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        內(nèi)河小型LNG加注船貨物系統(tǒng)設(shè)計研究與應(yīng)用

        2018-06-06 11:52:55李岳洋劉波濤
        江蘇船舶 2018年2期
        關(guān)鍵詞:船舶系統(tǒng)設(shè)計

        李岳洋,劉波濤,王 飛

        (江蘇現(xiàn)代造船技術(shù)有限公司,江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

        0 引言

        隨著內(nèi)河船舶油改氣項目的蓬勃發(fā)展和積極推廣,采用LNG作為船舶動力燃料,對于構(gòu)建現(xiàn)代綜合運輸體系,調(diào)整優(yōu)化沿河地區(qū)產(chǎn)業(yè)布局,促進節(jié)能減排和區(qū)域經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展,實現(xiàn)內(nèi)河水運綠色發(fā)展具有十分重要的意義。近年來,國內(nèi)開展船舶油改氣項目很多,然而內(nèi)河沿江流域建立岸上加氣站手續(xù)繁瑣,尤其消防評估及防洪評價缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范,相關(guān)法規(guī)還不完善、健全,導(dǎo)致動力系統(tǒng)整體更新后的很多LNG雙燃料船舶及LNG單燃料動力船舶無法得到及時加氣。

        本文結(jié)合一艘小型LNG加注船的設(shè)計開發(fā),對圍繞液態(tài)天然氣的儲存、布置、加注系統(tǒng)、貨物壓力/溫度控制以及貨物區(qū)域環(huán)境控制等進行較為全面的分析研究,并初步制定實船的可行性設(shè)計方案。

        1 總體方案設(shè)計

        1.1 主尺度的初步確定

        根據(jù)本船的實際停泊區(qū)域、作業(yè)功能要求情況以及船東要求等綜合因素,經(jīng)過多種方案設(shè)計優(yōu)化對比,最終確定本船的主尺度如下:

        船長

        33.0 m

        船寬

        6.2 m

        型深

        3.0 m

        吃水

        2.0 m

        肋距

        0.5 m

        雙燃料主機型號

        WHM617C245-1DF

        主機功率

        180 kW

        額定轉(zhuǎn)速

        1 000 r/min

        航速

        12 km/h

        LNG儲氣罐容積

        100 m3

        船員

        4人

        航區(qū)

        A級航區(qū)

        1.2 總體布置

        某小型LNG加注船的總體布置如圖1所示。

        本船為全電焊鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)。其機艙區(qū)域為單底雙舷結(jié)構(gòu),貨艙區(qū)域為雙底單舷側(cè)結(jié)構(gòu)。艏艉尖艙為單底單舷結(jié)構(gòu);除貨艙區(qū)域采用縱骨架式外,其余結(jié)構(gòu)采用橫骨架式。

        本船主甲板以下從艉部至艏部依次設(shè)有艉尖艙、壓載艙、燃油艙、機艙、隔離艙、液貨艙、隔離艙、壓載艙、艏尖艙。

        主甲板設(shè)有廚房、衛(wèi)生間、客廳、船員室、防護用品室、干粉和氮氣室及貨物控制室。

        船員頂篷甲板設(shè)有充放電室、蓄電池室,船員室及駕駛室。

        設(shè)置干粉室主要用于撲滅貨物區(qū)域甲板上的火災(zāi)(包括甲板上的貨物液體)。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時,立即啟動干粉滅火系統(tǒng)。干粉滅火系統(tǒng)能夠產(chǎn)生高速的氣粉流,從干粉炮或干粉槍的噴嘴中噴出,迅速射向LNG火源,起到迅速撲火或抑制火災(zāi)的作用。設(shè)置氮氣室主要用于LNG儲罐本身管路、LNG加注管路及氣體發(fā)電機組燃料供氣管路的惰化、吹掃,以避免儲氣罐和LNG燃料管路中出現(xiàn)爆炸危險環(huán)境。

        貨物控制室主要是用于對船舶加注管系、補給管系、加注設(shè)備及LNG儲氣罐控制、監(jiān)測和安全系統(tǒng)等集中控制。

        1.3 貨物圍護系統(tǒng)的確定

        加注船貨物圍護系統(tǒng)指用于LNG儲存的裝置(LNG獨立液貨艙),包括所設(shè)的主屏蔽和次屏蔽及附屬的絕熱層和屏蔽間處所,還包括必要時用于支持這些構(gòu)件的鄰接結(jié)構(gòu)。本船的貨物圍護系統(tǒng)設(shè)計為真空絕熱C型獨立液貨艙[1](C型LNG低溫儲罐),容積為100 m3儲氣罐,設(shè)計壓力為1.0 MPa,承受低溫-163 ℃。內(nèi)、外容器采用鋁合金、不銹鋼材料或者9%Ni鎳鋼[2],無需設(shè)計次屏蔽。這種設(shè)計目前是可以考慮不用布置貨物圍堰系統(tǒng),以簡化船體部分建造設(shè)計難度,同時降低建造成本。

