京杭运河200 m3LNG加注趸船船体设计

陈海涛，刘林伟

(1.江苏省船舶设计研究所有限公司，江苏 镇江212003;2.江苏省镇江船厂责任有限公司, 江苏 镇江212000)

京杭运河200m3LNG加注趸船船体设计

陈海涛1，刘林伟2

(1.江苏省船舶设计研究所有限公司，江苏 镇江212003;2.江苏省镇江船厂责任有限公司, 江苏 镇江212000)

主要介绍了京杭大运河200 m3LNG加注趸船的主要设计依据以及LNG储蓄系统和稳性状态，根据实际停泊区域、工作功能确定了主尺度与总体布置、型线和结构形式，基于船舶用途和安全考虑，对舾装(定位、消防、救生等)进行合理设计。目前该船图纸审查完毕，正在投标建造阶段，建成后将成为京杭运河首条可以为往来船舶加注LNG或0号船用柴油的加注趸船。

液化天然气；加注；趸船；加气站；船舶设计

0 引言

现阶段，液化天然气(LNG)作为一种新型船用燃料的前景被业界广泛看好，但作为燃料完全采用LNG的船舶还很少，主要用于内河船舶。 目前，对船舶进行LNG加注方式主要有四种：岸上加气站对船、岸上槽车对船、便携式液罐传输、加注趸船对LNG燃料航行船，其中使用最广泛的是加注趸船对LNG燃料航行船的加注方式。

当前阶段， LNG燃料加注方面，法定检验技术规则、建造规范刚刚实施，配套的相关基础设施相对较为落后，LNG加注还是一个刚刚开发的领域。作为船舶未来的发展趋势，造船界在重视LNG动力船研发的同时，也应该考虑加注方式对船型的影响,同时亦可着手LNG燃料加注趸船的开发与应用。

鉴于“气化江西”“气化长江”等绿色新能源航运项目正在逐步推进，加气站作为LNG动力船发展的必要基础设施，其布局在建设发展中更为重要。

本文的研究重点是如何在满足相关规范、法规要求的前提下能够节约能源、节省船舶空间，使设计船舶布局更为合理，安全性好，加注操作更便捷，满足停泊区域要求。

1 主要设计依据

京杭大运河200 m3LNG加注趸船停泊在施桥船闸下游航道的东岸，为往来船舶加注LNG天然气或0号船用柴油。

本船主尺度除满足规范关于200 m3LNG加注设备布置要求和满足规范关于燃气、燃油加注的布置要求外，还应满足1 000～3 000吨级的货船靠泊本趸船进行加注燃料的要求。

本船船型为箱型，艏艉端削斜，舭部为圆弧型，采用双舷、油舱区域双底的结构形式。主甲板以上设2层甲板室，船舶空载水线以上高度满足通过京杭运河桥梁与船闸的要求，桅杆、避雷针设计成可倾倒式。LNG储罐(卧式)和加注配套设备安装于加注趸船的主甲板之上。

2 总体布置

根据本船的实际停泊区域、工作功能要求情况以及船东要求等综合因素，经过多种方案的对比，最终确定本船的主尺度如下：

总长

56.40 m

船宽

13.00 m

型深

2.40 m

设计吃水

1.20 m

结构吃水

1.40 m

储蓄罐容积

2×100 m3

载油量

～100 t

航区内河

A级

排水量

863.5 t

本船与常规趸船在布置上有许多不同，在设计时需要合理的布置每个区域的位置与分割，这样某处发生危险时可最大限度地减小对其他区域的正常工作以及人员安全的影响。另外，还需采取适当措施，确保趸船没有集聚可燃气体的死角，避免因LNG泄漏造成对加注趸船结构的低温损坏，防止趸船可能因为溢油而对周围水域造成污染。

(1)干舷甲板以下的布置：艉～Fr8为艉尖舱；Fr8～Fr23中部为机舱和应急消防泵舱，机舱内设生活污水箱及污油水舱，并在左右舷设置2个下舱梯道；Fr8～Fr23两舷为压载水舱；Fr23～Fr35中部为空舱(固定压载舱)，两舷为压载水舱；Fr35～Fr47中部为油舱(储存闪点gt;60 ℃船用柴油)，油舱区为双底结构，两舷为空舱；Fr47～Fr50设置隔离空舱；Fr50～Fr68中部为空舱，两舷为压载水舱；Fr68～Fr86中部、两舷为空舱；Fr86～艏为艏尖舱。

