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LNG气罐型式及在某大型耙吸挖泥船上的布置研究

文档作者：张英捷1 李志垒2 于再红1 文档来源： 1. 中国船舶及海洋工程设计研究院 2. 海洋石油工程股份有限公司		点击数：	更新时间： 2021年01月07日
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船 舶 张英捷，等：LNG气罐型式及在某大型耙吸挖泥船上的布置研究 LNG 气罐型式及在某大型耙吸挖泥船上的布置研究
张英捷1 李志垒2 于再红1
（1. 中国船舶及海洋工程设计研究院 上海200011 ；2. 海洋石油工程股份有限公司 天津300461）
［摘 要］ 液化天然气（LNG）燃料具有清洁、经济的优点，大型挖泥船工作于港口、沿海区域，使用LNG 燃料将大大降低
其排放污染，对改善沿岸大气环境有重要意义。文中整理了LNG 燃料船舶的相关规范，阐述国内外LNG 燃料船舶发展现状，
比较不同型式LNG 气罐的特点，并基于某LNG 双燃料大型耙吸挖泥船提出适用的气罐型式和布置。
［关键词］液化天然气；双燃料；挖泥船；LNG 气罐
［中图分类号］ U674.31 ［文献标志码］A ［文章编号］1001-9855（2017）02-0054-05
On type of LNG tank and its arrangement on large trailing
suction hopper dredger
ZHANG Ying-jie1 LI Zhi-Iei2 YU Zai-hong1
(1. Marine Design &amp;amp; Research Institute of China, Shanghai 200011, China;
2. Offshore OiI Engineering Co., Ltd., Tianjin 300461, China)
Abstract: As large dredgers mainly work in the harbor and coastal regions, the application of LNG fuel, which
is clean and economic, will greatly reduce the exhaust pollution. It is of great significance to improve the
atmospheric environment along the coast. This paper summarizes the rules relevant to LNG vessels, presents
the state-of-art of LNG vessels both at home and abroad, and compares the characteristics of the different types
of LNG tank. It finally proposes the suitable LNG tank type and the arrangement for the dual-fuel large trailing
suction hopper dredger.
Keywords: liquefied natural gas(LNG); dual fuel; dredger; LNG tank
收稿日期：2016-07-06 ；修回日期：2016-08-15
作者简介：张英捷（1986-），男，工程师。研究方向：船舶轮机设计研究。
李志垒（1976-），男，硕士，工程师。研究方向：工程船舶和海洋平台电气设备研发。
于再红（1976-），女，研究员。研究方向：船舶轮机设计研究。
DOI ：10.19423 / j.cnki.31-1561 / u.2017.02.054
引 言
随着社会经济的快速发展，全球气候不断恶
化，大气污染问题越来越突出，成为危害人类健康
及制约文明发展的一个重要因素。目前传统石化燃
料的大规模使用是造成大气污染及气候恶化的主要
原因之一，船舶大气污染特别是在港口、海峡和一
些航线密集、船舶流量大的海区，已成为该地区的
主要污染源。与此同时，随着全球对污染物排放
要求的日益严格，特别是船舶航行在排放控制区
（Emission Controlled Area，ECA）、加勒比海和加
利福尼亚区域，强制要求船舶有更低的NOx 和SOx
排放［1］。另外，有关NOx 的IMO Tier Ⅲ排放标准
已在北美排放控制区实施，其他排放控制区也会陆
万方数据
船舶动力装置
2017年第2期 总第165期
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续跟进，这无疑使如何降低船舶发动机的污染物排
放成为一大研究课题。采用传统的燃油，仅靠柴油
机自身无法满足IMO Tier Ⅲ排放标准，需在外部
系统增加反应装置还原排气中的氮氧化物，因此寻
找和推广更环保的替代能源迫在眉睫。
LNG 能源不仅清洁，而且储量充沛，甚至比
