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液化石油氣船

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液化石油氣(Liquefied petroleum gas,簡稱LPG)船主要運輸以丙烷和丁烷為主要成份的石油碳氫化合物或兩者混合氣,包括丙烯和丁烯,還有一些化工產品,近年來乙烯也列入其運輸範圍。

液化石油氣(Liquefied petroleum gas,簡稱LPG)船主要運輸以丙烷和丁烷為主要成份的石油碳氫化合物或兩者混合氣,包括丙烯和丁烯,還有一些化工產品,近年來乙烯也列入其運輸範圍。依據載運各種氣體的不同液化條件而分為全壓式(裝載量較小)、半冷半壓式(裝載量較大)和全冷式(裝載量大)。液化氣船因其特殊用途而產生了各方面的特殊要求,其技術難度大,代表當今世界的造船技術水平,船價為同噸位常規運輸船的2~3倍,是一種高技術、高附加值的船舶。

1 液化石油氣船 -LPG船分類


LPG船按貨物運輸方式分為全壓式、半冷半壓式(冷壓式)和全冷式三種船型。

(1)全壓式運輸
又稱常溫壓力式,是把貨物置於常溫條件下加壓超過蒸發氣壓的壓力,使貨物變成液化狀態。少數氣體諸如乙烷、乙烯、甲烷在高於臨界溫度下再加壓也不液化。全壓運輸船的船艙不需設置隔熱與低溫冷卻設備。通常最高設計溫度為45℃,最高設計壓力為1.75-2.0MPa之間。江南造船廠建造的中國第一艘3000m3LPG船,其設計工作壓力即1.75MPa,通常全壓式LPG船的艙容量都在5000m3以下。
 
(2)半冷半壓式運輸
又稱低溫加壓式,第一艘該型船建於1959年,容積為2100m3。60年代初期在歐洲,由於低溫技術研究趨於成熟,陸續建成一大批。目前以德國的船隊見多。這類船早期冷卻工作溫度為-5℃左右,壓力0.8MPa左右,運載液化氣接近於全壓式LPG船,現已很少建造。近來,這類船分為兩類,較多的冷卻溫度為-48℃,少數運載乙烯的為-104℃,工作壓力為0.5-0.8MPa,江南造船廠建造的4200m3和16500m3LPG船分別屬於該兩種船型。通常該類船最大艙容量不超過25000m3,新研製的30000m3LPG船可謂是該型船之最。
 
(3)全冷式運輸
又稱為低溫常壓型,液化氣貯存於不耐壓的液艙內,處於常壓下的沸騰狀態。液艙設計壓力一般為0.025MPa,單個液艙容積很少受限制,適宜建造大型船舶,容量大都為50000-100000m3。
 
液艙結構型式:
(1)非獨立型整體液艙式
 (2)內部絕熱貯艙式
(3)獨立式液艙。該液艙可分為A、B、C三型,它們均非船體的構成部分,呈自持式。
 
A型獨立艙:該型液艙多由平面結構組成,液艙最大允許設計壓力不大於0.07MPa,在大型全冷船上採用該型式較多,工作溫度不低於-55℃。
 
B型獨立艙:要進行精確的結構應力分析和模型試驗,包括採用有限元,殼理論,某些場合可適當使用框架分析手段。屈曲、疲勞壽命、塑性形變都屬考慮範圍。液艙型式有稜柱形和迴轉球形,壓力小於0.07MPa。LNG船用此型式較多。
 
C型獨立艙:C型艙有單罐、雙耳和三葉型三種,按壓力容器準則設計。設計壓力常取1.8MPa,不超過2MPa。中國目前建造的全壓式和半冷半壓式LPG船皆屬於此範疇。該船不需要設置屏蔽,技術狀態成熟。

2 液化石油氣船 -國內外LPG船報道

「Franders Tenacity」號是日本川崎重工坂出船廠1996年5月建成的84000立方米全冷式LPG/液氨運輸船,該船是LPG船中容積最大的一類船舶。總長:230.00米,垂線間長:219.70米,型寬:36.00米,型深:2l.90米,吃水:11.60米,總噸:47027總噸  載重量:54135噸,主機型號:川崎製造MAN B&W 5S70MC型柴油機,最大功率:18300馬力,服務航速:17.5節。該船主要用於運輸丙烷、丁烷、無水氨等貨物,採用IMO獨立A型貨艙結構,4個貨艙均為棱形,材料為碳錳合金鋼,液艙溫度最低可降低至零下48℃。每貨艙配有2台電動深井泵,裝卸速度600米/小時,2台增壓泵和貨艙加熱系統可將液化氣在臨界溫度以下輸送到岸上。
 
