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280M3液化氣專用船研制

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280M3液化氣專用船研制

 我省是一個能源緊缺的省份,液化石油氣主要供應基地是九江煉油廠,該廠年生產(chǎn)量約13萬噸,除自用外,對省內(nèi)供應量不足10萬噸。隨著人民生活水平的提高,及對減少環(huán)境污染改善大氣質(zhì)量的需求,我省液化石油氣消耗量逐年提高,90年代后半期年增長速度超過10%,98年全省液化氣消耗量近30萬噸。消費面在擴大,由城市向農(nóng)村擴展,工業(yè)用氣比重也在逐步提高,據(jù)專家預測我省液化石油氣消費量潛力仍很大,與我省相鄰的廣東省液化氣年消量已超過300萬噸,我省消耗量僅為其十分之一。在未來的幾年中,城市交通液化氣需求量將顯示出巨大的愿望。據(jù)預測“十五”期間,我省液化氣消費仍將保持10%以上的增長速度。
  我省近三分之二的液化石油氣是從省外調(diào)入。目前運輸?shù)闹饕绞綖楣愤\輸。但汽車運輸運量小,過路過橋費用高,所以運輸成本費用較高,每噸公里運費已超過0.8元,遠距離運輸不經(jīng)濟。鐵路運輸在我省占次要地位,因為鐵路運輸制約因素較多,不能混合運輸,必須專列運輸,而且還需站庫的配合,每個專列掛車都有規(guī)定,不能太長。遠距離運輸還要求合理調(diào)度,與客車、普通貨車錯開運行時間,因此運輸成本也不低。液化石油氣開展水路運輸,不僅具有運量大、費用低,而且相對安全。我省液化氣一直未能實現(xiàn)水上運輸?shù)闹饕蚴谴a頭岸庫設施尚未建立,液化氣專用船尚未開發(fā),98年招商石化在九江建成投產(chǎn)4000M3液化氣庫場和碼頭,接著,中建萬佳在湖口建成投產(chǎn)4000M3液化氣庫場和碼頭。2000年還在吉安建成投產(chǎn)400M3液化氣庫場。2002年南昌揚子洲已建成800M3液化氣庫場。當前樟樹液化氣庫場和碼頭也在立項審批中,這為我省開發(fā)水上液化氣運輸?shù)於嘶A。
  二、研制思路
  2.1形式
  船舶運輸液化石油氣根據(jù)氣體液化方式分成三種形式。一是采用常溫壓力方法,通常也稱為全壓式液化氣船。因為丙烷在環(huán)境溫度下,加壓至1.75MPa時可保持氣體液化。二是采用低溫常壓方式,通常也稱為全冷式液化氣船。丙烷在大氣壓力下,溫度制冷到-420C時,可保持氣體液化。三是采用低溫壓力法,通常也稱為半冷半壓式液化氣船。當丙烷在溫度200C和壓力0.75MPa時,氣體也能保持液化。目前長江流域僅在江蘇太倉和張家港建有液化氣冷藏庫。所以在長江內(nèi)河從事液化氣運輸?shù)拇熬鶠槿珘阂夯瘹獯沂?80M3液化氣專用船采用全壓式。
  全壓式液化氣船均采用獨立式液貨艙。這類液艙完全由自身支持,并不構(gòu)成船體的一部份,也不分擔船體強度。液貨艙的結(jié)構(gòu)一般可分為A、B、C三種形式。A型獨立液艙,主要由平面結(jié)構(gòu)組成常見為棱柱型。由于該型式受力不均為確保液貨無滲漏,該型式都設有第二層貨物圍護系統(tǒng),通常也稱“次屏壁”  。B型獨立液貨艙即可以是平面結(jié)構(gòu)也可以是壓力容器型結(jié)構(gòu),常見有球型,它與A型不同是僅要部份“次屏壁”。C型獨立液艙采用壓力容器型結(jié)構(gòu),常見為園柱型或球型,它不需“次屏壁”,我省280M3液化氣專用船采用C型獨立液貨艙型結(jié)構(gòu)。
  2.2穩(wěn)性
  液化氣船對穩(wěn)性的要求較高。首先要求液化氣船在外來撞擊或擱淺等情況下,不能損傷液貨艙,確保液貨艙的安全。其次要求,液化氣船在一處破損時,船舶不能沉沒,確保液貨艙不出船外。第三要求液化氣船除滿足安全穩(wěn)性外,還要滿足破艙穩(wěn)性。因此,液化氣船規(guī)范在穩(wěn)性方面制訂了許多規(guī)定,如在防撞方面要求船殼外板距液貨艙最小距離不能小于760mm,在抗沉性方面,要求液化氣船在液貨艙周圍設有水密艙。在破艙穩(wěn)性方面要求不對稱浸水引起的大橫傾角應不超過300。根據(jù)這些要求,我省280M3液化氣專用船在穩(wěn)性方面采取了較安全的措施。
