A型液舱超大型全冷式液化气船结构设计研究

A型液舱超大型全冷式液化气船结构设计研究

施凌

江南造船（集团）有限责任公司  201913  上海市

摘要：超大型全冷式液化气船（VLGC）是液化气船中结构最为复杂的船型，其结构设计是该高附加值船型的关键点和难点。从VLGC结构设计的角度，阐述了中横剖面设计、温度场计算、菱形液舱设计、支承系统设计、结构布置、低温钢焊接、晃荡分析及有限元强度和振动分析等，通过近600项工艺评定，攻克了关键技术。这些研究为该型船舶的成功研制和实船建造打下了坚实基础。

关键词：A型液舱；超大型；全冷式液化气船；结构设计；

引言

大型 LNG船舶建设工程具有规模大、技术难度高等特点，其建设过程中存在工期延误、资金风险、技术风险等诸多风险与挑战。包括人事、环保等方面的管理。对工程工期进行合理的计划与控制，可以降低工程延期的危险。从财务管理角度看，通过对项目的预算与费用进行合理的控制，可以降低项目的资本风险，降低项目的收益。

1.超大型全冷式液化气船概述

大型全冷式液化气船船是一种特殊的 LNG船，它是一种体积巨大、装载容量大，主要用来输送 LNG等液化气体的特种船。相对于常规的天然气存储， LNG由于其能量密度高、输送方便等优势，在整个能源链中占有举足轻重的地位。大型冷藏液化天然气船舶建设工程即为此类特种船舶的设计、制造与试验。本课题由船体结构设计、系统综合、设备选择及产品组装组成。为了保证该项目的成功实施，必须在项目经理、设计师、工程师及技术人员之间形成良好的协作关系。

2.液化气船船体结构分析

2.1液化气船船体结构的组成和特点

液化石油气船壳体是由船壳、船底、舱室及隔板构成的。而作为船舶最重要的受力构件之一，双层壳体是船舶设计的重要组成部分，为增强船体的强度及耐撞性，人们普遍使用双层壳体。它主要承担着船只的自重与压力，通常包括甲板与纵肋。贮藏室是贮存液化天然气的场所，在设计时应充分考虑贮存时的稳定性及流体的流动性。隔离墙的作用是将各个舱段隔离开来，保证运输的安全。液化石油气船的艇身具有轻质、高强、耐振动等优点，能够在保证其安全稳定的前提下，满足各种复杂多变的海上环境与航海要求。

2.2存在的问题及原因分析

由于液化石油气船船体结构过于保守，船体自重大，建造周期长。究其原因，是由于传统船型设计中缺乏对材料强度、服役环境等因素的考虑，以及传统船型设计过于保守等原因。另外，由于其复杂的结构，使得其设计、建造都比较困难，造成了制造周期较长、投资费用较高的问题。为解决目前 LNG船存在的问题，需要从船体强度、自重和建造等方面进行优化设计，提出更加合理、经济、高效的 LNG船船型设计方案。

3.液舱结构设计优化

3.1考虑材料选择和结构配置

在选用这种材质时，一定要保证它的强度和抗腐蚀能力，以应付恶劣的液化环境。另外，在船体自重分配的情况下，船体的构型也是十分重要的。通过对液体舱段进行适当的载荷分布，可以有效地改善其稳定性能，降低其发生倾覆的危险。所以，在进行建筑工程的初期，必须对建筑的材质与构造进行全面的考量，才能保证工程的最优效果。

3.2考虑安全性能

其中还涉及到了诸如撞击、起火等突发事件，并研究了降低液体容器受冲击的方法。通过加强隔离及安全系统，可以将意外危险降到最低，进而提升液体舱的安全性能。另外，为了保证在任何条件下都能保持合适的姿势，降低意外发生的几率，还需要考虑到船体的稳定度及浮升力。

