陳海濤，劉林偉

(1.江蘇省船舶設(shè)計(jì)研究所有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江212003;2.江蘇省鎮(zhèn)江船廠責(zé)任有限公司, 江蘇 鎮(zhèn)江212000)

京杭運(yùn)河200m3LNG加注躉船船體設(shè)計(jì)

陳海濤1，劉林偉2

(1.江蘇省船舶設(shè)計(jì)研究所有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江212003;2.江蘇省鎮(zhèn)江船廠責(zé)任有限公司, 江蘇 鎮(zhèn)江212000)

主要介紹了京杭大運(yùn)河200 m3LNG加注躉船的主要設(shè)計(jì)依據(jù)以及LNG儲(chǔ)蓄系統(tǒng)和穩(wěn)性狀態(tài)，根據(jù)實(shí)際停泊區(qū)域、工作功能確定了主尺度與總體布置、型線和結(jié)構(gòu)形式，基于船舶用途和安全考慮，對(duì)舾裝(定位、消防、救生等)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。目前該船圖紙審查完畢，正在投標(biāo)建造階段，建成后將成為京杭運(yùn)河首條可以為往來船舶加注LNG或0號(hào)船用柴油的加注躉船。

液化天然氣；加注；躉船；加氣站；船舶設(shè)計(jì)

0 引言

現(xiàn)階段，液化天然氣(LNG)作為一種新型船用燃料的前景被業(yè)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(nèi)河船舶。 目前，對(duì)船舶進(jìn)行LNG加注方式主要有四種：岸上加氣站對(duì)船、岸上槽車對(duì)船、便攜式液罐傳輸、加注躉船對(duì)LNG燃料航行船，其中使用最廣泛的是加注躉船對(duì)LNG燃料航行船的加注方式。

當(dāng)前階段， LNG燃料加注方面，法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則、建造規(guī)范剛剛實(shí)施，配套的相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)較為落后，LNG加注還是一個(gè)剛剛開發(fā)的領(lǐng)域。作為船舶未來的發(fā)展趨勢(shì)，造船界在重視LNG動(dòng)力船研發(fā)的同時(shí)，也應(yīng)該考慮加注方式對(duì)船型的影響,同時(shí)亦可著手LNG燃料加注躉船的開發(fā)與應(yīng)用。

鑒于“氣化江西”“氣化長(zhǎng)江”等綠色新能源航運(yùn)項(xiàng)目正在逐步推進(jìn)，加氣站作為L(zhǎng)NG動(dòng)力船發(fā)展的必要基礎(chǔ)設(shè)施，其布局在建設(shè)發(fā)展中更為重要。

本文的研究重點(diǎn)是如何在滿足相關(guān)規(guī)范、法規(guī)要求的前提下能夠節(jié)約能源、節(jié)省船舶空間，使設(shè)計(jì)船舶布局更為合理，安全性好，加注操作更便捷，滿足停泊區(qū)域要求。

1 主要設(shè)計(jì)依據(jù)

京杭大運(yùn)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(hào)船用柴油。

本船主尺度除滿足規(guī)范關(guān)于200 m3LNG加注設(shè)備布置要求和滿足規(guī)范關(guān)于燃?xì)?、燃油加注的布置要求外，還應(yīng)滿足1 000～3 000噸級(jí)的貨船靠泊本躉船進(jìn)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(qū)域雙底的結(jié)構(gòu)形式。主甲板以上設(shè)2層甲板室，船舶空載水線以上高度滿足通過京杭運(yùn)河橋梁與船閘的要求，桅桿、避雷針設(shè)計(jì)成可傾倒式。LNG儲(chǔ)罐(臥式)和加注配套設(shè)備安裝于加注躉船的主甲板之上。

2 總體布置

根據(jù)本船的實(shí)際停泊區(qū)域、工作功能要求情況以及船東要求等綜合因素，經(jīng)過多種方案的對(duì)比，最終確定本船的主尺度如下：

總長(zhǎng)

