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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(yīng)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(yīng)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(kuò)大，由城市向農(nóng)村擴(kuò)展，工業(yè)用氣比重也在逐步提高，據(jù)專家預(yù)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(yù)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(yùn)輸?shù)闹饕绞綖楣愤\(yùn)輸。但汽車運(yùn)輸運(yùn)量小，過路過橋費用高，所以運(yùn)輸成本費用較高，每噸公里運(yùn)費已超過0.8元，遠(yuǎn)距離運(yùn)輸不經(jīng)濟(jì)。鐵路運(yùn)輸在我省占次要地位，因為鐵路運(yùn)輸制約因素較多，不能混合運(yùn)輸，必須專列運(yùn)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(yuǎn)距離運(yùn)輸還要求合理調(diào)度，與客車、普通貨車錯開運(yùn)行時間，因此運(yùn)輸成本也不低。液化石油氣開展水路運(yùn)輸，不僅具有運(yùn)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(yùn)輸?shù)闹饕蚴谴a頭岸庫設(shè)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(yáng)子洲已建成800M3液化氣庫場。當(dāng)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(yùn)輸?shù)於嘶A(chǔ)。
二、研制思路
2．1形式
船舶運(yùn)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(dāng)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(yùn)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(dān)船體強(qiáng)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(shè)有第二層貨物圍護(hù)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(shè)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(yīng)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(dá)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(shè)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(shè)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(shè)有防止液貨罐前后沖撞的支承結(jié)構(gòu)，在液貨罐底部設(shè)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(zhǔn)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(yuǎn)小于《規(guī)范》值（300）。
2.3 強(qiáng)度
液化氣船由于液貨裝在罐子里，加上氣罐較大，負(fù)荷全部落在貨艙區(qū)。根據(jù)《液規(guī)》的要求，水平設(shè)置的C型獨立液貨艙的鞍座最好為2個，若多于2個則應(yīng)考慮船體撓曲影響，所以液化氣船的又一特點是集中負(fù)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(qiáng)度要求較高，為了保證貨艙區(qū)的強(qiáng)度，該船在貨艙區(qū)內(nèi)縱向增設(shè)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(qiáng)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(shè)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(shè)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(hù)船員處所，灑水用于降溫，確保液貨罐的安全。該船在機(jī)艙設(shè)有二氧化碳保護(hù)系統(tǒng)，在貨艙區(qū)四角各設(shè)一臺MFT70大型舟推車式干粉滅火器可復(fù)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(yù)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(shè)有四套安全監(jiān)測系統(tǒng)，即可燃?xì)怏w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(dāng)船內(nèi)空氣中液化氣含量達(dá)到危險含量下限的25％時，監(jiān)測裝置就會報警。當(dāng)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(dāng)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(shè)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(jī)和液貨泵也設(shè)有緊急停車裝置。
為了確保作業(yè)安全，該船設(shè)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(jī)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(shè)計壓力:1.77MPa 工作溫度:-100C至450C
主機(jī):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(yùn)輸特點，本船布置分為三個區(qū)域，即從－2＃至21＃為艉部機(jī)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(shè)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(yīng)超過甲板6M，本船設(shè)計為7.1M。
本船在貨艙區(qū)兩舷，增設(shè)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(qiáng)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(shè)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(jī)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(jī)選用ZW1.2/16-24型液化氣壓縮機(jī)，流量為1.2M3/min,進(jìn)出口壓差為0.8MPa,轉(zhuǎn)速為720轉(zhuǎn)／分。泵和壓縮機(jī)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(shè)計規(guī)定壓力而引起事故的發(fā)生，本船設(shè)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(hù)措施。
貨物測量選用了液位測量裝置，在液貨艙內(nèi)設(shè)有二套磁浮簡式液位測量顯示儀。
