摘要：随着 LNG的广泛应用，为适应 LNG的运输新需求，近年来提出一种新船型———中小型 LNG运输船。他凭借着营运周期短、中转频繁、造价低廉等优势而备受关注，而设计此种船型与大型 LNG船的区别主要在于对船体核心———液舱的设计。通过研究相似船型 LPG船及乙烯船及其液货罐，阐述了中小型 LNG运输船液舱的设计方法及关键技术，属对设计此种新船型的有益尝试。
关键词：小型LNG 船C型 液舱结构设计
引言
为解决国内的液化天然气（LNG）二程转运和LNG 调峰气量的运输问题，市场上需要一种小型的LNG 运输船。该种船型一般采用 C 型 LNG 液货舱作为货物围护系统。货物围护系统是 LNG 运输船的核心技术，因此对 C 型 LNG 液货舱的设计进行研究具有实际应用前景。
1.C 型独立液舱简介
1.1 液舱特点
根据 IMO 的《国际散装运输液化气体船舶和设备规则》（International Code for the Construction andEquipment of Ships Carrying Liquefied Gases in Bulk，以下简称“ IGC 规则”），液舱形式主要分为 4 大类：整体型液舱（Integral tanks）、薄膜型液舱（Membranetanks）、半薄膜型液舱（Semi-membrane tanks）以及独立型液舱（Independent tanks）。薄膜型液舱和 Moss 式球形独立液舱，已被广泛地应用于大型 LNG 船的建造。但是它们工艺复杂，造价昂贵。如果使用在小型 LNG 船上，会造成经济性降低，运营成本过高的问题。
小型 LNG 船货舱容积小，符合高设计压力对船体尺寸的要求，选择 C 型独立液舱是该船型的最佳方案。在设计过程中，针对船型以及货舱大小，选用单圆筒或双圆筒形式，并在液舱外部设置绝缘结构。这样既保证了液货容量达到要求值，又降低了液舱制造成本，从而使得其运输灵活方便，经济性能提高。
1.2液货舱材料
根据 LNG 货物的特性，装载 LNG 的 C 型独立液舱要求能够满足极低的载运环境，故而液舱材料必须具有抗低温脆性破坏的能力。现阶段，用于 LNG 液货罐制造的材料主要有以下三种：低碳镍系低温钢、铬镍奥氏体系不锈钢和铝合金。低碳镍系低温钢的含镍量为0.5%～9%，适用于LNG储罐的材料为9%镍钢，较常用的钢号为9NiA353。镍在合金钢中的作用主要是强化铁素体基体，降低钢的临界点，抑制粗大的先析出相铁素体，降低脆性转变温度，改善钢的低温韧性和焊接性能。按照中国船级社（以下简称 CCS）规范对 9%低碳镍系低温钢的化学成分要求如表1 所示。铬镍奥氏体不锈钢的低温性能也很好，即使在-196℃低温下也不会变脆。此外，奥氏体不锈钢的耐腐蚀性优秀，具有优良的塑性和韧性等力学性能，且焊接性能良好，被大量地用作冷压式液化气舱的建造材料。在实际的液货罐建造中，主要使用的奥氏体不锈钢有以下几种型号：AISI304L（化学成分相当于国标 00Cr18Ni10）和 AISI304N（化学成分相当于国标00Cr18Ni10N）铝合金的特点是抗腐蚀性能好，结构材料密度小。但是和镍系低温钢和奥氏体系不锈钢相比，其强度较低。因此，铝合金材料较多用于 B 型独立液货舱（如MOSS 型和SPB 型）和舱容较小的 C 型独立液货舱，最常用的型号为AA5083-0。
三种材料的性能比较见表2。
表 1 9%低碳镍系低温钢的化学成分
表2 液货舱材料特性
1.3液舱绝缘保温层
设计绝缘保温层的目的，是为了抑制由对流、传导和辐射等各种传热方式引起的散热效应，以维持低温系统的正常工作，减少运输过程中 LNG 的蒸发，控制其日蒸发率以及罐体的热胀冷缩，保证船体结构不受液舱低温的损害。此外，绝缘层还可以维持罐体外表面的温度，避免在外表面上结露或者结霜，以及人的皮肤与之接触时被“灼伤”，以改善工作条件和防止意外事故的发生。
小型 LNG 船的液舱外设绝缘保温层，一般采用厚度为 300~400 mm 的聚苯乙烯保温板，通过特种黏合剂覆在罐体外表面。然后再在聚苯乙烯保温板的最外层设置 0.25~0.5 mm 的薄层镀锌钢板，保护聚苯乙烯，型 LNG 船在运输过程中的蒸发率高于大型 LNG 船，且其绝缘层结构的保温效果也不如大型 LNG 船，然而综合考虑其运输量小、运转周期短等因素，设置上述保温层是可以保证其运输的经济性和安全性的。
2.C 型独立液舱结构设计研究
2.1 低温环境的控制
C型独立货罐采用半冷半压式运输方式，即对LNG货物采取既降温又加压的方法，而同时货罐也能承受一定的压力。在载运过程中货物温度无需始终维持在 -163℃，允许温度慢慢升高。随着温度的升高，液罐内压力不断增加，如果压力增加的范围在货罐允许的压力范围内，则不会对货罐产生破坏。相对于大型 LNG运输船的全冷式液舱而言，该制造工艺简单且造价低廉。
2.2绝缘保温材料
对于 LNG 船的液罐保冷绝热材料，有聚氨酯、酚醛、聚氯乙烯、聚苯乙烯等发泡塑料及粒状的膨胀珍珠岩、玻璃纤维等材料。适用于 C 型液货舱的常用保温绝热材料为聚苯乙烯泡沫和聚氨酯泡沫，其性能比较见表3 保温材料的性能。
表3 保温材料的性能（常温~ -200℃）
由表 3 可见热导率较小的是聚氨酯泡沫塑料，所以绝热性能最好，是深冷绝热的好材料。当前，已经有采用发泡技术进行保温层制造的实例。其优点是现场发泡施工，可以连续大面积的喷涂发泡，工作效率高。缺点是对施工质量的要求非常高，一旦出现发泡不均的现象又不能及时发现的话，会直接影响船舶液货系统的性能。如果采用聚氨酯泡沫预制板作为保温材料，则可以避免上述问题，但是成本会增加。
3.总结
C 型独立液货舱是小型 LNG 运输船的核心技术，国内尚未有对该种液货围护系统的自主设计应用。对 C 型独立液货舱的设计关键点进行了初步研究。对 C 型独立货舱材料的选择，设计温度和压力的确定，保温层的设计，液货舱尺度设计以及蒸发率的设计提供了值得参考的方法和思路，对该种形式的液货围护系统设计有一定的借鉴作用。
参考文献：
[1]丁玲.中小型 LNG 船 C 型独立液罐设计关键技术研究[D].大连：大连理工大学，2015.
[2]惠美洋彦.液化气运输船使用手册[M].哈尔滨：哈尔滨船舶工程学院出版社，2013.
论文作者:蒋利霞1,刘彭2,杨锦3
论文发表刊物:《基层建设》2018年第22期
论文发表时间:2018/9/12
标签：货舱论文; 低温论文; 独立论文; 运输船论文; 船型论文; 材料论文; 奥氏体论文; 《基层建设》2018年第22期论文;