石油的储量还要丰富，是解决大气污染的理想能
源。相关研究表明，在相同的功率输出下，设计先
进的天然气发动机，其二氧化碳排放比柴油机约减
少20%，氮氧化物排放约减少80%，硫氧化物和
颗粒排放几乎减少100%［1］。双燃料柴油机在使用
LNG 燃料时，可以轻而易举地满足IMO Tier Ⅲ的
排放标准。
挖泥船作为在港口、沿海航道甚至城市周边河
道疏浚作业的船舶，其排放对城市大气环境影响巨
大。因此，开发使用LNG 能源的绿色挖泥船，将
成为建设绿色环保可持续发展城市的趋势。
当前，阻碍LNG 实船应用的因素中，很重要
的一项是其续航能力弱，原因是LNG 储存罐系统
复杂、要求繁多、布局困难。因此，对于以LNG
为燃料的船舶设计而言，其布置方面的研究是重中
之重。目前，投入运行的LNG 动力船舶为数不少，
但尚未有投入运行的LNG 燃料大型耙吸挖泥船。
如何为其选择合适的LNG 气罐类型，设置合理的
布置位置需要我们进行进一步研究。
1 相关规范规则
1.1 CCS船级社规范规则
在CCS 船级社《天然气燃料动力船舶规范》［2］
中，对LNG 气罐及其附件的布置要求如表1 所示。
表1 CCS《天然气燃料动力船舶规范》对LNG气罐的布置要求
船 型开敞甲板上存储围蔽处所内存储半围蔽处所内存储
海 船距舷侧不小于B/5和0.8 m
距舷侧不小于B/5或11.5 m，取小者；距船底不小于
B/15或2 m，取小者；在任何位置或方向，距船体
外板不小于0.8 m
距舷侧不小于B/5和0.8 m
内河船距舷侧不小于B/10和0.8 m
距舷侧不小于B/10或1.0 m，取小者；距船底不小于
B/15或0.8 m，取小者；在任何位置或方向，距船体
外板不小于0.8 m
距舷侧不小于B/10和0.8 m
另外，针对气罐处所，规范中还作出了如下
规定：
（1）气罐处所系指由船舶结构所围蔽、其内部
设有燃料维护系统的处所。燃料围护系统系指用于
储存燃料的装置（含接头），包括主屏壁和次屏壁
（如设有）以及附属的绝热层和屏壁间空间，包括
必要时用于支持这些构件的邻接结构。若次屏壁是
船体结构的一部分，则它可以是气罐处所的边界。
（2）气罐处所内不应安装可能导致火灾危险的
机器和设备。
（3）气罐连接处所内的设备应能承受低温液体
的泄漏，而不导致其功能丧失。
（4）气罐包括次屏壁（如设有），气罐连接处
所不应与机器处所和具有较大失火危险的其他处所
相邻。如果通过隔离舱进行隔离，则隔离舱的宽度
应至少为900 mm。对于真空绝热C 型气罐，若气
罐外壳距舱壁不小于900 mm，则气罐处所可以作
为隔离舱，但气罐布置在机器处所和其他可能产生
火灾的危险区域上方的情况除外。
1.2 DNV船级社规范规则
DNV 船级社规范［3］中关于气罐布置的要求与
CCS 有所不同，它增加了根据气罐的容积大小规定
的甲板上LNG 气罐与船体的最小距离，与即将生
效的IGF Code 相同，因而比CCS 船级社规范更为
严格。
DNV 规范规定，开敞甲板布置的气罐及其附
件应布置在距离舷侧不少于B/5 的位置，对除客船
万方数据
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船 舶 张英捷，等：LNG气罐型式及在某大型耙吸挖泥船上的布置研究 以外的船舶，气罐距离舷侧可小于B/5 的要求。气
罐边界与船体边界的最小距离在任何情况下不得小
于最小距离d 的限制，d 的定义如下：
（1）Vc ≤ 1 000 m3 时，d = 0.80 m ；
（2）1 000 m3 ≤ Vc < 5 000 m3 时，
d = 0.75+Vc×0.20 / 4 000 ；
（3）5 000 m3 ≤ Vc < 30 000 m3 时，
d = 0.8 + Vc /25 000 ；
（4）Vc ≥ 30 000 m3 时，d = 2 m。
Vc 为20℃时独立气罐的总设计体积，包括附件。
对于布置在围蔽处所的气罐，增加的最小距离
d 的定义与上述定义相同，其余要求与CCS 规范相
同。图1 为DNV 船级社规范对LNG 气罐布置位置
要求的示意图。
图1 DNV船级社规范对LNG气罐布置位置要求的示意图
2 液罐型式及特点
LNG 燃料的储存可采用薄膜型气罐和独立气
罐。薄膜型气罐为非自身支持的气罐，它由邻接的
船体结构通过绝热层支持的一层薄膜组成。独立气
罐为自身支持的气罐，它不构成船体结构的一部分，
对船体强度不是必需的。根据不同的设计方式和符
合标准，独立气罐共分为3 类：A 型、B 型和C 型。
A 型独立气罐系指应用传统船舶结构分析程序
的公认标准进行设计的气罐；B 型独立气罐系指采
用模型试验、精确分析手段和分析方法确定应力水
平、疲劳寿命和裂纹扩展特性进行设计的气罐；C
型独立气罐系指符合压力容器标准的气罐。设计蒸
汽压力P0 是气罐顶部的最大表压，除C 型独立气
罐外，设计压力均不超过0.07 MPa。C 型独立气罐
的设计应按照《天然气燃料动力船舶规范》附录1
中的要求进行。
不同气罐型式的优缺点见表2。
表2 各种气罐的优缺点
型 式优 点缺 点
独立型
A型形状可适应船舱形状，可提高燃料储存量
耐压能力弱（0.07 MPa）；曾出现过绝热事故，可靠
