陳 炯， 方曉勤， 徐海波

(1. 九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 江西 九江332000； 2.同方江新造船有限公司， 江西 九江332000)

0 引 言

LPG船主要運輸以丙烷和丁烷為主要成分的石油碳氫化合物或兩者的混合氣，以及丙稀、丁烯和一些化工產(chǎn)品，近年來乙烯也列入其運輸范圍。液化氣體船因其特殊用途而產(chǎn)生了各方面的特殊要求，其建造技術(shù)難度大，代表當今世界造船技術(shù)先進水平，造價為同噸位運輸船的2～3倍，是一種高技術(shù)、高附加值船舶。近年來，全球LPG海運量總體呈現(xiàn)穩(wěn)步增長態(tài)勢，從2000年的4 441萬t增長到2016年的8 741萬t，年均增長率達到4.3%[1]。本文結(jié)合同方江新造船有限公司設(shè)計的4 500 m3LPG船的實際經(jīng)驗闡述該船型貨艙艙室的布置及結(jié)構(gòu)設(shè)計，并提出一種低于船底破損高度的雙層底結(jié)構(gòu)型式，以此提高該類型船舶的破損穩(wěn)性。

1 船型概述

LPG船按貨物運輸方式可分為全壓式(載貨量較小)、半冷半壓式(載貨量較大)和全冷式(載貨量大)等3種型式。按液貨艙結(jié)構(gòu)型式可分為非獨立型整體液艙式、內(nèi)部絕熱貯藏式和獨立式液艙。獨立式液艙又可分為A、B、C等3型，其均非船體的構(gòu)成部分，呈自持式。C型獨立式液艙按壓力容器準則設(shè)計，設(shè)計壓力常取1.8 MPa,不超過2 MPa。中國目前建造的全壓式和半冷半壓式LPG船均屬于此范疇。該船型無需設(shè)置屏蔽，技術(shù)已成熟。

C型獨立液貨艙LPG船(以下簡稱C型LPG船)的常見運輸貨品清單如表1所示。

表1 C型LPG船常見運輸貨品清單

從表1中可知：雖然絕大多數(shù)貨品密度在0.543～0.652 t/m3，但也存在密度跨度較大的問題，最小密度僅0.543 t/m3，最大密度則達到了0.965 t/m3。該類船型通常出現(xiàn)裝載大密度貨品 (如氯乙烯單體) 時很難有足夠的排水量來支撐其載貨量，而裝載低密度貨品時往往達不到設(shè)計吃水的問題，造成運力浪費。盡可能地提高液貨罐的艙容對此類船型來說具有顯著的經(jīng)濟效益，特別在其裝載低密度貨品時候更明顯。

提高液貨罐的艙容包括增加貨罐長度或增加貨罐直徑。在船型確定的情況下，貨艙長度基本確定，此時提高貨罐直徑尤為重要。提高貨罐直徑往往會導(dǎo)致貨罐重心的提升以及破艙穩(wěn)性的降低，因此此類船型貨艙區(qū)域合理的分艙和結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)化顯得至關(guān)重要。

2 破損穩(wěn)性要求

《散裝運輸液化氣體船舶構(gòu)造與設(shè)備規(guī)范(2018)》[2](以下簡稱《規(guī)范》)§2.3對破損假定的描述如表2所示。

表2 《規(guī)范》§2.3假定的最大破損范圍

另外，《規(guī)范》§2.4.1.2對液貨艙位置“2G/2PG/3G型船舶在中心線上距船底板型線應(yīng)不小于§2.3.1.2.3規(guī)定的垂向破損范圍，其他任何地方距外板都應(yīng)不小于§2.4.1.1中所述的d.”的要求，給出了液貨罐下表面距船底外板的距離要求。該條文的設(shè)置嚴格地限制了假定底部破損時液貨罐體不能破的情況。

3 工程實例

3.1 母型船

圖1是C型LPG母型船貨艙橫剖面型式：3 200 m3C型LPG船和6 500 m3C型LPG船是雙殼單底型式，3 700 m3C型LPG船是雙殼雙底型式。排除分艙長度影響，由于3 200 m3C型LPG船和6 500 m3C型LPG船為單層底結(jié)構(gòu)型式，底部破損會造成整個貨艙和底部邊艙進水，且進水量較多，但此結(jié)構(gòu)型式有利于降低貨罐垂向位置和安裝高度。3 700 m3C型LPG船雙層底高度大于規(guī)范要求的垂向破損高度，因此底部破損會造成舷側(cè)邊艙和雙層底艙進水。雖然該結(jié)構(gòu)型式減少了破損時的進水量，但在一定程度上增加了液貨罐高度，對船只穩(wěn)性不利。通過減小罐體尺寸的方式來降低重心高度則減小了貨艙容積，降低了船只裝載率。