  眾所周知型寬是衡量船舶穩(wěn)性的一個重要參數(shù),在液化氣船中液貨艙的寬度(即貨罐直徑)也是決定液化氣船穩(wěn)性的一個重要參數(shù),處理好二者之間的比例是關(guān)系到液化氣船穩(wěn)性好壞的主要因素。據(jù)統(tǒng)計液化氣船氣罐直徑與型寬的比一般在0.6以內(nèi)。我省280M3液化氣專用船選擇0.5897即液貨罐直徑為4.6M,舷側(cè)外板距罐距離達到1.6M,滿足了《規(guī)范》防撞要求。在抗沉性方面,280M3液化氣專用船在兩舷,船艏、船艉均設有水密艙,滿足《規(guī)范》要求。為了降低船舶重心,船底距氣罐的高度調(diào)整為650mm。為了減少氣罐自由液面的晃動,在氣罐內(nèi)設有防浪板。確保液貨罐在船舶航行期間的相對固定也是船舶穩(wěn)性安全的重要措施。該船在貨艙前后和兩舷艙壁上均設有防止液貨罐前后沖撞的支承結(jié)構(gòu),在液貨罐底部設有8根鋼索固定裝置,在液氣罐與艙口圍板之間用2mm薄板封閉,既保持貨艙水密又固定了罐子,以確保液貨罐的相對固定,通過采用多種安全措施,我省280M3液化氣專用船的穩(wěn)性衡準數(shù)為6.67,大大滿足《規(guī)范》要求。舷側(cè)破艙浸水引起最大橫傾角為7.80,遠小于《規(guī)范》值(300)。
  2.3  強度
  液化氣船由于液貨裝在罐子里,加上氣罐較大,負荷全部落在貨艙區(qū)。根據(jù)《液規(guī)》的要求,水平設置的C型獨立液貨艙的鞍座最好為2個,若多于2個則應考慮船體撓曲影響,所以液化氣船的又一特點是集中負荷較大,全部重量落在兩個鞍座上,因此,鞍座和貨艙區(qū)的強度要求較高,為了保證貨艙區(qū)的強度,該船在貨艙區(qū)內(nèi)縱向增設二道龍筋,并且將鞍座與船體結(jié)構(gòu)聯(lián)接起來,鞍座底部跨越了3個肋位,與船體加強梁聯(lián)接,鞍座為箱型結(jié)構(gòu),鞍座包角為1500,將支承力均勻傳遞給船體。
  2.4消防
  根據(jù)《液規(guī)》的要求,液化氣船消防一般設有三套系統(tǒng)。一是水消防系統(tǒng);二是二氧化碳消防系統(tǒng);三是干粉滅火消防系統(tǒng)。我省280M3液化氣專用船水消防系統(tǒng)設有水柱、水霧、水幕和灑水四套系統(tǒng),水柱用于滅火,水霧用于消除靜電,水幕用于隔離貨艙區(qū),保護船員處所,灑水用于降溫,確保液貨罐的安全。該船在機艙設有二氧化碳保護系統(tǒng),在貨艙區(qū)四角各設一臺MFT70大型舟推車式干粉滅火器可復蓋整個液貨區(qū)。
  2.5安全監(jiān)測
  液貨氣船的安全要體現(xiàn)以預防為主。因此,該船另一特點是安全監(jiān)測系統(tǒng)完備,自動化,技術(shù)含量較高。我省280M3專用船設有四套安全監(jiān)測系統(tǒng),即可燃氣體安全監(jiān)測系統(tǒng),液位安全監(jiān)測系統(tǒng),壓力安全監(jiān)測,溫度安全監(jiān)測系統(tǒng)。當船內(nèi)空氣中液化氣含量達到危險含量下限的25%時,監(jiān)測裝置就會報警。當液貨罐內(nèi)液位超過3.65m或低于0.12m時,液位監(jiān)測裝置就會報警。在駕駛室內(nèi)可通過二次儀表監(jiān)測液罐的溫度,當溫度超過300C時,即可采取灑水降溫措施。
  為了確保安全,在緊急狀態(tài),該船在液相,氣相,排污管設立了緊急切斷閥,能迅速切斷罐子內(nèi)外的液氣,同時對壓縮機和液貨泵也設有緊急停車裝置。
  為了確保作業(yè)安全,該船設有消除靜電裝置,船員配有防靜電服裝。
  2.6液貨系統(tǒng)
  液化氣專用船液貨系統(tǒng)一般由液相,氣相,排污、透氣和掃氣等管系組成。我省280M3液化氣船,原未考慮自卸系統(tǒng)由岸庫提供裝卸,后因岸庫的實際狀態(tài)加裝自卸系統(tǒng)。該系統(tǒng)由一臺1.2m3/min的液化氣壓縮機和一臺15m3/h液貨泵組成。
  三、船舶概況
  本船采用非對稱雙尾鰭船型
  3.1船型與主要尺度

