置要求外，還應滿足1 000～3 000噸級的貨船靠泊本躉船進行加注燃料的要求。

本船船型為箱型，艏艉端削斜，舭部為圓弧型，采用雙舷、油艙區域雙底的結構形式。主甲板以上設2層甲板室，船舶空載水線以上高度滿足通過京杭運河橋梁與船閘的要求，桅桿、避雷針設計成可傾倒式。LNG儲罐(臥式)和加注配套設備安裝于加注躉船的主甲板之上。

2 總體布置

根據本船的實際停泊區域、工作功能要求情況以及船東要求等綜合因素，經過多種方案的對比，最終確定本船的主尺度如下：

總長

56.40 m

船寬

13.00 m

型深

2.40 m

設計吃水

1.20 m

結構吃水

1.40 m

儲蓄罐容積

2×100 m3

載油量

～100 t

航區內河

A級

排水量

863.5 t

本船與常規躉船在布置上有許多不同，在設計時需要合理的布置每個區域的位置與分割，這樣某處發生危險時可最大限度地減小對其他區域的正常工作以及人員安全的影響。另外，還需采取適當措施，確保躉船沒有集聚可燃氣體的死角，避免因LNG泄漏造成對加注躉船結構的低溫損壞，防止躉船可能因為溢油而對周圍水域造成污染。

(1)干舷甲板以下的布置：艉～Fr8為艉尖艙；Fr8～Fr23中部為機艙和應急消防泵艙，機艙內設生活污水箱及污油水艙，并在左右舷設置2個下艙梯道；Fr8～Fr23兩舷為壓載水艙；Fr23～Fr35中部為空艙(固定壓載艙)，兩舷為壓載水艙；Fr35～Fr47中部為油艙(儲存閃點gt;60 ℃船用柴油)，油艙區為雙底結構，兩舷為空艙；Fr47～Fr50設置隔離空艙；Fr50～Fr68中部為空艙，兩舷為壓載水艙；Fr68～Fr86中部、兩舷為空艙；Fr86～艏為艏尖艙。

(2)干舷甲板以上分為船員工作生活區、油艙區、氣罐區、卸車區以及人員安全通道。

甲板室為工作生活區，中間設內走道。一層為工作區，設有營業室、值班室。另外，按照加注躉船的特殊性，一層還配備按照消防要求的氮氣間、干粉間、泡沫間、CO2室等艙室。二層為生活區，配備常規躉船工作人員起居所必需的休息室、衛生間、廚房等艙室。

(3)油艙區設于甲板室與氣罐區之間。油艙的上方設置遮陽棚，以避免陽光直曬油艙頂甲板導致溫度過高。甲板邊緣設置高度為100 mm的固定擋板，以防止溢油蔓延。舷邊設置對外船舶加油的機電設備。

(4)氣罐區設置于甲板上Fr50～Fr86之間。LNG儲蓄罐與加注設備由設備商提供。氣罐區的對角分別設置1具固定式干粉炮。

(5)頂棚甲板按照常規船舶設置船名燈盒、信號設備、淡水艙。

200 m3LNG加注躉船總體布置如圖1所示。

3 型線特點

本船為非自航躉船，進行遠距離拖航的機會并不多。考慮躉船在每個工況下的浮態和穩性要求，并且同時還要便于船廠結構施工，本躉船設計采用箱型船體外形，船舶艏、艉部都有30°的削斜切角，拖航時可以適當減小船舶阻力。

4 船體結構

本躉船為鋼質、單甲板、雙舷、單底(油艙區域雙底)的結構形式。主船體采用縱骨架式結構，甲板室為橫骨架式結構。從艏到艉共設6道水密橫艙壁，距中2 m左右舷分別設置1道縱向桁架，同時每隔1.8 m設橫向強框架，氣罐區下方艙內設置3道橫向桁架。

船舶結構用鋼材采用CCSA級鋼，要求采用未經使用過的材料。鋼材包括鑄、鍛件的化學成分及機械性能均要滿足船級社建造規范的相關要求，并需取得CCS認證。

本船與常規船型相比較，典型的特點就是船型短而寬，因此在結構設計過程中，對船舶的橫向強度進行了較多的考慮，通過各種方式來充分保證船舶的橫向強度。除設置一定數量的橫艙壁外，還采用較為密集的橫向強框架結構，在部分強框架結構上設置了一定數量的支柱。

本加注躉船LNG儲罐基座及加強結構強度還必須按照《鋼質內河船舶建造規范》(2016)相關要求采用有限元直接計算。

5 靜水性能

(1)本船穩性計算分為滿載、部分裝載、空載三種工況。

(2)本船裝載工況的計算包括滿載、部分裝載、空載三種狀態下穩性衡準數、穩性力臂曲線、初穩性高度等。

(3)本船型寬比一般船型大，所以初穩性高度比較容易達到要求，但穩性力臂曲線比較難滿足法規要求，因此需要選擇比較適合的寬深比。對于船體部分來說，控制好船舶的重心高度和船舶吃水是本躉船的設計關鍵。

6 舾裝裝計

6.1定位與系泊設備

由于受水域限界限制不允許拋錨，考慮到船舶的用途，以及定位樁抗彎性強，能承受較大水力作用，強度高，且具備制造、運送、建造施工快捷方便等諸多優點，因此本躉船采用定位樁系留躉船。本船艏艉部各設置2根定位樁，采用浮箱的形式使躉船與定位樁系統連接。