56.40 m

船寬

13.00 m

型深

2.40 m

設(shè)計(jì)吃水

1.20 m

結(jié)構(gòu)吃水

1.40 m

儲(chǔ)蓄罐容積

2×100 m3

載油量

～100 t

航區(qū)內(nèi)河

A級(jí)

排水量

863.5 t

本船與常規(guī)躉船在布置上有許多不同，在設(shè)計(jì)時(shí)需要合理的布置每個(gè)區(qū)域的位置與分割，這樣某處發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)可最大限度地減小對(duì)其他區(qū)域的正常工作以及人員安全的影響。另外，還需采取適當(dāng)措施，確保躉船沒有集聚可燃?xì)怏w的死角，避免因LNG泄漏造成對(duì)加注躉船結(jié)構(gòu)的低溫?fù)p壞，防止躉船可能因?yàn)橐缬投鴮?duì)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(jī)艙和應(yīng)急消防泵艙，機(jī)艙內(nèi)設(shè)生活污水箱及污油水艙，并在左右舷設(shè)置2個(gè)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(chǔ)存閃點(diǎn)gt;60 ℃船用柴油)，油艙區(qū)為雙底結(jié)構(gòu)，兩舷為空艙；Fr47～Fr50設(shè)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(qū)、油艙區(qū)、氣罐區(qū)、卸車區(qū)以及人員安全通道。

甲板室為工作生活區(qū)，中間設(shè)內(nèi)走道。一層為工作區(qū)，設(shè)有營(yíng)業(yè)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?dú)忾g、干粉間、泡沫間、CO2室等艙室。二層為生活區(qū)，配備常規(guī)躉船工作人員起居所必需的休息室、衛(wèi)生間、廚房等艙室。

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

(4)氣罐區(qū)設(shè)置于甲板上Fr50～Fr86之間。LNG儲(chǔ)蓄罐與加注設(shè)備由設(shè)備商提供。氣罐區(qū)的對(duì)角分別設(shè)置1具固定式干粉炮。

(5)頂棚甲板按照常規(guī)船舶設(shè)置船名燈盒、信號(hào)設(shè)備、淡水艙。

200 m3LNG加注躉船總體布置如圖1所示。

3 型線特點(diǎn)

本船為非自航躉船，進(jìn)行遠(yuǎn)距離拖航的機(jī)會(huì)并不多?？紤]躉船在每個(gè)工況下的浮態(tài)和穩(wěn)性要求，并且同時(shí)還要便于船廠結(jié)構(gòu)施工，本躉船設(shè)計(jì)采用箱型船體外形，船舶艏、艉部都有30°的削斜切角，拖航時(shí)可以適當(dāng)減小船舶阻力。

4 船體結(jié)構(gòu)

本躉船為鋼質(zhì)、單甲板、雙舷、單底(油艙區(qū)域雙底)的結(jié)構(gòu)形式。主船體采用縱骨架式結(jié)構(gòu)，甲板室為橫骨架式結(jié)構(gòu)。從艏到艉共設(shè)6道水密橫艙壁，距中2 m左右舷分別設(shè)置1道縱向桁架，同時(shí)每隔1.8 m設(shè)橫向強(qiáng)框架，氣罐區(qū)下方艙內(nèi)設(shè)置3道橫向桁架。

船舶結(jié)構(gòu)用鋼材采用CCSA級(jí)鋼，要求采用未經(jīng)使用過的材料。鋼材包括鑄、鍛件的化學(xué)成分及機(jī)械性能均要滿足船級(jí)社建造規(guī)范的相關(guān)要求，并需取得CCS認(rèn)證。

本船與常規(guī)船型相比較，典型的特點(diǎn)就是船型短而寬，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，對(duì)船舶的橫向強(qiáng)度進(jìn)行了較多的考慮，通過各種方式來充分保證船舶的橫向強(qiáng)度。除設(shè)置一定數(shù)量的橫艙壁外，還采用較為密集的橫向強(qiáng)框架結(jié)構(gòu)，在部分強(qiáng)框架結(jié)構(gòu)上設(shè)置了一定數(shù)量的支柱。

