【干货】LNG运输船货舱型式及货舱围护系统简介（之一）

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前言

关于LNG船的货舱围护系统，因为我本人从来没有在造船厂工作过，所以写起来很有班门弄斧之嫌，不过我的出发点是给对LNG船有兴趣的读者一个简单的介绍，让大家对目前的几种LNG船货舱围护系统有一个基本的印象，所以虽然不是太专业，但还是想写一下，毕竟LNG船货舱围护系统是LNG船最核心的技术所在，而且对于不同的货舱围护系统，在实船工作的时候还是有一些不同的，所以在写货舱围护系统的同时结合我本人的工作经验给大家介绍一下，如有疏漏之处，还请专业人士指正，让我们互相学习，共同进步！

1 目前常见的几种LNG船货舱形式及货舱围护系统

根据IMO对货舱及围护型式的分类，目前LNG船货舱主要有如下几种

  • 自持型货舱TYPE B中的MOSS型货舱及围护系统

  • 自持型货舱TYPE B中的SPD型货舱及围护系统

  • 自持型货舱TYPE C 型货舱及围护系统

  • 薄膜型货舱中的NO.系列货舱及围护系统

  • 薄膜型货舱中的MARK系列货舱及围护系统

  • 薄膜型货舱中的CS1系列货舱及围护系统

根据货舱温度和压力分类的话，个人观点是LNG船都应该认为是全冷型液货船，即使使用TYPE B MOSS型或TYPE C型LNG船的货舱可以承受一定的压力，但是由于LNG货温会随着舱压的升高而升高，进而使得货温超过货主要求的温升标准（见本人撰写的杂谈之二内容），故此即使该货舱可承受一定的压力，在航行中仍应该按照全冷型液货船控制舱压与舱温。

如果根据IMO船舶型式—船舶生存能力分类的话，通常大型LNG船都属于2G型，而小型LNG船（如船长小于150米）则属于2PG型船舶。

2 薄膜型液货舱及货舱围护系统

之所以首先把薄膜型液货舱及货舱围护系统拿出来说，是因为我国目前已建成的大型LNG船都是薄膜型的，所以下面首先和大家聊一聊薄膜型的液货舱及货舱围护系统。

（1）     薄膜型液货舱及货舱围护系统的发展历史

薄膜型技术，首先是由法国开发，于1965年推出，它先后为瑞典，比利时，意大利及韩国所采用。最初是两家公司独立设计发展的GT型和TG型两种，随着1994年两家公司合并，最后的薄膜型液货舱型式被统称为GTT薄膜型，我们国内最常听到的NO.96型液货舱就是NO系列薄膜型液货舱的一种，还有一种比较常见的是MARK系列薄膜型液货舱，笔者有幸于2007-2008年之间两次上过英国BP公司的MARK III型薄膜型液货舱的LNG船工作过两个合同期，所以对于该液货舱的情况也有一个大概的了解。

（2）     薄膜型液货舱的种类，历史及现状

NO系列薄膜型液货舱在发展的过程中先后有NO.82，NO.85，NO.88，NO.96等型号，我国沪东中华造船厂已建成的大型LNG运输船基本都是NO.96型液货舱，是沪东船厂与法国大西洋船厂合作获得的专利技术，后期经沪东船厂对该货舱围护系统进行了不断的改进，相继推出NO.96-L03和NO.96-L03 等型号，将自然蒸发率由0.15%降低至约0.1%，进步还是相当大的。下图是NO.96货舱内部情况：

MARK系列薄膜型液货舱同样经历了MARK I，MARK II，MARKIII到目前最新型的MARK V的发展，我国到目前为止还没有已建成的MARK系列液货舱LNG船，不过令人欣慰的是，就在本文成文之前不久，江南造船宣布接获2艘8万立方米的LNG船订单，这两条船会采用GTT公司的MARK III Flex薄膜型货物围护系统，开国内LNG船建造MARK系列薄膜舱先河，相信这两艘船建好之后，我国在建造MARK系列薄膜舱LNG船的前景会越来越好。下图是MARK III型货舱的内部情况：

