280M3液化气专用船研制总报告

280M3液化气专用船研制总报告

一、前言
　　液化石油气（英文名称Liquefied Petroleum Gas缩写LPG）是丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等碳氢化合物的混合物，主要成份为丙烷和丁烷。是一种使用方便、发热值高的清洁燃料和重要化工原料，是在开采、炼制、加工石油化工品过程中提炼出的碳氢化合物，随着我国国民经济的快速增长，城市人口的增加，居民收入提高和生活质量的改善，对优质能源需求将迅猛增加，LPG已成为增长最快的能源品种之一。1980年到1990年我国LPG消费量由120万吨／年增加到254万吨／年，10年翻了一番，年均增长7.8％。90年代前半期，国内LPG需求的平均增幅高达24.3％，实际用量平均增幅高达27.4%，1997年消费量已突破1000万吨,成为仅次于美国和日本的世界第三大LPG消费国。
　　我省是一个能源紧缺的省份，液化石油气主要供应基地是九江炼油厂，该厂年生产量约13万吨，除自用外，对省内供应量不足10万吨。随着人民生活水平的提高，及对减少环境污染改善大气质量的需求，我省液化石油气消耗量逐年提高，90年代后半期年增长速度超过10％，98年全省液化气消耗量近30万吨。消费面在扩大，由城市向农村扩展，工业用气比重也在逐步提高，据专家预测我省液化石油气消费量潜力仍很大，与我省相邻的广东省液化气年消量已超过300万吨，我省消耗量仅为其十分之一。在未来的几年中，城市交通液化气需求量将显示出巨大的愿望。据预测“十五”期间，我省液化气消费仍将保持10％以上的增长速度。
　　我省近三分之二的液化石油气是从省外调入。目前运输的主要方式为公路运输。但汽车运输运量小，过路过桥费用高，所以运输成本费用较高，每吨公里运费已超过0.8元，远距离运输不经济。铁路运输在我省占次要地位，因为铁路运输制约因素较多，不能混合运输，必须专列运输，而且还需站库的配合，每个专列挂车都有规定，不能太长。远距离运输还要求合理调度，与客车、普通货车错开运行时间，因此运输成本也不低。液化石油气开展水路运输，不仅具有运量大、费用低，而且相对安全。我省液化气一直未能实现水上运输的主要原因是码头岸库设施尚未建立，液化气专用船尚未开发，98年招商石化在九江建成投产4000M3液化气库场和码头，接着，中建万佳在湖口建成投产4000M3液化气库场和码头。2000年还在吉安建成投产400M3液化气库场。2002年南昌扬子洲已建成800M3液化气库场。当前樟树液化气库场和码头也在立项审批中，这为我省开发水上液化气运输奠定了基础。
　　二、研制思路
　　2．1形式
　　船舶运输液化石油气根据气体液化方式分成三种形式。一是采用常温压力方法，通常也称为全压式液化气船。因为丙烷在环境温度下，加压至1.75MPa时可保持气体液化。二是采用低温常压方式，通常也称为全冷式液化气船。丙烷在大气压力下，温度制冷到－420C时，可保持气体液化。三是采用低温压力法，通常也称为半冷半压式液化气船。当丙烷在温度200C和压力0.75MPa时，气体也能保持液化。目前长江流域仅在江苏太仓和张家港建有液化气冷藏库。所以在长江内河从事液化气运输的船舶均为全压液化气船，我省280M3液化气专用船采用全压式。
　　全压式液化气船均采用独立式液货舱。这类液舱完全由自身支持，并不构成船体的一部份，也不分担船体强度。液货舱的结构一般可分为A、B、C三种形式。A型独立液舱，主要由平面结构组成常见为棱柱型。由于该型式受力不均为确保液货无渗漏，该型式都设有第二层货物围护系统，通常也称“次屏壁” 。B型独立液货舱即可以是平面结构也可以是压力容器型结构，常见有球型，它与A型不同是仅要部份“次屏壁”。C型独立液舱采用压力容器型结构，常见为园柱型或球型，它不需“次屏壁”，我省280M3液化气专用船采用C型独立液货舱型结构。
　　2.2稳性
　　液化气船对稳性的要求较高。首先要求液化气船在外来撞击或搁浅等情况下，不能损伤液货舱，确保液货舱的安全。其次要求，液化气船在一处破损时，船舶不能沉没，确保液货舱不出船外。第三要求液化气船除满足安全稳性外，还要满足破舱稳性。因此，液化气船规范在稳性方面制订了许多规定，如在防撞方面要求船壳外板距液货舱最小距离不能小于760mm，在抗沉性方面，要求液化气船在液货舱周围设有水密舱。在破舱稳性方面要求不对称浸水引起的大横倾角应不超过300。根据这些要求，我省280M3液化气专用船在稳性方面采取了较安全的措施。
　　众所周知型宽是衡量船舶稳性的一个重要参数，在液化气船中液货舱的宽度（即货罐直径）也是决定液化气船稳性的一个重要参数，处理好二者之间的比例是关系到液化气船稳性好坏的主要因素。据统计液化气船气罐直径与型宽的比一般在0.6以内。我省280M3液化气专用船选择0.5897即液货罐直径为4.6M，舷侧外板距罐距离达到1.6M，满足了《规范》防撞要求。在抗沉性方面，280M3液化气专用船在两舷，船艏、船艉均设有水密舱，满足《规范》要求。为了降低船舶重心，船底距气罐的高度调整为650mm。为了减少气罐自由液面的晃动，在气罐内设有防浪板。确保液货罐在船舶航行期间的相对固定也是船舶稳性安全的重要措施。该船在货舱前后和两舷舱壁上均设有防止液货罐前后冲撞的支承结构，在液货罐底部设有8根钢索固定装置，在液气罐与舱口围板之间用2mm薄板封闭，既保持货舱水密又固定了罐子，以确保液货罐的相对固定，通过采用多种安全措施，我省280M3液化气专用船的稳性衡准数为6.67，大大满足《规范》要求。舷侧破舱浸水引起最大横倾角为7.80，远小于《规范》值（300）。
　　2.3 强度
　　液化气船由于液货装在罐子里，加上气罐较大，负荷全部落在货舱区。根据《液规》的要求，水平设置的C型独立液货舱的鞍座最好为2个，若多于2个则应考虑船体挠曲影响，所以液化气船的又一特点是集中负荷较大，全部重量落在两个鞍座上，因此，鞍座和货舱区的强度要求较高，为了保证货舱区的强度，该船在货舱区内纵向增设二道龙筋，并且将鞍座与船体结构联接起来，鞍座底部跨越了3个肋位，与船体加强梁联接，鞍座为箱型结构，鞍座包角为1500，将支承力均匀传递给船体。
　　2.4消防
　　根据《液规》的要求，液化气船消防一般设有三套系统。一是水消防系统；二是二氧化碳消防系统；三是干粉灭火消防系统。我省280M3液化气专用船水消防系统设有水柱、水雾、水幕和洒水四套系统，水柱用于灭火，水雾用于消除静电，水幕用于隔离货舱区，保护船员处所，洒水用于降温，确保液货罐的安全。该船在机舱设有二氧化碳保护系统，在货舱区四角各设一台MFT70大型舟推车式干粉灭火器可复盖整个液货区。
　　2.5安全监测
　　液货气船的安全要体现以预防为主。因此，该船另一特点是安全监测系统完备，自动化，技术含量较高。我省280M3专用船设有四套安全监测系统，即可燃气体安全监测系统，液位安全监测系统，压力安全监测,温度安全监测系统。当船内空气中液化气含量达到危险含量下限的25％时，监测装置就会报警。当液货罐内液位超过3.65m或低于0.12m时，液