        圖1 某小型LNG加注船總布置圖

        如果采用貨物圍堰系統(tǒng),需在貨艙內(nèi)底板上方加不銹鋼材料的承滴盤(又稱次屏蔽),承滴盤的容量能滿足100 m3LNG儲氣罐全部泄露時的最大承載量,并且考慮隔熱措施以防止船體結(jié)構(gòu)隨溫度的下降而變形。目前,還有采用比較普遍的水泥混凝澆注圍堰等。

        C型LNG低溫儲罐安裝于貨艙區(qū)域大開口下的內(nèi)底板上。為方便集中管理與控制,儲罐后方布置有貨控室。小型LNG加注船舶的加注設(shè)備一般設(shè)置在艏部或者中部。本船布置的特點是,儲罐前方留有足夠的空間,便于布置加注設(shè)備,同時也可以根據(jù)客戶要求設(shè)計不同貨物圍護系統(tǒng)形式,采用上出液內(nèi)置LNG低溫泵。船員住艙與貨控室、液貨艙之間空出兩檔肋位,使貨艙區(qū)域與居住區(qū)域有足夠的安全距離。

        2 加注系統(tǒng)設(shè)計

        船用LNG 加注系統(tǒng)的作用是為LNG 燃料動力船進行燃料加注。其工作原理是:LNG 液體由真空儲罐通過儲罐內(nèi)的潛液泵,打入低溫管道,充裝入加注船的LNG 儲存裝置;儀表風(fēng)系統(tǒng)為自動控制閥門提供動力來源;在此過程中,PLC 控制系統(tǒng)采用各控制點遠傳的信號,進行計算、分析、控制、處理。

        2.1 加注系統(tǒng)設(shè)計

        本系統(tǒng)設(shè)1只100 m3真空絕熱LNG儲氣罐,布置在貨艙區(qū)域;設(shè)2臺TC-34型低溫潛液泵,布置在儲氣罐內(nèi),每臺流量40 m3/h,揚程220 m。2臺泵可同時使用,也可互為備用。

        系統(tǒng)在主甲板左右舷分別設(shè)置加液口和回氣口,可以實現(xiàn)對LNG燃料動力船舶的加注和LNG岸基站的加注。距離主甲板約3 000 mm的左右舷加注平臺上分別設(shè)有補液口和回氣口,可以實現(xiàn)LNG岸基站和LNG槽車對本船的補給功能。對外加注采用吊機+軟管吊的方式進行作業(yè)。軟管在非工作狀態(tài)擱置在主甲板格柵平臺的擱架上,防止軟管的非正?;瑒踊蚱茡p。

        加注系統(tǒng)中的緊急切斷閥由船上的壓縮空氣系統(tǒng)提供氣源。

        加注系統(tǒng)管路中設(shè)2臺低溫質(zhì)量流量計:1臺CMF300和1臺CMF100,分別用于計量液相和氣相流量,差值為對受注船燃料罐的加注量。

        2.2 加注系統(tǒng)工藝流程

        (1)卸車流程:LNG 槽車/LNG加注躉船→管道→LNG 儲罐。

        LNG槽車將LNG 運至靠近加注船的岸邊,管道與卸車口連接,通過卸車口、管道、閥門等將LNG 注到加注船的LNG 低溫儲罐中。也可以采用LNG加注躉船將LNG 運至靠近加注船的管道與液相口連接,通過液相口、管道、閥門等將LNG 注到加注船的LNG 低溫儲罐中。

        (2)加液流程:LNG儲罐→LNG潛液泵→計量裝置→加液軟管→LNG燃料動力船。

        給LNG燃料動力船加注時,先將專用的LNG加液軟管與LNG燃料船上氣液相接口相連接,經(jīng)過儲罐內(nèi)的LNG潛液泵將LNG輸送到計量裝置,液體經(jīng)過計量后通過加液軟管加注到LNG燃料船儲罐,在計量裝置處顯示質(zhì)量(或標(biāo)方數(shù))和價格。