通过两张照片可以明显的看出这两种货舱型式主屏蔽的不同之处，后面我会具体对这两种货舱的围护系统做一个简单的比较，以便大家更容易理解它们之间的异同之处。

CS1系列货舱其实就是将以上两种货舱的围护系统做了一个结合的尝试，不过好像在结合的过程中，该型式表现并不太好，在此我就不介绍关于它的情况了。

（3）     NO系列薄膜型液货舱及货舱围护系统建造流程简述

目前的LNG船都是双船壳结构，所以薄膜型货舱的基础就是内船壳，下面简要列出NO.96型货舱建造的基本步骤，在介绍之前先给大家看一张照片，是我在大连海事大学培训期间拍的沪东船厂第一个项目LNG船“申海”轮的次屏蔽结构模型。

  • 首先在内船壳上打点划线，将连接件的基座焊接到内船壳上。

  • 然后在制作好的绝缘箱的底部涂上树脂，树脂的用处主要是用来调节绝缘箱与船体的间隙，保证围护系统的平整度要求。

  • 然后将绝缘箱铺在内船壳上，用连接件固定好,绝缘箱中间空隙用层压板填上。

  • 接下来将殷瓦钢卡舌装入绝缘箱上部，然后铺上殷瓦钢进行焊接

  • 至此，次层绝缘箱和次层殷瓦钢就安装完成了，完成后，要对次层殷瓦钢膜进行密性试验，强度试验，承载试验，氦气泄漏试验及全舱密性试验等。

  • 接下来进行主层绝缘箱，主层殷瓦钢的安装和主层殷瓦钢膜的密性试验。

  • 完成之后，一个NO.96型薄膜舱就算全部完成了，例图如下。

对于NO.96型薄膜舱，其一些基本数据如下

  • 建造一艘LNG船，大约一共需要制造56000个绝缘箱。

  • 全船的殷瓦钢焊接一共约为130千米，其中约10千米需要手动焊接。

  • 绝缘层的厚度约为530毫米（主层230毫米，次层300毫米），

  • 绝缘层的重量约为138公斤/平方米

  • 绝缘层的材料为层压板和珍珠岩（填充到绝缘箱内）

  • 主次屏蔽均使用500毫米宽，0.7毫米厚的殷瓦钢，殷瓦钢的组成简单来说就是含36%镍的合金钢。

  • 对于改进型的NO.96-LO3和NO.96-L03 ，使用玻璃棉和聚氨酯泡沫代替了珍珠岩，从而使货舱的自然蒸发率从约0.15%降低到了约0.1%，沪东造船厂后期建造的LNG船基本都使用NO.96-L03 型号的货舱围护系统。

（4）    MARK系列薄膜型液货舱及货舱围护系统建造流程简述

以MARK III型为例，MARK III 型薄膜舱的建造过程和NO.96型薄膜舱的建造过程类似，只不过使用的材料及厚度不同，下图为MARK III 主绝缘层及主屏蔽图片：

  • 其基底同样是船舶的内船壳，打点划线，焊接连接件等都是一样的

  • 然后在内船壳上铺上9毫米厚的层压板，层压板上用170毫米的聚氨酯泡沫作为次绝缘层。

  • 次屏蔽是约0.6毫米厚的用两层玻璃丝布中间夹上一层铝箔所构成的三层结构构成的。

  • 次屏蔽上面再铺上一层100毫米厚的聚氨酯泡沫作为主绝缘层。

  • 主绝缘层上面铺一层12毫米厚的层压板。

  • 然后将固定带安装在12毫米厚的层压板上。

  • 最后将主屏蔽焊接到固定带上，MARK III的主屏蔽是1.2毫米厚的304L不锈钢，其主要组成简单来说就是含8-12%的镍和18-20%的铬的镍铬合金钢。

  • 主屏蔽焊接好了之后，一个MARK III型薄膜舱就算全部完成了，例图如下。

对于江南造船厂即将建造的MARK III Flex型薄膜舱，与MARK III型的区别在于，将次绝缘层的厚度从170毫米增加到300毫米，则总的绝缘层厚度从270毫米增加到400毫米，从而将货舱自然蒸发率从约0.15%降低到约0.1%。