位监测装置就会报警。在驾驶室内可通过二次仪表监测液罐的温度，当温度超过300C时，即可采取洒水降温措施。
　　为了确保安全，在紧急状态,该船在液相，气相，排污管设立了紧急切断阀，能迅速切断罐子内外的液气，同时对压缩机和液货泵也设有紧急停车装置。
　　为了确保作业安全，该船设有消除静电装置，船员配有防静电服装。
　　2.6液货系统
　　液化气专用船液货系统一般由液相，气相，排污、透气和扫气等管系组成。我省280M3液化气船，原未考虑自卸系统由岸库提供装卸，后因岸库的实际状态加装自卸系统。该系统由一台1.2m3／min的液化气压缩机和一台15m3/h液货泵组成。
　　三、船舶概况
　　本船采用非对称双尾鳍船型
　　3．1船型与主要尺度

　　总长： 39M 型宽： 7.8M
　　型深: 2M 吃水: 1.325M
　　船型: 2PG 液罐容积: 280M3
　　液罐长度: 18M 液罐直径: 4.6M
　　设计压力:1.77MPa 工作温度:-100C至450C
　　主机:6105BC-15型×2台 功率:53KW×2 转速:1500转/分
　　齿轮箱： MB170型 速比：4:1
　　航速： 13km／h 航区：A、B、C（长江中下游及支游）

