200 000 m3液化天然氣船總體設計綜述

熊 飛，周 南

(上海惠生海洋工程有限公司, 上海 201210)

0 引 言

近年來，隨著社會各界對環(huán)境保護問題的日益關注，液化天然氣(Liquefied Natural Gas,LNG)作為清潔能源，逐漸成為人們關注的新焦點。LNG運輸和貿(mào)易是LNG產(chǎn)業(yè)鏈中的重要一環(huán)，大型LNG船在其中扮演著不可替代的角色。目前市場上主流的大型LNG船主要有170 000 m3級、220 000 m3級(Q-Flex)和260 000 m3級(Q-max)等3個級別，國內(nèi)具備大型LNG船設計和建造能力的船廠較少。本文就上海惠生海洋工程有限公司開發(fā)的新一代200 000 m3級LNG船在總體設計方面存在的一些關鍵問題進行分析和探討。

1 主尺度及要素

在對國際上主流的大型LNG船的船型資料和國際上主要的LNG碼頭、LNG運輸路線進行分析的基礎上，對船舶的主尺度及要素進行論證研究，研發(fā)一艘既能滿足船東需要，又能滿足規(guī)范規(guī)則和主要LNG碼頭要求的新一代200 000 m3級LNG船。該船的主尺度：總長為300.00 m；垂線間長為295.00 m；型寬為48.60 m；型深為27.00 m；設計吃水為12.00 m；結構吃水為13.00 m；LNG貨艙艙容約200 000 m3；設計吃水載重量為95 000 t；結構吃水載重量為108 000 t；服務航速(設計吃水)為19.5 kn；續(xù)航力(燃油模式)為18 000 n mile；主機型號為WinGD 6×72DF；主機數(shù)量為2 臺；入級船級社為挪威船級社(Det Norske Veritas,DNV)，船級符號為+1A,Tanker for Liquefied Gas,Ship Type 2G(-163 ℃, 500 kg/m3,0.025 MPa),Plus,CSA(FLS2),CMON,COAT-PSPC(B),E0,NAUT(OC),BIS,TMON(Oil Lubricated),Clean(Tier III),Recyclable,LCS,BWM(T),GF,ERS, HMON,[SmartShip(OE,PE,CME)](option)。

2 國際規(guī)范規(guī)則

該船主要根據(jù)2016版的《國際散裝液化氣體船規(guī)范》(IGC CODE 2016)設計。

該船的設計理念是綠色環(huán)保，硫氧化物(SOx)排放和氮氧化物(NOx)排放滿足《國際防止船舶污染公約》(MARPOL)的要求，其中：SOx排放滿足2020年最新限硫要求和排放控制區(qū)(Emission Control Area,ECA)要求；NOx排放滿足ECA要求(T-III)。碳氧化物排放主要滿足船舶能效設計指數(shù)(Energy Efficiency Design Index,EEDI)要求。

該船遵循的主要規(guī)則和規(guī)范有：《國際散裝液化氣體船規(guī)范》(2016)；《1974年國際海上人命安全公約》(2014綜合文本)；《1966年國際載重線公約及1988年議定書》；MARPOL 1973(附則I、IV、V和VI)、1978年議定書和1997年修正案；《國際石油公司海事論壇(OCIMF)對液化氣體船集管區(qū)要求推薦》(2018)；《國際石油公司海事論壇(OCIMF)系泊設備導則》(2018)；《國際石油公司海事論壇(OCIMF)船對船(液化氣體船)輸送導則》；《國際氣體船及終端聯(lián)合會(SIGTTO)相關推薦及導則》；國際海事組織(International Maritime Organization,IMO)海洋研究保護委員會(Maritime Environment Protection Committee,MEPC)MEPC.203(62)、MEPC.251(66)、MEPC.245(66)、MEPC.263(68)、MEPC.281(70)、MEPC.254(67)和MEPC.261(68)對EEDI相關要求；美國海岸警衛(wèi)隊(United States Coast Guard,USCG)對掛外國旗液化氣體船相關要求。

3 總體設計方案

3.1 總布置

該船是一艘無限航區(qū)航行，貨艙艙容約為200 000 m3的LNG運輸船。該船設置有連續(xù)上甲板、垂直球艏、雙艉鰭[1]和2個全懸掛舵，2臺雙燃料主機驅動2個固定螺距螺旋槳。

該船適于裝載、運輸和卸載最低溫度為-163 ℃、最大安全釋放閥壓力為0.025 MPa、最大貨品密度為500 kg/m3的LNG。該船的貨物圍護系統(tǒng)為法國GTT公司的Mark-III Flex薄膜型貨物圍護系統(tǒng)，分為4個液貨艙。