本加注躉船LNG儲(chǔ)罐基座及加強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度還必須按照《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》(2016)相關(guān)要求采用有限元直接計(jì)算。

5 靜水性能

(1)本船穩(wěn)性計(jì)算分為滿載、部分裝載、空載三種工況。

(2)本船裝載工況的計(jì)算包括滿載、部分裝載、空載三種狀態(tài)下穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)、穩(wěn)性力臂曲線、初穩(wěn)性高度等。

(3)本船型寬比一般船型大，所以初穩(wěn)性高度比較容易達(dá)到要求，但穩(wěn)性力臂曲線比較難滿足法規(guī)要求，因此需要選擇比較適合的寬深比。對(duì)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(shè)計(jì)關(guān)鍵。

6 舾裝裝計(jì)

6.1定位與系泊設(shè)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(qiáng)，能承受較大水力作用，強(qiáng)度高，且具備制造、運(yùn)送、建造施工快捷方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此本躉船采用定位樁系留躉船。本船艏艉部各設(shè)置2根定位樁，采用浮箱的形式使躉船與定位樁系統(tǒng)連接。

6.2救生和人員保護(hù)設(shè)備

根據(jù)《液化天然氣燃料水上加注躉船法定檢驗(yàn)暫行規(guī)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(shè)置救生圈12個(gè)，其中6個(gè)帶救生浮索。

人員防護(hù)設(shè)備配置10套(根據(jù)工作性質(zhì)由船東配，其中2套備用)，安全設(shè)備2套(提供給進(jìn)入可燃?xì)怏w處所內(nèi)的工作人員)。

6.3消防設(shè)備

消防是本加注躉船設(shè)計(jì)的重中之重，關(guān)系到船舶以及周邊環(huán)境安全。根據(jù)《液化天然氣燃料水上加注躉船法定檢驗(yàn)暫行規(guī)定》要求，本船需配備：

(1)固定安裝的消防水系統(tǒng)(常規(guī)配置)。

(2)安裝作用于冷卻、防火及工作人員防護(hù)的水霧系統(tǒng)。

(3)固定式化學(xué)干粉滅火系統(tǒng)，可用于撲滅氣罐區(qū)、裝卸區(qū)及?？看把b卸總管區(qū)域可能產(chǎn)生的火災(zāi)。

(4)固定二氧化碳滅火系統(tǒng)。

(5)固定式甲板泡沫滅火系統(tǒng)(設(shè)置泡沫槍和泡沫炮)。

(6)LNG加注設(shè)備發(fā)生火災(zāi)時(shí)用于防護(hù)的水幕系統(tǒng)。

(7)探火和報(bào)警系統(tǒng)。

6.4通道設(shè)備

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

(2)防火門的設(shè)置還應(yīng)與規(guī)范關(guān)于艙壁耐火完整性的要求一致。

(3)防火門為船級(jí)社(CCS)認(rèn)可的型式，逃口、機(jī)艙棚和梯道環(huán)圍處的防火門均配有自閉器。

(4)甲板室面向LNG儲(chǔ)罐面及側(cè)面延伸3 m內(nèi)的外側(cè)圍壁應(yīng)采用A60級(jí)分割，故其上面的窗戶為A60級(jí)防火矩形窗。甲板室后壁及側(cè)壁采用鋁制雙層玻璃移窗，營(yíng)業(yè)室為阻火型服務(wù)窗。

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

(6)從甲板下機(jī)艙的梯道設(shè)置船用鋼質(zhì)斜梯，斜梯寬度為750 mm,傾角小于或等于50°。斜梯設(shè)碳鋼特涂管單面扶手，踏步端設(shè)有銅質(zhì)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(shè)備