3.3注重维护和监测

通过对储罐进行周期性的检测与维修，可以有效地提高储罐的使用寿命，从而保证储罐在运行过程中仍能发挥最大的作用。另外，该监控系统还能够对储液槽运行状态进行实时监控，从而对可能出现的问题进行检测和处理。这些预防措施对提升舰船运行的可靠性与安全性具有重要意义。

3.4综合考虑因素的优化方案

在此基础上，提出了一种基于多因子的最优设计方法。在保证一定的强度与稳定性的前提下，对其进行结构形态的优选，使其达到轻质船型的目的。针对船舶的通航条件及交通要求，对材质进行了适当的选材，并对材质进行了优选，从而达到了减重的目的。同时，从建设费用角度出发，通过引进先进的生产工艺及项目管理方法，以改善产品的生产效果及品质监控。在此基础上，提出了采用新型动力系统和提高船舶燃料利用率的措施。最终，在此基础上，对结构进行全面的性能评价，获得结构强度、重量和建造成本等多目标的最优结构参数。这种一体化的设计方法能够使船舶整体的整体性能达到最优和最优的状态。

3.5液舱强度试验

IGC要求每一个单独的钻石型液体容器都要做一个强度测试（流体压力测试或液压压力测试），测试环境要尽量接近真实的液体容器和支撑座的负载。按照有关标准及船级社的规定，应尽可能地对真实运行状态下的载荷进行仿真，包括静、动态载荷，并对其进行检验。因本工程所用的液体容器的设计密度是“1.0”，所以采用气压式气压法，将中间纵向隔墙与液体隔墙的强度分为两个部分。在编制强度测试软件时，除了要检查液体仓的结构强度外，还要检查船壳的浮动状态，还要检查船壳的强度。TYPEA式单体体积约20000m3，因此，在实验过程中需要大量的水，为了确保紧张的港口工期，需要事先做好计划和安排；对全过程进行梳理。因为常规的强度测试都是在船坞中完成的，因此如果前期水泵、水源等方面没有做好充分的规划和前期的工作，势必会对港口的工期造成很大的影响。

3.6液舱晃荡载荷分析

国际集装箱组织建议，在进行局部加载的过程中，必须考虑到由于船体的移动而导致的晃动将带来很大的负荷。对于 A类的单独储液容器，通常没有加载约束，因此有必要进行晃动的计算。在实际操作过程中，空贮液仓内的液体会产生晃动，这是一种十分复杂的流动现象，需要采用高阶的非线性数值模拟来对其进行求解，对因晃动而产生的碰撞负荷进行评价。因此，考虑到船舶在较低的外界荷载下，有可能发生剧烈的晃动及损伤，因此，对船舶进行晃动荷载评价及结构的强度计算具有重要意义。

4.进一步研究展望

未来研究的重点在于：探索 LPG船舶船型结构的最优设计，从结构形式、材料选择及加工技术三个层面进行综合分析，从而提升船舶的综合效能与经济性。本项目拟通过理论分析和数值模拟相结合的方法，对 LPG船舶进行多工况、多工况条件下的船舶水动力特性分析，并对其进行优化，从而达到改善船舶行驶稳定及抵御风浪的目的。在此基础上，对液化石油气船舶船体进行可再生利用，提高其可拆卸性，提高其循环利用效率，减少对环境的污染。通过本项目的研究，为我国液化石油气船舶船型优化设计提供理论依据和技术支撑。

5.结束语

我们深入探讨了提升液舱的安全性能，强调了设计、施工工艺改进和维护监测的重要性。这些策略的综合应用将有助于降低液化气船舶运营的事故风险，提高可靠性和安全性。液舱的安全性能不仅关系到船舶运营，还直接影响到能源供应链的稳定性。因此，我们必须始终致力于不断改进液舱的安全性能，以确保液化气运输行业在未来能够持续发展，并满足能源需求的安全和可靠供应。

参考文献

[1]柳梦源.基于CATIAV6的某液化气船结构设计研究[D].上海交通大学,2020.DOI:10.27307

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