        2.3 貨物壓力/溫度控制

        貨控室布置在鄰近液貨艙、儲罐處,將儲罐應(yīng)設(shè)有的壓力、溫度、液位等傳感器遙測傳感器集中布置在貨控室。同時貨物加注系統(tǒng)管路上的電氣動控制閥、低溫泵的遙控等也與上述傳感器集中布置在控制位置[1]。在選擇溫度、壓力傳感器時需要注意到以下幾點:

        (1)必須是本安型的或者防爆型的,防爆等級不小于IIA T2。

        (2)正常使用的測量范圍在靜壓下不超過測量上限的3/4,不低于測量上限的1/4。

        (3)傳感器材質(zhì)采用不銹鋼,適用于露天安裝的防護等級IP67,響應(yīng)時間快,不大于0.2 s,精度較高的產(chǎn)品。

        3 貨物區(qū)域的環(huán)境控制

        貨物區(qū)域的環(huán)境控制包括貨艙區(qū)氣體危險區(qū)的可燃氣體探測和通風(fēng)驅(qū)氣,以及貨物系統(tǒng)及管路的驅(qū)氣/惰化。

        3.1 貨物系統(tǒng)惰化

        由于LNG儲罐首次使用前必須對容器進行氮氣置換,以及管線需要進行驅(qū)氣等,所以需布置一定量的氮氣瓶。本船在干粉氮氣室總體規(guī)劃時,已預(yù)留有相應(yīng)空間。氮氣瓶容量計算與置換前驅(qū)氣壓力為3~5 kPa,儲罐總?cè)莘e為100 m3,計算后需2~4瓶40 L氮氣瓶(充裝壓力15 MPa)。

        3.2 可燃氣體探測

        對于液貨艙、貨控室(氣體危險區(qū))、隔離艙(機艙與液貨艙之間)以及LNG加注區(qū)域這些處所,因可能積聚泄漏的蒸發(fā)氣體,所以應(yīng)設(shè)置固定安裝的氣體探測系統(tǒng)和聲光報警器。

        3.3 貨艙區(qū)通風(fēng)與驅(qū)氣

        3.3.1通風(fēng)設(shè)計要求

        上述貨艙區(qū)域封閉處所,通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計要點[5]如下:

        (1)氣體危險區(qū)應(yīng)采用負壓通風(fēng)。

        (2)通風(fēng)系統(tǒng)的換氣次數(shù)應(yīng)不小于30次/h。

        (3)風(fēng)機應(yīng)采用無火花型防爆風(fēng)機,如船用防爆軸流風(fēng)機標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11800—2008中的I型和V型風(fēng)機。

        (4)注意進、排風(fēng)口的布置。

        項目中,采用自然進風(fēng)、機械式負壓通風(fēng)系統(tǒng)相合的方案,既滿足了法規(guī)要求,又節(jié)約了建造成本。

        3.3.2貨艙通風(fēng)

        貨艙艙口圍板與儲罐間設(shè)計為風(fēng)雨密結(jié)構(gòu)。把貨艙當(dāng)作通常不進入的處所,通風(fēng)系統(tǒng)采用自然對流通風(fēng)。在主甲板兩舷對稱布置鵝頸式自然通風(fēng)筒。為進入該處所安全需要,船上需配備2臺認可型防爆風(fēng)機和便攜式可燃氣體探測器。當(dāng)有人員進入時,要求在進入前需檢測甲烷氣體濃度,并進行有效驅(qū)氣通風(fēng)。

        4 結(jié)語

        由于目前還沒有完備的LNG加注船法規(guī),本文結(jié)合現(xiàn)有的相關(guān)規(guī)范對內(nèi)河小型LNG加注船貨物系統(tǒng)的設(shè)計布置進行了初探,認為在該類型船舶的設(shè)計上,只要設(shè)計選型得當(dāng),是可以取得很好的安全性、經(jīng)濟性和可操作性的。相信隨著內(nèi)河LNG燃料動力船舶的大力發(fā)展,內(nèi)河小型LNG加注船將具有更大的市場前景,并帶動其相關(guān)技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)的建立與健全。

        參考文獻:

        [1] 中國船級社.散裝運輸液化氣體船舶構(gòu)造與設(shè)備規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2017.

        [2] 時光志,盛蘇建.中小型LNG運輸船設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)[J].中國造船,2011,52(2):40-47.

        [3] 中國船級社.液化天然氣燃料加注躉船規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2017.

        [4] 中國船級社.液化天然氣燃料加注船舶規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2017.

        [5] 中國船級社.天然氣燃料動力船舶規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2017.

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