本船沿船周圍共設(shè)2道半圓管鋼質(zhì)護(hù)舷材，在2道護(hù)舷材間每隔1.2 m設(shè)1個(gè)橡膠輪胎。護(hù)舷材外表面設(shè)置橡膠墊片。固定橡膠輪胎的鋼絲繩應(yīng)用橡膠套管，以防止靠泊船舶與加注躉船發(fā)生摩擦產(chǎn)生火花。

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

儲(chǔ)罐區(qū)四周設(shè)置高5 m圍欄，并設(shè)鋼絲防護(hù)網(wǎng)，以防止船上工作人員因接觸低溫設(shè)備而造成傷害，或岸上外力因素對(duì)氣罐造成損壞。

6.6警示標(biāo)志

根據(jù)《液化天然氣燃料水上加注躉船法定檢驗(yàn)暫行規(guī)定》要求，本船均應(yīng)以字體不小于150 mm的高度標(biāo)示出嚴(yán)禁吸煙、嚴(yán)禁明火、嚴(yán)禁使用手機(jī)、低溫可燃液體、易燃?xì)怏w、加油設(shè)施等警示標(biāo)志。

警示標(biāo)志應(yīng)設(shè)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(chǔ)罐面向水側(cè)和岸測(cè)堪劃醒目的“LNG”標(biāo)記，標(biāo)記應(yīng)能在夜間識(shí)別。標(biāo)記不應(yīng)小于3 000 mm長(zhǎng)，1 000 mm高。

本船還設(shè)置醒目的風(fēng)向指示標(biāo)志(風(fēng)向標(biāo))，用于指示LNG泄露后蒸氣擴(kuò)散方向。

7 LNG儲(chǔ)存系統(tǒng)

7.1儲(chǔ)蓄罐容積及處所

LNG氣體儲(chǔ)存在2個(gè)容積分別為100 m3的雙層高真空臥式LNG儲(chǔ)蓄罐內(nèi)，氣罐區(qū)布置在Fr50～Fr80之間，外部設(shè)置鋼絲防護(hù)網(wǎng)。

7.2儲(chǔ)蓄罐與躉船連接方式

儲(chǔ)蓄罐依托船甲板作為支撐，儲(chǔ)氣罐下方設(shè)有與主甲板焊接在一起的鋼質(zhì)基座，儲(chǔ)氣罐鞍座與基座采用螺栓緊固的方式連接。設(shè)計(jì)基座時(shí)，本船儲(chǔ)罐基座及加強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度按照《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》(2016)要求進(jìn)行有限元直接計(jì)算。

8 結(jié)語

目前我國(guó)內(nèi)河船舶有20多萬艘，若根據(jù)交通運(yùn)輸部2013年11月《關(guān)于推進(jìn)水運(yùn)行業(yè)應(yīng)用液化天然氣的指導(dǎo)意見》所提出的，預(yù)計(jì)到2020年內(nèi)河運(yùn)輸船舶能源消耗中LNG的比例將超過10%，所以內(nèi)河屆時(shí)將有約2萬艘LNG燃料船舶。按照每1座LNG加注站能供應(yīng)100艘船加注要求計(jì)算，最終應(yīng)該有200座LNG加注站才能滿足市場(chǎng)需要。由此可見，船用LNG加注站的市場(chǎng)巨大。

200 m3LNG加注躉船是一種新型的為新能源船舶服務(wù)的特殊船型，在京杭運(yùn)河領(lǐng)域有著廣闊的市場(chǎng)前景。

[1] 中國(guó)船級(jí)社.鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范[M].北京：人民交通出版社，2016.

[2] 中國(guó)船級(jí)社.液化天然氣燃料水上加注躉船入級(jí)與建造規(guī)范[M].北京：人民交通出版社，2016.

[3] 中華人民共和國(guó)海事局.內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則[M].北京：人民交通出版社，2011.

[4] 中華人民共和國(guó)海事局.液化天然氣燃料水上加注躉船法定檢驗(yàn)暫行規(guī)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(shè)計(jì)與研究工作；劉林偉(1983—)，女，工程師，主要從事船舶總體設(shè)計(jì)工作。