  總長:&n

bsp; 39M  型寬:  7.8M
  型深:  2M  吃水:  1.325M
  船型:  2PG  液罐容積:  280M3
  液罐長度:  18M  液罐直徑:  4.6M
  設計壓力:1.77MPa  工作溫度:-100C至450C
  主機:6105BC-15型×2臺  功率:53KW×2  轉(zhuǎn)速:1500轉(zhuǎn)/分
  齒輪箱:  MB170型  速比:4:1
  航速:  13km/h  航區(qū):A、B、C(長江中下游及支游)

  3.2 布置
  根據(jù)液化氣船運輸特點,本船布置分為三個區(qū)域,即從-2#至21#為艉部機艙和生活區(qū),從21#至59#為貨艙區(qū),從59#至76#為艏部駕駛室區(qū)。
  按《液規(guī)》的要求,液化氣船危險處所劃分在離罐3M處,即從16#至64#內(nèi)為危險處所,在危險處所外側(cè)壁上的窗設計為固定型(非開啟),兩舷門窗為氣密型。
  按《液規(guī)》的要求,液罐透氣管出口高度應超過甲板6M,本船設計為7.1M。
  本船在貨艙區(qū)兩舷,增設水密艙,并與內(nèi)底板聯(lián)接,使貨艙區(qū)形成雙殼船結(jié)構(gòu),一則滿足《液規(guī)》破艙穩(wěn)性的要求,二則又提高貨艙區(qū)的強度。
  a)  液貨艙和液貨管系
  本船液貨艙采用臥式園筒形全焊透鋼制結(jié)構(gòu)壓力容器,其封頭型式為球形(即C型獨立液艙)。筒壁厚度為28MM,材料為16MNR。在液貨罐上部開有一個人孔,氣相口,液相口,測量口,安全釋放閥口,排污口等。在罐內(nèi)縱向設有防浪板,以減少液面晃動。
  液貨管系由液相管系,氣相管系,排污管系,掃氣管系,釋放管系和液貨泵,液貨壓縮機等組成。液相管徑為Φ200MM,氣相管徑為Φ80MM。
  按照自卸的要求,液貨泵選用YQ15-5型,流量為15.5M3/h,額定工作壓差為0.5MPa,轉(zhuǎn)速為780轉(zhuǎn)/分。貨物壓縮機選用ZW1.2/16-24型液化氣壓縮機,流量為1.2M3/min,進出口壓差為0.8MPa,轉(zhuǎn)速為720轉(zhuǎn)/分。泵和壓縮機安裝在罐頂工作平臺上。
  為了防止溫度升高或其它原因使液貨系統(tǒng)內(nèi)的壓力升高超過設計規(guī)定壓力而引起事故的發(fā)生,本船設有二套安全釋放系統(tǒng),一套為罐體壓力釋放系統(tǒng),另一套為管系壓力釋放系統(tǒng)。
  為了消除液貨管中靜電荷,在整個液貨管路上采用取了有效接地保護措施。
  貨物測量選用了液位測量裝置,在液貨艙內(nèi)設有二套磁浮簡式液位測量顯示儀。
  b)輪機、電氣
  本船為消防和水幕系統(tǒng)提供了一臺專用消防水泵,該泵為80CWL-14型,流量為60M3/h,揚程21M,電機功率5.5KW。
  為了給液貨罐降溫,在液貨罐頂部設有一套灑水管系,水源由主機帶動的水泵提供。
根據(jù)《液規(guī)》要求,在貨艙和機艙處所各設二臺JBT41-2-H型軸流式防爆風機,該機風量為75M3/min,全風壓力為736Pa,額定功率為2KW,風扇處為非火花結(jié)構(gòu),一臺為正壓送風,一臺為負壓通風,風機出口處裝有氣密封蓋。
  根據(jù)《液規(guī)》要求,本船主,付機排氣出口處設有排氣火星熄滅器。
  本船采用直流雙線絕緣系統(tǒng)和交流三相三線絕緣系統(tǒng),在液貨區(qū)和危險處所電器均為本質(zhì)安全型。
  按照《液規(guī)》要求,本船液貨壓縮機,液泵,風機,消防總用泵等電動機設備均為防爆型。
  根據(jù)《液規(guī)》要求,機艙,駕駛室,船舶兩舷等危險處所的照明電氣均為防爆燈具。
  根據(jù)《液規(guī)》要求,本船生活用炊具配備專用電炊具。
  本船在駕駛室內(nèi)設有液位,壓力,溫度等二次儀表顯示。在貨物區(qū)內(nèi)對二次儀表轉(zhuǎn)換的電訊裝置均采用防爆裝置。
  為了消除靜電影響,在液貨區(qū)兩端設有不銹鋼扶手及踏板,在裝卸時全船設有可靠接地裝置。
  在全船各艙室內(nèi),共安裝了十個固定可燃氣體探測頭,同時還配備了二臺便攜帶式可燃氣體測爆儀,以對全船實施監(jiān)測。