　　3.2　布置
　　根据液化气船运输特点，本船布置分为三个区域，即从－2＃至21＃为艉部机舱和生活区，从21＃至59＃为货舱区，从59＃至76＃为艏部驾驶室区。
　　按《液规》的要求，液化气船危险处所划分在离罐3M处，即从16＃至64＃内为危险处所，在危险处所外侧壁上的窗设计为固定型（非开启），两舷门窗为气密型。
　　按《液规》的要求，液罐透气管出口高度应超过甲板6M，本船设计为7.1M。
　　本船在货舱区两舷，增设水密舱，并与内底板联接，使货舱区形成双壳船结构，一则满足《液规》破舱稳性的要求，二则又提高货舱区的强度。
　　a) 液货舱和液货管系
　　本船液货舱采用卧式园筒形全焊透钢制结构压力容器，其封头型式为球形（即C型独立液舱）。筒壁厚度为28MM，材料为16MNR。在液货罐上部开有一个人孔，气相口，液相口，测量口，安全释放阀口，排污口等。在罐内纵向设有防浪板，以减少液面晃动。
　　液货管系由液相管系，气相管系，排污管系，扫气管系，释放管系和液货泵，液货压缩机等组成。液相管径为Φ200MM，气相管径为Φ80MM。
　　按照自卸的要求，液货泵选用YQ15－5型，流量为15.5M3/h，额定工作压差为0.5MPa，转速为780转／分。货物压缩机选用ZW1.2/16-24型液化气压缩机，流量为1.2M3/min,进出口压差为0.8MPa,转速为720转／分。泵和压缩机安装在罐顶工作平台上。
　　为了防止温度升高或其它原因使液货系统内的压力升高超过设计规定压力而引起事故的发生，本船设有二套安全释放系统，一套为罐体压力释放系统，另一套为管系压力释放系统。
　　为了消除液货管中静电荷，在整个液货管路上采用取了有效接地保护措施。
　　货物测量选用了液位测量装置，在液货舱内设有二套磁浮简式液位测量显示仪。
　　b)轮机、电气
　　本船为消防和水幕系统提供了一台专用消防水泵，该泵为80CWL－14型，流量为60M3／h，扬程21M，电机功率5.5KW。
　　为了给液货罐降温，在液货罐顶部设有一套洒水管系，水源由主机带动的水泵提供。
根据《液规》要求，在货舱和机舱处所各设二台JBT41－2－H型轴流式防爆风机，该机风量为75M3／min，全风压力为736Pa，额定功率为2KW，风扇处为非火花结构，一台为正压送风，一台为负压通风，风机出口处装有气密封盖。
　　根据《液规》要求，本船主，付机排气出口处设有排气火星熄灭器。
　　本船采用直流双线绝缘系统和交流三相三线绝缘系统，在液货区和危险处所电器均为本质安全型。
　　按照《液规》要求，本船液货压缩机，液泵，风机，消防总用泵等电动机设备均为防爆型。
　　根据《液规》要求，机舱，驾驶室，船舶两舷等危险处所的照明电气均为防爆灯具。
　　根据《液规》要求，本船生活用炊具配备专用电炊具。
　　本船在驾驶室内设有液位，压力，温度等二次仪表显示。在货物区内对二次仪表转换的电讯装置均采用防爆装置。
　　为了消除静电影响，在液货区两端设有不锈钢扶手及踏板，在装卸时全船设有可靠接地装置。
　　在全船各舱室内，共安装了十个固定可燃气体探测头，同时还配备了二台便携带式可燃气体测爆仪，以对全船实施监测。

　　四、实船建造与营运
　　该船建造于1995年，当初设计成100立方氩气运输船，由于市场的变化98年卸下气罐改为货船。由于此船具有吃水浅、稳性好、内河适航性强等特点，所以，我省首艘液化气运输船选择利用此船改造。
　　1999年10月该船在赣南船厂进行改造，根据液化气船的特点，把货舱区改造成双壳船，并增加鞍座。按照消防要求，把门窗及机电设备改造成为符合《液规》要求的专用船。
280M3液化气罐由南京天界公司建造，经CCS南京分社检验，气罐焊缝经100％探伤检验，罐子整体经过热处理和压力试验，于2000年吊装上船。
　　2001年该船在金陵船厂对液货管系进行安装，CCS南京分社对管系的建造和安装施工质量进行把关，液货管系先在实船上定位，然后在车间加工，焊接、探伤并进行压力试验，最后上船组装完成。
　　2001年5月省船检对该船的各项性能进行实船测试，先后完成了倾斜试验，保压试验，功能试验和氮气置换。
　　倾斜试验采用移动压块方法，试验结果表明，空船排水量增加0.016%，重心高度增加2.2％。
　　保压试验，先将液货罐和液货管系分别保压，然后再把液货罐和液货管系作整体保压。试验压力为1MPa时保压24小时，当试验压力为1.7MPa时保压10小时,根据温度压力变化曲线，试验结果表明，液货罐保压效果为100％，液货管系保压效果达到规定的要求。
　　功能试验，首先对液货管系进行功能试验，测试了气相，液相，扫气，排污等阀件的功能，测试了紧急切断阀的功能，测试了安全释放阀的功能，同时还测试了液货压缩机和液货泵的功能。此外还测试了排气，洒水，水幕和全船各种机电设备的功能，经调试后，各种设备均达到规定的要求。
　　根据《液规》的要求，液货罐和液货管系在装气前，应把罐子和管线内的空气全部置换掉,置换后含氧量不得大于5％，280M3液化气专用船采用氮气置换，置换后经测试含氧量为1.5%0。
　　2001年9月2日，我省首艘液化气专用船从南京启航到铜陵装气。4日铜陵港监，商检，气库安检人员上船联合检查。对罐体，管线的含氧