b)輪機(jī)、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(yáng)程21M，電機(jī)功率5.5KW。
為了給液貨罐降溫，在液貨罐頂部設(shè)有一套灑水管系，水源由主機(jī)帶動的水泵提供。
根據(jù)《液規(guī)》要求，在貨艙和機(jī)艙處所各設(shè)二臺JBT41－2－H型軸流式防爆風(fēng)機(jī)，該機(jī)風(fēng)量為75M3／min，全風(fēng)壓力為736Pa，額定功率為2KW，風(fēng)扇處為非火花結(jié)構(gòu)，一臺為正壓送風(fēng)，一臺為負(fù)壓通風(fēng)，風(fēng)機(jī)出口處裝有氣密封蓋。
根據(jù)《液規(guī)》要求，本船主，付機(jī)排氣出口處設(shè)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(jī)，液泵，風(fēng)機(jī)，消防總用泵等電動機(jī)設(shè)備均為防爆型。
根據(jù)《液規(guī)》要求，機(jī)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(shè)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(shè)有不銹鋼扶手及踏板，在裝卸時全船設(shè)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?xì)怏w探測頭，同時還配備了二臺便攜帶式可燃?xì)怏w測爆儀，以對全船實施監(jiān)測。
四、實船建造與營運(yùn)
該船建造于1995年，當(dāng)初設(shè)計成100立方氬氣運(yùn)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(qiáng)等特點，所以，我省首艘液化氣運(yùn)輸船選擇利用此船改造。
1999年10月該船在贛南船廠進(jìn)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(jī)電設(shè)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(jìn)行安裝，CCS南京分社對管系的建造和安裝施工質(zhì)量進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(dāng)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(dá)到規(guī)定的要求。
功能試驗，首先對液貨管系進(jìn)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(jī)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(jī)電設(shè)備的功能，經(jīng)調(diào)試后，各種設(shè)備均達(dá)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(yīng)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(jìn)行了復(fù)測。對消防，計量，操作規(guī)程進(jìn)行了核查，最后批準(zhǔn)裝氣。為了確保首次裝氣的安全，采用了先無壓輸送，當(dāng)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(dá)湖口港萬佳液化氣庫進(jìn)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(jī)對罐內(nèi)加壓，壓力升高后，開啟液相管卸貨，等液貨進(jìn)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(yùn)試驗，該船共完成了 17個航次，運(yùn)載了
2310.653噸液化氣,完成周轉(zhuǎn)量626915.605噸公里。營運(yùn)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(fēng)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(yùn)行。
在8個多月的營運(yùn)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(yùn)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(jìn)貨，因此，影響船舶的正常運(yùn)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(jìn)貨。船舶開始了階段性運(yùn)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(jìn)入正常運(yùn)輸狀態(tài)。因此，該船的總體經(jīng)濟(jì)效益也由虧損到持平，最后進(jìn)入盈利階段。但從單個航次來核算，航次序營運(yùn)是盈利的。經(jīng)實船營運(yùn)驗證，該船舶營運(yùn)成本為每噸公里0.25元，而目前營運(yùn)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(dá)6年。由此可見，目前運(yùn)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(yīng)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(yùn)，也發(fā)現(xiàn)該船還存在不足之處，由于280M3液化氣專用船當(dāng)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(shè)有24KW發(fā)電機(jī)組一套，電力使用有富余，但自卸系統(tǒng)增加后，所有設(shè)備不能同時開啟，由于機(jī)艙布置受到限制，電力擴(kuò)容困難，所以在自卸設(shè)備選型匹配中沒有很好的優(yōu)化，導(dǎo)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(dǎo)致重量重心高度提高使得傾斜試驗結(jié)果比原設(shè)計增加了2.2‰
在八個多月的營運(yùn)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(jì)效益，建議改變單一運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)模式，把水上液化氣運(yùn)輸做成一體化，即購、運(yùn)、銷一條龍服務(wù)。據(jù)市場調(diào)研，形成一體化經(jīng)濟(jì)效益可實現(xiàn)翻一翻，將大大縮短投資回收期。
通過營運(yùn)試驗，也顯示出，在三種運(yùn)輸方式中（鐵路、公路、水運(yùn)），水上液化氣運(yùn)輸占有較大的優(yōu)勢，首先是運(yùn)價低，其次是運(yùn)輸安全性能好，第三是運(yùn)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(yùn)，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(yùn)輸發(fā)展前景看好。
280M3液化氣專用船的營運(yùn)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(yīng)朝著標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)選用，該船型可實現(xiàn)干支直達(dá)，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(yùn)效益逐步上升，前景看好，抓住機(jī)遇，與時俱進(jìn)，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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