  四、實船建造與營運
  該船建造于1995年,當初設計成100立方氬氣運輸船,由于市場的變化98年卸下氣罐改為貨船。由于此船具有吃水淺、穩(wěn)性好、內(nèi)河適航性強等特點,所以,我省首艘液化氣運輸船選擇利用此船改造。
  1999年10月該船在贛南船廠進行改造,根據(jù)液化氣船的特點,把貨艙區(qū)改造成雙殼船,并增加鞍座。按照消防要求,把門窗及機電設備改造成為符合《液規(guī)》要求的專用船。
280M3液化氣罐由南京天界公司建造,經(jīng)CCS南京分社檢驗,氣罐焊縫經(jīng)100%探傷檢驗,罐子整體經(jīng)過熱處理和壓力試驗,于2000年吊裝上船。
  2001年該船在金陵船廠對液貨管系進行安裝,CCS南京分社對管系的建造和安裝施工質(zhì)量進行把關(guān),液貨管系先在實船上定位,然后在車間加工,焊接、探傷并進行壓力試驗,最后上船組裝完成。
  2001年5月省船檢對該船的各項性能進行實船測試,先后完成了傾斜試驗,保壓試驗,功能試驗和氮氣置換。
  傾斜試驗采用移動壓塊方法,試驗結(jié)果表明,空船排水量增加0.016%,重心高度增加2.2%。
  保壓試驗,先將液貨罐和液貨管系分別保壓,然后再把液貨罐和液貨管系作整體保壓。試驗壓力為1MPa時保壓24小時,當試驗壓力為1.7MPa時保壓10小時,根據(jù)溫度壓力變化曲線,試驗結(jié)果表明,液貨罐保壓效果為100%,液貨管系保壓效果達到規(guī)定的要求。
  功能試驗,首先對液貨管系進行功能試驗,測試了氣相,液相,掃氣,排污等閥件的功能,測試了緊急切斷閥的功能,測試了安全釋放閥的功能,同時還測試了液貨壓縮機和液貨泵的功能。此外還測試了排氣,灑水,水幕和全船各種機電設備的功能,經(jīng)調(diào)試后,各種設備均達到規(guī)定的要求。
  根據(jù)《液規(guī)》的要求,液貨罐和液貨管系在裝氣前,應把罐子和管線內(nèi)的空氣全部置換掉,置換后含氧量不得大于5%,280M3液化氣專用船采用氮氣置換,置換后經(jīng)測試含氧量為1.5%0。
  2001年9月2日,我省首艘液化氣專用船從南京啟航到銅陵裝氣。4日銅陵港監(jiān),商檢,氣庫安檢人員上船聯(lián)合檢查。對罐體,管線的含氧量進行了復測。對消防,計量,操作規(guī)程進行了核查,最后批準裝氣。為了確保首次裝氣的安全,采用了先無壓輸送,當罐體和管線全部充滿液化氣后,再逐步加壓輸送,經(jīng)過3個多小時的罐裝,裝載了133.305T液化氣。8日該船首航抵達湖口港萬佳液化氣庫進行自卸。遵照操作規(guī)程,完成船岸聯(lián)接后,先啟動液化氣壓縮機對罐內(nèi)加壓,壓力升高后,開啟液相管卸貨,等液貨進入岸庫后,再啟動液泵卸貨。經(jīng)過6個多小時操作,完成卸貨作業(yè)。
  經(jīng)過八個多月的營運試驗,該船共完成了  17個航次,運載了