量进行了复测。对消防，计量，操作规程进行了核查，最后批准装气。为了确保首次装气的安全，采用了先无压输送，当罐体和管线全部充满液化气后，再逐步加压输送，经过3个多小时的罐装，装载了133.305T液化气。8日该船首航抵达湖口港万佳液化气库进行自卸。遵照操作规程，完成船岸联接后，先启动液化气压缩机对罐内加压，压力升高后，开启液相管卸货，等液货进入岸库后，再启动液泵卸货。经过6个多小时操作，完成卸货作业。
　　经过八个多月的营运试验，该船共完成了 17个航次，运载了2310.653吨液化气,完成周转量626915.605吨公里。营运验证了该船的安全性，操纵性和适航性能，情况良好。
　　经过八个多月的实践验证，无论重载和空载，无论航行在长江和内河，无论洪水和枯水。无论是全速回转，还是在风浪中都显示出该船具有良好的稳性，无任何事故苗头出现。
经过八个多月的实践验证，该船的消防系统，安全监测系统，操纵系统状态良好，技术可靠，故障率低，安全运行。
　　在8个多月的营运期中，280M3液化气船大致经历了市场变化的三个时期，从投入营运到春节前，由于液化气销售价格一路下滑，各商家都实施零库存战略，不愿进货，因此，影响船舶的正常运输，春节后，液化气销售价格开始波浪型回升，各商家开始 进货。船舶开始了阶段性运行，四月底后，液化气销售价格趋于平稳，各商家开始采购，船舶进入正常运输状态。因此，该船的总体经济效益也由亏损到持平，最后进入盈利阶段。但从单个航次来核算，航次序营运是盈利的。经实船营运验证，该船舶营运成本为每吨公里0.25元，而目前营运价在每吨公里0.3元。每吨公里利润仅有0.05元，利润率为16.6％，投资回收期达6年。由此可见，目前运价偏低，据船东协会液委会自律价格的要求，该类船价格应回归在每吨公里0.4元左右，这样利润率可提到37.5％，投资回收期了可缩短在4年之内。

　　五、结束语
　　通过8个多月的营运，也发现该船还存在不足之处，由于280M3液化气专用船当初从安全和简化出发来未考虑自卸系统，后因需要增加，这对该船的电力要求增大，原船设有24KW发电机组一套，电力使用有富余，但自卸系统增加后，所有设备不能同时开启，由于机舱布置受到限制，电力扩容困难，所以在自卸设备选型匹配中没有很好的优化，导致自卸时间较长。由于增加了自卸系统，罐顶工作平台增大，也导致重量重心高度提高使得倾斜试验结果比原设计增加了2.2‰
　　在八个多月的营运期间，280M3液化气专用船经历了市场变化的几个阶段，为了提高经济效益，建议改变单一运输的经济模式，把水上液化气运输做成一体化，即购、运、销一条龙服务。据市场调研，形成一体化经济效益可实现翻一翻，将大大缩短投资回收期。
　　通过营运试验，也显示出，在三种运输方式中（铁路、公路、水运），水上液化气运输占有较大的优势，首先是运价低，其次是运输安全性能好，第三是运量较大。到目前为止，在赣江内河，只有　吉安库投入使用，南昌库已验收，投入试营运，樟树库正在审批之中，随着一批三级库的建成，我省水上液化气运输发展前景看好。
　　280M3液化气专用船的营运实践为我省发展液化气专用船积累了一定的经验，我省液化气专用船应朝着标准化方向发展，建议今后定型在600M3船型上，满载吃水控制在1.5M，主尺度按部标选用，该船型可实现干支直达，全年通航。
　　综上所述，280M3液化气专用船的研制思路是正确的，研制已取得了成功。营运效益逐步上升，前景看好，抓住机遇，与时俱进，确立一体化发展战略，早日把定型船研制开发投产。

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