圖1 C型LPG母型船貨艙橫剖面型式

3.2 4 500 m3 C型LPG船

主要尺度:總 長LOA=99.00 m；垂線間長LPP=93.90 m；型寬B=16.60 m；型 深D=7.80 m；設(shè)計吃水d=5.50 m；計算船長L=94.258 m；船舶種類 2PG。

根據(jù)《規(guī)范》，4 500 m3C型LPG船計算破損范圍如表3所示。

表3 4 500 m3 C型 LPG船計算破損范圍

本船(見圖2)采用雙底雙殼型式，底部邊艙為獨立壓載水艙，頂部邊艙與雙層底艙均為空艙，按兩艙不沉要求計算(不含機艙，機艙按單獨破損計算)。雙層底高度h1=1.0 m,液貨罐外表面距船底h2=1.3 m,底部邊艙傾斜式的縱壁設(shè)計增加了邊艙容積，同時也減小了貨艙破損時的進水量。

圖2 4 500 m3 C型LPG船貨艙結(jié)構(gòu)型式

為盡可能地降低液貨罐高度，本船雙層底艙高度并沒有大于船體破損中垂線高度(1.107 m)的要求，換言之在考慮本船垂向破損時需考慮雙層底和貨艙區(qū)域均進水的情況。但是由于縱向艙室的劃分長度較短(貨艙區(qū)域邊艙和雙層底艙縱向長度僅7.7 m)，底部破損并不會導(dǎo)致整個貨艙區(qū)域所有雙層底和舷側(cè)艙室均破損(僅破損相鄰兩艙)，而剩余的艙室則能繼續(xù)提供浮力，保證船只破艙穩(wěn)性要求。

在計算舷側(cè)破損時，設(shè)計水線處船體型表面距雙層底寬度L始終大于3.32 m (3.32 m為橫向破損最小要求值，本船橫剖面處L=3.50 m)。因此，在舷側(cè)破損情況下可假定舷側(cè)兩個邊艙破損，貨艙、罐體和雙層底艙并不會破損。

這種方法有效地改善了母型船單層底結(jié)構(gòu)型式在假定破損時進水量太多的問題，同時也解決了母型船雙層底結(jié)構(gòu)型式液貨罐重心太高而導(dǎo)致穩(wěn)性不好的問題。

3.3 液貨罐罐體高度

C型LPG船液化罐體自重較大(4 500 m3C型LPG船單罐質(zhì)量達560 t)，降低罐體高度對于改善船舶穩(wěn)性非常重要，效果也非常明顯。考慮到雙層底結(jié)構(gòu)型式實際設(shè)計、施工問題和貨罐鞍座的布置等情況，雙層底結(jié)構(gòu)型式在一定程度上不利于降低貨罐高度(主要原因是鞍座安裝高度太低不利于焊接和貨罐吊裝)。為此，在貨艙鞍座正下方設(shè)置了局部的單層底區(qū)域如圖3所示。通過這種設(shè)計，施工人員可方便地從箭頭B處去鞍座下方進行焊接，保證焊接質(zhì)量。鞍座兩側(cè)較高處所依然保留雙層底設(shè)計。雖然說此處局部單層底的設(shè)計會導(dǎo)致底部區(qū)域假定破損時貨艙進水增多，但是相對于貨罐重心高度的降低來說，這種設(shè)計更易滿足規(guī)范對于穩(wěn)性和破損的要求。

圖3 貨艙局部單層底結(jié)構(gòu)型式

4 結(jié) 論

通過系統(tǒng)地比較母型船和4 500 m3C型LPG船數(shù)據(jù)，排除船長、貨艙長度和罐體長度的影響，其罐徑/型寬、罐徑/型深數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 船型數(shù)據(jù)對比

從表4可知：經(jīng)過上述分艙和結(jié)構(gòu)特殊處理后4 500 m3C型LPG船罐徑/型寬、罐徑/型深都大于同類母型船，這意味著相同尺度的船經(jīng)過這種型式優(yōu)化后將擁有更大的貨罐直徑和載貨能力，船型優(yōu)異性明顯。