江南造船(集團)有限責任公司製造的22000m3半冷半壓式液化氣船能同時裝運三種不同密度的液化氣和部分化學品,最低設計工作溫度-104℃,最大壓力4.7bar。主要研究內容包括:開發了一個能滿足各種吃水狀態的船型;解決了滿足貨種及裝載工況繁多情況下(破艙工況接近3000種)的完整穩性的難題,極大地提高了船舶安全性;實現了在無甲板、弱結構下安全下水的關鍵技術;攻克了超低溫(-104℃)、高強度、高鎳合金鋼材料建造液罐的焊接關鍵技術;實現國內液化氣船複雜液貨系統設備模塊化製造技術,贏得世界造船市場的良好聲譽。
 
國外大型全冷式LPG船有:World Bridgestone 全冷式74,000m3LPG船、Yuyo Maru 10 47,500 m3 LPG/石油產品混和船、Danian Gas 26,000 m3全冷式LPG船、Gaz Fountain 40,232 m3全冷式LPG船和Nippon Kokan公司建造的La Forge 70,793 m3LPG船。

3 液化石油氣船 -國內外部分LPG船主要相關指標

                            裝載量                  運載形式
江南造船            22000m3             半冷半壓式
滬東造船             8400m3              半壓半冷式
Franders            Tenacity 84000m3 全冷式A型
World Bridgestone 74000 m3         全冷式
Danian Ga        26000 m3              全冷式
Gaz Fountain      40232 m3           全冷式

4 液化石油氣船 -LPG儲罐注水堵漏工藝

1 注水堵漏的工藝方案

(1)LPG的性質
①氣態LPG的密度比空氣大,泄漏后積聚在地面附近散。易擴散,LPG爆炸極限約為2%~9%,爆炸下限較低一旦發生泄漏,LPG可以在小範圍內很快形成爆炸性混合氣體,非常危險。
 ②液態LPG比水輕。
③LPG飽和蒸氣壓較高,氣化速度快,在由液態變為氣態過程中,短時間內可吸收大量的熱量。如果噴到人的身體上,會導致皮膚表面局部降溫而造成凍傷。

(2)工藝原理
由於液態LPG比水輕,如果儲罐底部閥門、法蘭及連接件處發生泄漏,可以通過工藝管道向儲罐內注水,用水托起LPG,使LPG與泄漏點隔離,降低LPG泄漏到周圍環境中的可能性[2,3]。為實施堵漏、倒罐等措施爭取時間,並減少了液態LPG的噴出量,減少對操作人員的傷害。

(3)工藝流程
工藝流程見圖1。水泵與消防水管和消防水池相連,確保供水的連續性和可靠性。泵出口的兩條管道必須加裝止回閥,一旦LPG管道壓力較大時,LPG不會逆向流入消防水管道中。LPG常溫下飽和蒸氣壓較高,約0.4 MPa~0.8 MPa,所以選泵時應選取揚程較高的泵,確保使水順利進入儲罐。宜再並聯一台備用泵,情況危險時兩台泵可同時工作,更可靠。

 (4)工藝的實施
 生產中一旦發現泄漏,找到泄漏點后,當判斷其他方法難以實施時,立即開泵注水。如果泄漏點較小,因在泄漏過程中LPG迅速氣化吸熱,使泄漏點周圍溫度急速下降,水到達泄漏點后遇冷結冰形成冰堵,可以起到暫時堵漏的作用。如果泄漏點裂口較大無法形成冰堵,繼續向儲罐內注水。因液態LPG比水輕,所以注入儲罐里的水將LPG托到水面上,使LPG與泄漏點隔離。此時從泄漏點噴出的主要是水而不是純LPG,再採用具他方法堵漏。在堵漏過程中,可打開儲罐頂部放散閥,放散氣態的LPG,這樣既不易形成危險,又使儲罐內壓力降低。

(5)工藝的優點
①此工藝流程簡單,啟動迅速,見效快,易於實現,能起到應急作用。
②從泄漏點噴出的液體主要是水,減少了堵漏過程LPG的噴出量,延遲了爆炸性混合韌的形成,降低了操作人員發生凍傷的危險性,降低了操作難度,為實施堵漏、倒罐等措施爭取了時間。
③實施對空放散降低了泄漏點壓力,便於堵漏。

5 液化石油氣船 -參考資料

http://www.in-en.com/gas/html/gas-1028102872175369.html

http://www.in-en.com/gas/html/gas-1026102658175367.html

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