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(yùn)輸以丙烷和丁烷為主要成分的石油碳?xì)浠衔锘騼烧叩幕旌蠚?，以及丙稀、丁烯和一些化工產(chǎn)品，近年來(lái)乙烯也列入其運(yùn)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(dāng)今世界造船技術(shù)先進(jìn)水平，造價(jià)為同噸位運(yùn)輸船的2～3倍，是一種高技術(shù)、高附加值船舶。近年來(lái)，全球LPG海運(yùn)量總體呈現(xiàn)穩(wěn)步增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，從2000年的4 441萬(wàn)t增長(zhǎng)到2016年的8 741萬(wàn)t，年均增長(zhǎng)率達(dá)到4.3%[1]。本文結(jié)合同方江新造船有限公司設(shè)計(jì)的4 500 m3LPG船的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)闡述該船型貨艙艙室的布置及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(yùn)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(dú)立型整體液艙式、內(nèi)部絕熱貯藏式和獨(dú)立式液艙。獨(dú)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(dú)立式液艙按壓力容器準(zhǔn)則設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)壓力常取1.8 MPa,不超過(guò)2 MPa。中國(guó)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(wú)需設(shè)置屏蔽，技術(shù)已成熟。

C型獨(dú)立液貨艙LPG船(以下簡(jiǎn)稱C型LPG船)的常見(jiàn)運(yùn)輸貨品清單如表1所示。

表1 C型LPG船常見(jiàn)運(yùn)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(wèn)題，最小密度僅0.543 t/m3，最大密度則達(dá)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(shí)很難有足夠的排水量來(lái)支撐其載貨量，而裝載低密度貨品時(shí)往往達(dá)不到設(shè)計(jì)吃水的問(wèn)題，造成運(yùn)力浪費(fèi)。盡可能地提高液貨罐的艙容對(duì)此類船型來(lái)說(shuō)具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，特別在其裝載低密度貨品時(shí)候更明顯。

提高液貨罐的艙容包括增加貨罐長(zhǎng)度或增加貨罐直徑。在船型確定的情況下，貨艙長(zhǎng)度基本確定，此時(shí)提高貨罐直徑尤為重要。提高貨罐直徑往往會(huì)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(yùn)輸液化氣體船舶構(gòu)造與設(shè)備規(guī)范(2018)》[2](以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》)§2.3對(duì)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(duì)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(yán)格地限制了假定底部破損時(shí)液貨罐體不能破的情況。

3 工程實(shí)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(zhǎng)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(huì)造成整個(gè)貨艙和底部邊艙進(jìn)水，且進(jìn)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(huì)造成舷側(cè)邊艙和雙層底艙進(jìn)水。雖然該結(jié)構(gòu)型式減少了破損時(shí)的進(jìn)水量，但在一定程度上增加了液貨罐高度，對(duì)船只穩(wěn)性不利。通過(guò)減小罐體尺寸的方式來(lái)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(zhǎng)LOA=99.00 m；垂線間長(zhǎng)LPP=93.90 m；型寬B=16.60 m；型 深D=7.80 m；設(shè)計(jì)吃水d=5.50 m；計(jì)算船長(zhǎng)L=94.258 m；船舶種類 2PG。

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

表3 4 500 m3 C型 LPG船計(jì)算破損范圍

本船(見(jiàn)圖2)采用雙底雙殼型式，底部邊艙為獨(dú)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(jì)算(不含機(jī)艙，機(jī)艙按單獨(dú)破損計(jì)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(jì)增加了邊艙容積，同時(shí)也減小了貨艙破損時(shí)的進(jìn)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(méi)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(shí)需考慮雙層底和貨艙區(qū)域均進(jìn)水的情況。但是由于縱向艙室的劃分長(zhǎng)度較短(貨艙區(qū)域邊艙和雙層底艙縱向長(zhǎng)度僅7.7 m)，底部破損并不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)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(jì)算舷側(cè)破損時(shí)，設(shè)計(jì)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(gè)邊艙破損，貨艙、罐體和雙層底艙并不會(huì)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(shí)進(jìn)水量太多的問(wèn)題，同時(shí)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(wèn)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(dá)560 t)，降低罐體高度對(duì)于改善船舶穩(wěn)性非常重要，效果也非常明顯?？紤]到雙層底結(jié)構(gòu)型式實(shí)際設(shè)計(jì)、施工問(wèn)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(guò)這種設(shè)計(jì)，施工人員可方便地從箭頭B處去鞍座下方進(jìn)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(jì)。雖然說(shuō)此處局部單層底的設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致底部區(qū)域假定破損時(shí)貨艙進(jìn)水增多，但是相對(duì)于貨罐重心高度的降低來(lái)說(shuō)，這種設(shè)計(jì)更易滿足規(guī)范對(duì)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(guò)系統(tǒng)地比較母型船和4 500 m3C型LPG船數(shù)據(jù)，排除船長(zhǎng)、貨艙長(zhǎng)度和罐體長(zhǎng)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(duì)比

從表4可知：經(jīng)過(guò)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(guò)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。