該船總布置見圖1，設置有艏尖艙(空艙)、艏部泵艙(應急消防泵艙)、低硫油艙、液貨艙(4個)、壓載水艙、機艙、舵機艙和艉尖艙等。

圖1 船舶總布置

貨艙段按IGC CODE 2016的要求設置雙底雙殼[2]，并在每個貨艙前后設置隔離空艙；機艙設置雙層底；油艙按MARPOL的要求設置雙底雙殼。

船上很多區(qū)域都是危險區(qū)，在設計之初就充分考慮危險區(qū)范圍，并進行合理的總布置。圖2為該船危險區(qū)劃分圖。

圖2 船舶危險區(qū)劃分圖

3.2 航速油耗指標

隨著船舶設計和建造技術的不斷發(fā)展，以及能源價格的不斷變化，航速油耗等經(jīng)濟性指標[3]作為罰款指標的一部分，逐漸成為船東關注的重點。

本文所述LNG船的設計航速為19.5 kn，對應設計吃水，21%海上裕度。該船的油耗如下：

1)燃氣耗量為85.2 t/d，加上0.55 t/d的點火油；

2)燃油耗量為106.3 t/d。

該船單位海里載重噸燃料消耗為1.92×10-6t，此項經(jīng)濟性指標的數(shù)值與市場上主流的175 000 m3LNG船相比低約3.5%。

表1為該船與175 000 m3LNG船經(jīng)濟性指標對比。

表1 2種LNG船經(jīng)濟性指標對比

3.3 貨物圍護系統(tǒng)及艙容優(yōu)化

該船的貨物圍護系統(tǒng)采用法國GTT公司的MARK-III Flex薄膜型貨物圍護系統(tǒng)，滿載航行工況下的平均蒸發(fā)率為0.085%/d。通過與該公司確認貨艙晃蕩、艙型尺寸及形狀和經(jīng)濟性等指標，并對比170 000 m3級LNG船的4個液貨艙和220 000 m3級(Q-Flex)LNG船的5個液貨艙，設置該船的液貨艙為4個。

該船的液貨艙布置及雙底雙殼距離滿足IGC CODE 2016和GTT公司的要求。基于該船的線型，充分優(yōu)化貨艙艙容，特別是艏艉貨艙艙容，該船的貨艙艙容約為200 000 m3，貨艙形狀及布置見圖3。該船單位主尺度艙容為0.508，高于傳統(tǒng)175 000 m3LNG船的單位主尺度艙容0.498。

圖3 貨艙形狀及布置

3.4 推進系統(tǒng)

該船的推進系統(tǒng)[4]主要由2臺低速雙燃料主機和2個定螺距螺旋槳組成。主機采用目前市場上大型LNG船普遍采用的低壓主機。相對于高壓主機，低壓主機的初期投資少，維護運營成本低，在燃氣模式下無需廢氣處理裝置，NOx排放能滿足T-III要求，SOx排放幾乎可忽略，完全能滿足ECA的要求。

該船主機的型號為WinGD 6×72DF，最大常用持續(xù)功率為14 000 kW，轉速為69 r/min。

3.5 蒸發(fā)氣管理

該船在不同工況下的燃氣耗量和自然蒸發(fā)氣量見圖4。從圖4中可看出：

圖4 船舶在不同工況下的燃氣耗量和自然蒸發(fā)氣量

1)在滿載工況和壓載工況下以19.5 kn設計航速航行時，燃氣耗量大于自然蒸發(fā)氣量，需運行強制蒸發(fā)器，以提供足夠的蒸發(fā)氣；

2)在進出港和低速航行等工況下會有大量剩余自然蒸發(fā)氣，為平衡貨艙內(nèi)壓力，配置1臺氣體燃燒裝置，通過燒掉多余自然蒸發(fā)氣實現(xiàn)貨艙壓力平衡。

3)裝貨和卸貨工況下產(chǎn)生的自然蒸發(fā)氣可通過回氣壓縮機，經(jīng)氣體回流管返回終端或碼頭，也可通過氣體燃燒裝置燒掉，以實現(xiàn)貨艙壓力平衡[5]。

4 結 語

目前市場上的大型LNG船主要是170 000 m3級LNG船和220 000 m3級LNG船，本文所述LNG船的貨艙艙容為200 000 m3，介于兩者之間，市場上并無此級別的實船，因此具有一定的市場開拓前景。

該船配有新一代推進系統(tǒng)和貨物圍護系統(tǒng)，具有油耗低、蒸發(fā)率低、適用于主要港口碼頭和綠色環(huán)保等特點，現(xiàn)已取得DNV頒發(fā)的原則性認可證書。