6.2救生和人員保護設備

根據《液化天然氣燃料水上加注躉船法定檢驗暫行規定》要求，本船配船員用背心式救生衣10件，保溫救生服10件。全船設置救生圈12個，其中6個帶救生浮索。

人員防護設備配置10套(根據工作性質由船東配，其中2套備用)，安全設備2套(提供給進入可燃氣體處所內的工作人員)。

6.3消防設備

消防是本加注躉船設計的重中之重，關系到船舶以及周邊環境安全。根據《液化天然氣燃料水上加注躉船法定檢驗暫行規定》要求，本船需配備：

(1)固定安裝的消防水系統(常規配置)。

(2)安裝作用于冷卻、防火及工作人員防護的水霧系統。

(3)固定式化學干粉滅火系統，可用于撲滅氣罐區、裝卸區及停靠船舶裝卸總管區域可能產生的火災。

(4)固定二氧化碳滅火系統。

(5)固定式甲板泡沫滅火系統(設置泡沫槍和泡沫炮)。

(6)LNG加注設備發生火災時用于防護的水幕系統。

(7)探火和報警系統。

6.4通道設備

(1)走道與相鄰的艙室采用B0級單扇防火門，其他艙室外圍壁采用船用風雨密單扇鋼質門。梯道間采用A0快開風雨密鋼質門，廚房門采用船用單扇防火門(A15級)。

(2)防火門的設置還應與規范關于艙壁耐火完整性的要求一致。

(3)防火門為船級社(CCS)認可的型式，逃口、機艙棚和梯道環圍處的防火門均配有自閉器。

(4)甲板室面向LNG儲罐面及側面延伸3 m內的外側圍壁應采用A60級分割，故其上面的窗戶為A60級防火矩形窗。甲板室后壁及側壁采用鋁制雙層玻璃移窗，營業室為阻火型服務窗。

(5)應急消防泵艙、艏尖艙、艉尖艙及艏部空艙設有艙口蓋，均配有鋼質直梯。雙舷內壓載水艙與雙層底內空艙設水密人孔蓋。通往頂蓬甲板的露天部分設有鋼質直梯。

(6)從甲板下機艙的梯道設置船用鋼質斜梯，斜梯寬度為750 mm,傾角小于或等于50°。斜梯設碳鋼特涂管單面扶手，踏步端設有銅質防滑條，用銅螺栓與踏步固定。甲板通往二層甲板室斜梯寬為700 mm，傾角不大于50°。

6.5安全設備

本船沿船周圍共設2道半圓管鋼質護舷材，在2道護舷材間每隔1.2 m設1個橡膠輪胎。護舷材外表面設置橡膠墊片。固定橡膠輪胎的鋼絲繩應用橡膠套管，以防止靠泊船舶與加注躉船發生摩擦產生火花。

主甲板及甲板室舷墻及欄桿高900 mm。頂蓬甲板設置圍檐板，高800 mm。主甲板未設置欄桿處設置防滑板。

儲罐區四周設置高5 m圍欄，并設鋼絲防護網，以防止船上工作人員因接觸低溫設備而造成傷害，或岸上外力因素對氣罐造成損壞。

6.6警示標志

根據《液化天然氣燃料水上加注躉船法定檢驗暫行規定》要求，本船均應以字體不小于150 mm的高度標示出嚴禁吸煙、嚴禁明火、嚴禁使用手機、低溫可燃液體、易燃氣體、加油設施等警示標志。

警示標志應設置在便于加注躉船上人員以及周圍人員容易看見的位置。

儲罐面向水側和岸測堪劃醒目的“LNG”標記，標記應能在夜間識別。標記不應小于3 000 mm長，1 000 mm高。

本船還設置醒目的風向指示標志(風向標)，用于指示LNG泄露后蒸氣擴散方向。

7 LNG儲存系統

7.1儲蓄罐容積及處所

LNG氣體儲存在2個容積分別為100 m3的雙層高真空臥式LNG儲蓄罐內，氣罐區布置在Fr50～Fr80之間，外部設置鋼絲防護網。

7.2儲蓄罐與躉船連接方式

儲蓄罐依托船甲板作為支撐，儲氣罐下方設有與主甲板焊接在一起的鋼質基座，儲氣罐鞍座與基座采用螺栓緊固的方式連接。設計基座時，本船儲罐基座及加強結構強度按照《鋼質內河船舶建造規范》(2016)要求進行有限元直接計算。

8 結語

目前我國內河船舶有20多萬艘，若根據交通運輸部2013年11月《關于推進水運行業應用液化天然氣的指導意見》所提出的，預計到2020年內河運輸船舶能源消耗中LNG的比例將超過10%，所以內河屆時將有約2萬艘LNG燃料船舶。按照每1座LNG加注站能供應100艘船加注要求計算，最終應該有200座LNG加注站才能滿足市場需要。由此可見，船用LNG加注站的市場巨大。

200 m3LNG加注躉船是一種新型的為新能源船舶服務的特殊船型，在京杭運河領域有著廣闊的市場前景。

[1] 中國船級社.鋼質內河船舶建造規范[M].北京：人民交通出版社，2016.

[2] 中國船級社.液化天然氣燃料水上加注躉船入級與建造規范[M].北京：人民交通出版社，2016.

[3] 中華人民共和國海事局.內河船舶法定檢驗技術規則[M].北京：人民交通出版社，2011.

[4] 中華人民共和國海事局.液化天然氣燃料水上加注躉船法定檢驗暫行規定[M].北京：人民交通出版社，2014.

U662.2

A

2017-05-10

陳海濤(1980—)，男，工程師，主要從事船舶設計與研究工作；劉林偉(1983—)，女，工程師，主要從事船舶總體設計工作。