(2)干舷甲板以上分为船员工作生活区、油舱区、气罐区、卸车区以及人员安全通道。

甲板室为工作生活区，中间设内走道。一层为工作区，设有营业室、值班室。另外，按照加注趸船的特殊性，一层还配备按照消防要求的氮气间、干粉间、泡沫间、CO2室等舱室。二层为生活区，配备常规趸船工作人员起居所必需的休息室、卫生间、厨房等舱室。

(3)油舱区设于甲板室与气罐区之间。油舱的上方设置遮阳棚，以避免阳光直晒油舱顶甲板导致温度过高。甲板边缘设置高度为100 mm的固定挡板，以防止溢油蔓延。舷边设置对外船舶加油的机电设备。

(4)气罐区设置于甲板上Fr50～Fr86之间。LNG储蓄罐与加注设备由设备商提供。气罐区的对角分别设置1具固定式干粉炮。

(5)顶棚甲板按照常规船舶设置船名灯盒、信号设备、淡水舱。

200 m3LNG加注趸船总体布置如图1所示。

3 型线特点

本船为非自航趸船，进行远距离拖航的机会并不多。考虑趸船在每个工况下的浮态和稳性要求，并且同时还要便于船厂结构施工，本趸船设计采用箱型船体外形，船舶艏、艉部都有30°的削斜切角，拖航时可以适当减小船舶阻力。

4 船体结构

本趸船为钢质、单甲板、双舷、单底(油舱区域双底)的结构形式。主船体采用纵骨架式结构，甲板室为横骨架式结构。从艏到艉共设6道水密横舱壁，距中2 m左右舷分别设置1道纵向桁架，同时每隔1.8 m设横向强框架，气罐区下方舱内设置3道横向桁架。

船舶结构用钢材采用CCSA级钢，要求采用未经使用过的材料。钢材包括铸、锻件的化学成分及机械性能均要满足船级社建造规范的相关要求，并需取得CCS认证。

本船与常规船型相比较，典型的特点就是船型短而宽，因此在结构设计过程中，对船舶的横向强度进行了较多的考虑，通过各种方式来充分保证船舶的横向强度。除设置一定数量的横舱壁外，还采用较为密集的横向强框架结构，在部分强框架结构上设置了一定数量的支柱。

本加注趸船LNG储罐基座及加强结构强度还必须按照《钢质内河船舶建造规范》(2016)相关要求采用有限元直接计算。

5 静水性能

(1)本船稳性计算分为满载、部分装载、空载三种工况。

(2)本船装载工况的计算包括满载、部分装载、空载三种状态下稳性衡准数、稳性力臂曲线、初稳性高度等。

(3)本船型宽比一般船型大，所以初稳性高度比较容易达到要求，但稳性力臂曲线比较难满足法规要求，因此需要选择比较适合的宽深比。对于船体部分来说，控制好船舶的重心高度和船舶吃水是本趸船的设计关键。

6 舾装装计

6.1定位与系泊设备

由于受水域限界限制不允许抛锚，考虑到船舶的用途，以及定位桩抗弯性强，能承受较大水力作用，强度高，且具备制造、运送、建造施工快捷方便等诸多优点，因此本趸船采用定位桩系留趸船。本船艏艉部各设置2根定位桩，采用浮箱的形式使趸船与定位桩系统连接。