2310.653噸液化氣,完成周轉(zhuǎn)量626915.605噸公里。營運驗證了該船的安全性,操縱性和適航性能,情況良好。
  經(jīng)過八個多月的實踐驗證,無論重載和空載,無論航行在長江和內(nèi)河,無論洪水和枯水。無論是全速回轉(zhuǎn),還是在風浪中都顯示出該船具有良好的穩(wěn)性,無任何事故苗頭出現(xiàn)。
經(jīng)過八個多月的實踐驗證,該船的消防系統(tǒng),安全監(jiān)測系統(tǒng),操縱系統(tǒng)狀態(tài)良好,技術(shù)可靠,故障率低,安全運行。
  在8個多月的營運期中,280M3液化氣船大致經(jīng)歷了市場變化的三個時期,從投入營運到春節(jié)前,由于液化氣銷售價格一路下滑,各商家都實施零庫存戰(zhàn)略,不愿進貨,因此,影響船舶的正常運輸,春節(jié)后,液化氣銷售價格開始波浪型回升,各商家開始  進貨。船舶開始了階段性運行,四月底后,液化氣銷售價格趨于平穩(wěn),各商家開始采購,船舶進入正常運輸狀態(tài)。因此,該船的總體經(jīng)濟效益也由虧損到持平,最后進入盈利階段。但從單個航次來核算,航次序營運是盈利的。經(jīng)實船營運驗證,該船舶營運成本為每噸公里0.25元,而目前營運價在每噸公里0.3元。每噸公里利潤僅有0.05元,利潤率為16.6%,投資回收期達6年。由此可見,目前運價偏低,據(jù)船東協(xié)會液委會自律價格的要求,該類船價格應回歸在每噸公里0.4元左右,這樣利潤率可提到37.5%,投資回收期了可縮短在4年之內(nèi)。

  五、結(jié)束語
  通過8個多月的營運,也發(fā)現(xiàn)該船還存在不足之處,由于280M3液化氣專用船當初從安全和簡化出發(fā)來未考慮自卸系統(tǒng),后因需要增加,這對該船的電力要求增大,原船設有24KW發(fā)電機組一套,電力使用有富余,但自卸系統(tǒng)增加后,所有設備不能同時開啟,由于機艙布置受到限制,電力擴容困難,所以在自卸設備選型匹配中沒有很好的優(yōu)化,導致自卸時間較長。由于增加了自卸系統(tǒng),罐頂工作平臺增大,也導致重量重心高度提高使得傾斜試驗結(jié)果比原設計增加了2.2‰
  在八個多月的營運期間,280M3液化氣專用船經(jīng)歷了市場變化的幾個階段,為了提高經(jīng)濟效益,建議改變單一運輸?shù)慕?jīng)濟模式,把水上液化氣運輸做成一體化,即購、運、銷一條龍服務。據(jù)市場調(diào)研,形成一體化經(jīng)濟效益可實現(xiàn)翻一翻,將大大縮短投資回收期。
  通過營運試驗,也顯示出,在三種運輸方式中(鐵路、公路、水運),水上液化氣運輸占有較大的優(yōu)勢,首先是運價低,其次是運輸安全性能好,第三是運量較大。到目前為止,在贛江內(nèi)河,只有 吉安庫投入使用,南昌庫已驗收,投入試營運,樟樹庫正在審批之中,隨著一批三級庫的建成,我省水上液化氣運輸發(fā)展前景看好。
  280M3液化氣專用船的營運實踐為我省發(fā)展液化氣專用船積累了一定的經(jīng)驗,我省液化氣專用船應朝著標準化方向發(fā)展,建議今后定型在600M3船型上,滿載吃水控制在1.5M,主尺度按部標選用,該船型可實現(xiàn)干支直達,全年通航。
  綜上所述,280M3液化氣專用船的研制思路是正確的,研制已取得了成功。營運效益逐步上升,前景看好,抓住機遇,與時俱進,確立一體化發(fā)展戰(zhàn)略,早日把定型船研制開發(fā)投產(chǎn)。


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