（5）    NO.96型薄膜舱与MARK III型薄膜舱的比较

比较内容

NO,96型薄膜舱

MARK III型薄膜舱

约0.15%蒸发率时绝缘层厚度

530毫米

270毫米

绝缘层重量

138公斤/平方米

73公斤/平方米

绝缘层使用的材料

层压板与珍珠岩

强化聚氨酯泡沫

次屏蔽使用的材料

  1. 7毫米殷瓦钢

  1. 6毫米玻璃丝夹铝箔

主屏蔽使用的材料

  1. 7毫米殷瓦钢

  1. 2毫米304L合金钢

次绝缘层空间体积

约6000立方米

约650立方米

主绝缘层空间体积

约4000立方米

约450立方米

次绝缘层空间氮气压力设定

  1. 2-0.4KPA（G)

主 0.2与主 0.7之间

主绝缘层空间氮气压力设定

  1. 4-0.6KPA（G）

  1. 5-1KPA（G）

次绝缘层安全阀开启压力设定

  1. 0KPA

  1. 5KPA

主绝缘层安全阀开启压力设定

  1. 0KPA

3KPA

3 这两种薄膜舱的优缺点之我见

由以上比较可见，由于这两种薄膜舱的一些区别，那么在实船建造与管理时也就有一定的区别，我个人认为主要有以下几点：

  • 在相同自然蒸发率的条件下，NO.96的绝缘层厚度大大大于MARK III型，那么在建造相同尺度的LNG船时，显然MARK III型货舱的舱容会比NO.96大一些。

  • 因为绝缘层重量的区别，同样，在建造相同尺度的LNG船时，NO.96型船舶的重量显然会比MARK III型重一些。

  • 由于使用的次屏蔽材料不同，因为NO.96的主次层屏蔽同样都是使用的殷瓦钢，那么相对而言，当发生主屏蔽泄漏时，NO.96型货舱的安全性会比MARK III型略高。

  • 由于主次绝缘层空间的区别，NO.96型货舱的氮气消耗量会大于MARK III型。

  • 应注意的是，两种货舱的绝缘层空间氮气压力设定的区别，NO.96型货舱是主绝缘层压力＞次绝缘层压力，而MARK III型的货舱则是主绝缘层压力＜次绝缘层压力。

4 这两种薄膜舱在实船工作管理中的一点经验

（1）这两种薄膜舱在实船上绝缘层氮气的供给与控制的区别。

  • NO.96型货舱的绝缘层氮气供给是四个货舱由两根氮气主管分别给主绝缘层和次绝缘层供氮气，通常进气控制阀设置在压缩机间内，而在同样的供气管路上设置有排气控制阀，通常设置在上甲板2号货舱附近，进排气控制阀的设定压力不同，通常排气控制阀的设定压力比进气控制阀的设定压力大0.2KPA。这种设计的缺陷是一旦船舶在大风浪时摇晃剧烈，会造成大量氮气涌向船头，使排气控制阀超过设定压力开启，而此时进气控制阀处压力会低于设定值，造成进气阀也开启，不断往管路内补充氮气，进而造成氮气实际上没有进入绝缘层而是直接从前部的排出阀排出了，因为大量氮气的消耗，进一步造成氮气发生器产量不足以补充氮气储罐的消耗，最后可能造成氮气低压保护，低载压缩机等应急停止。在遇到类似的情况时，应将氮气供排气阀转到手动控制，调节氮气进出绝缘层的数量，进而控制绝缘层氮气压力。

  • 而MARK III型货舱的氮气供给是单舱控制的，即每个货舱都设有氮气进出控制阀，所以相对而言出现NO.96型货舱的情况的可能性不大。

（2）这两种货舱绝缘层抽真空设备的区别

  • NO.96型货舱因为绝缘层空间较大，通常在压缩机间会布置两台大流量真空泵，用于在进厂修船时将绝缘层抽真空，避免绝缘层压力过大造成主次屏蔽殷瓦损坏。

  • 而MARK III型因为绝缘层空间较小，所以一般不设固定式真空泵，需要时使用移动式真空泵进行抽真空操作即可。

（3）这两种货舱型式在甲板上的区别

这两种货舱在甲板上可在液穹（关于液穹的描述见本人撰写的列杂谈之三）处看到明显的区别，如下图所示：

MARK III型薄膜舱的液穹有一个明显的方形凸起，在装卸货期间要对这个凸起的空间灌水以防止液货泄漏，而NO.96型的液穹是没有该凸起的，在装卸货期间应在附近备好消防皮龙以防止液货泄漏。

5 总结

备注：本人所著文章，内容及图片主要有如下几个来源：

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