6.2救生和人员保护设备

根据《液化天然气燃料水上加注趸船法定检验暂行规定》要求，本船配船员用背心式救生衣10件，保温救生服10件。全船设置救生圈12个，其中6个带救生浮索。

人员防护设备配置10套(根据工作性质由船东配，其中2套备用)，安全设备2套(提供给进入可燃气体处所内的工作人员)。

6.3消防设备

消防是本加注趸船设计的重中之重，关系到船舶以及周边环境安全。根据《液化天然气燃料水上加注趸船法定检验暂行规定》要求，本船需配备：

(1)固定安装的消防水系统(常规配置)。

(2)安装作用于冷却、防火及工作人员防护的水雾系统。

(3)固定式化学干粉灭火系统，可用于扑灭气罐区、装卸区及停靠船舶装卸总管区域可能产生的火灾。

(4)固定二氧化碳灭火系统。

(5)固定式甲板泡沫灭火系统(设置泡沫枪和泡沫炮)。

(6)LNG加注设备发生火灾时用于防护的水幕系统。

(7)探火和报警系统。

6.4通道设备

(1)走道与相邻的舱室采用B0级单扇防火门，其他舱室外围壁采用船用风雨密单扇钢质门。梯道间采用A0快开风雨密钢质门，厨房门采用船用单扇防火门(A15级)。

(2)防火门的设置还应与规范关于舱壁耐火完整性的要求一致。

(3)防火门为船级社(CCS)认可的型式，逃口、机舱棚和梯道环围处的防火门均配有自闭器。

(4)甲板室面向LNG储罐面及侧面延伸3 m内的外侧围壁应采用A60级分割，故其上面的窗户为A60级防火矩形窗。甲板室后壁及侧壁采用铝制双层玻璃移窗，营业室为阻火型服务窗。

(5)应急消防泵舱、艏尖舱、艉尖舱及艏部空舱设有舱口盖，均配有钢质直梯。双舷内压载水舱与双层底内空舱设水密人孔盖。通往顶蓬甲板的露天部分设有钢质直梯。

(6)从甲板下机舱的梯道设置船用钢质斜梯，斜梯宽度为750 mm,倾角小于或等于50°。斜梯设碳钢特涂管单面扶手，踏步端设有铜质防滑条，用铜螺栓与踏步固定。甲板通往二层甲板室斜梯宽为700 mm，倾角不大于50°。

6.5安全设备

本船沿船周围共设2道半圆管钢质护舷材，在2道护舷材间每隔1.2 m设1个橡胶轮胎。护舷材外表面设置橡胶垫片。固定橡胶轮胎的钢丝绳应用橡胶套管，以防止靠泊船舶与加注趸船发生摩擦产生火花。

主甲板及甲板室舷墙及栏杆高900 mm。顶蓬甲板设置围檐板，高800 mm。主甲板未设置栏杆处设置防滑板。

储罐区四周设置高5 m围栏，并设钢丝防护网，以防止船上工作人员因接触低温设备而造成伤害，或岸上外力因素对气罐造成损坏。

6.6警示标志

根据《液化天然气燃料水上加注趸船法定检验暂行规定》要求，本船均应以字体不小于150 mm的高度标示出严禁吸烟、严禁明火、严禁使用手机、低温可燃液体、易燃气体、加油设施等警示标志。

警示标志应设置在便于加注趸船上人员以及周围人员容易看见的位置。

储罐面向水侧和岸测堪划醒目的“LNG”标记，标记应能在夜间识别。标记不应小于3 000 mm长，1 000 mm高。

本船还设置醒目的风向指示标志(风向标)，用于指示LNG泄露后蒸气扩散方向。

7 LNG储存系统

7.1储蓄罐容积及处所

LNG气体储存在2个容积分别为100 m3的双层高真空卧式LNG储蓄罐内，气罐区布置在Fr50～Fr80之间，外部设置钢丝防护网。

7.2储蓄罐与趸船连接方式

储蓄罐依托船甲板作为支撑，储气罐下方设有与主甲板焊接在一起的钢质基座，储气罐鞍座与基座采用螺栓紧固的方式连接。设计基座时，本船储罐基座及加强结构强度按照《钢质内河船舶建造规范》(2016)要求进行有限元直接计算。

8 结语

目前我国内河船舶有20多万艘，若根据交通运输部2013年11月《关于推进水运行业应用液化天然气的指导意见》所提出的，预计到2020年内河运输船舶能源消耗中LNG的比例将超过10%，所以内河届时将有约2万艘LNG燃料船舶。按照每1座LNG加注站能供应100艘船加注要求计算，最终应该有200座LNG加注站才能满足市场需要。由此可见，船用LNG加注站的市场巨大。

200 m3LNG加注趸船是一种新型的为新能源船舶服务的特殊船型，在京杭运河领域有着广阔的市场前景。

[1] 中国船级社.钢质内河船舶建造规范[M].北京：人民交通出版社，2016.

[2] 中国船级社.液化天然气燃料水上加注趸船入级与建造规范[M].北京：人民交通出版社，2016.

[3] 中华人民共和国海事局.内河船舶法定检验技术规则[M].北京：人民交通出版社，2011.

[4] 中华人民共和国海事局.液化天然气燃料水上加注趸船法定检验暂行规定[M].北京：人民交通出版社，2014.

U662.2

A

2017-05-10

陈海涛(1980—)，男，工程师，主要从事船舶设计与研究工作；刘林伟(1983—)，女，工程师，主要从事船舶总体设计工作。