性相对较低；设计、制造经验少
B型
形状可适应船舱形状，可提高燃料储存量；
可适用于国际航行船舶
耐压能力弱（0.07 MPa）；设计、制造经验少；属于
专利技术，需缴纳专利费
C型
耐压能力强；可实现自增压供气，可简化供
气系统；设计、制造成熟；安装方便；造价
相对较低
占用舱室空间大（有测算表明，C型罐占据的空间约
为A型的1.5~2倍）
薄膜型
形状可适应舱型，可提高燃料储存量；可适
用于国际航行船舶
耐压能力弱（0.07 MPa）；需在船舶建成后施工，工
期长；造价较高；属于专利技术，需缴纳专利费
液化天然气
燃料罐
液化天然气
燃料罐
液化天然气
燃料罐
液化天然气
燃料罐
液化天然气
燃料罐
液化天然气
燃料罐
B/15或2 m B/15或2 m
B/5或
11.5 m
d
d
B/5或
11.5 m
B/5或
11.5 m
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船舶动力装置
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3 气罐选型及布置实例
对于LNG 燃料挖泥船而言，气罐的选型和布
置位置除了满足规范要求，还需要结合挖泥船的船
型特点，有效、合理地利用船上空间，根据船型、
布置、尺度等综合因素来确定。设计过程中应尽可
能节约空间或者更有效利用船上空间，扩大气罐容
积，提高续航力。
现以某大型双燃料耙吸挖泥船为例，探讨此
类船型气罐选型及布置研究。该船泥舱舱容约为
12 000 m3，采用一拖二的驱动形式，轴系、调距桨
和发电机由双燃料发动机驱动，而泥泵则由电机驱
动。机舱设置于船舶尾部，舵机舱前，泥舱段位于
平行舯体位置，泥泵舱则布置在泥舱之前。
3.1 气罐选型
从气罐的型式上来看，薄膜型和A、B 型罐可
以适应船体的形状，以液舱的形式布置在船上，一
般设置在平行舯体部分。这个特点使得它们可以更
有效地利用船体内部空间来储存LNG 燃料，但造
价也相对更高。这类气罐在LNG 运输方面更具优
势，但若仅用作燃料储存，则在布置上要求较高，
不够灵活。C 型罐具有设计独立、布置灵活、便于
安装、无气体泄漏、无需维护费用等优点，但缺
点是需要大量空间［1］。从耙吸式挖泥船的布置特
点来看，在泥舱甲板顶部存在较大空间可以用于
LNG 气罐的布置，布置空间较为充足，C 型罐的优
势更为明显。因此，选择C 型罐作为该船的LNG
气罐。
3.2 布置实例
总布置上，主要从泥舱形式和甲板形式两个
角度来考虑，因为这两部分对甲板空间的影响最
为显著。
泥舱形式方面，其平面几何形状大体呈矩形，
而横断面几何形状可以分为两类：具有单列泥门的
V 型泥舱和具有双排泥门的W 型泥舱。为给气罐留
出更大的空间，采用双列泥门W 型泥舱，将泥门油
缸和吸排泥管布置于泥舱两侧，使中部甲板空间更
为充裕。图2 为W 型和V 型泥舱横断面示意图。
甲板形式方面，适用于本船的有W 型单甲板
和全通甲板（如图3 所示）。
图2 W型（左）和V型泥舱横断面示意图
图3 不同甲板形式的泥舱
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船 舶 张英捷，等：LNG气罐型式及在某大型耙吸挖泥船上的布置研究 目前国内泥舱舱容在万方左右的船型大多为
单甲板、高泥舱围板型式，原因有二：首先是作业
环境条件大多为港内以及沿海，海况条件较好，甲
板上浪情况不严重，故干舷较小；其次是挖深较
小，多为一拖三复合驱动，耙管大多布置在泥舱
后部，耙管易于布置。随着一拖二驱动型式广泛应
图4 本船主甲板气罐布置
用以及超大型耙吸挖泥应运而生，全通甲板形式的
船型也就脱颖而出，其优点是具有较高的强度和刚
度。较大的干舷适用于不同的作业海况，较大的甲
板宽度便于甲板布置。这个特点也同样有利于甲板
LNG 气罐的布置。因此，本船采用全通甲板形式。
图4 为本船主甲板气罐布置图。
4 结 论
本文对船用LNG 气罐布置的船级社规范相关
要求进行整理，并对各类气罐的特点进行分析和
归纳。在此基础上，以某LNG 双燃料大型耙吸挖
泥船为例，对LNG 气罐型式和船舶布置进行研究，
并提出采用C 型气罐、双列泥门、全通甲板、气
罐布置于泥舱甲板中部的布置型式。希望该文能对
同类型船舶的研究有所帮助。
［参考文献］
［1］ 周志贤，杨令康，吴海荣. LNG 双燃料动力船舶设计
探讨［J］. 船海工程，2014（ 2）：154-156.
［2］ 中国船级社. 天然气燃料动力船舶规范［S］. 2013.
［3］ DNV. Rules for Classification of Ships / High Speed， Light
Craft and Naval Surface Craft， Part 6， Chapter 13， Gas
Fuelled Ship Installations［ S］. 2014.
［4］ 顾俊，王凡超，刘奕谦. 6 500 m3 液化气运输船鞍座结
构强度分析［J］. 船舶，2015（ 4）：77-83.
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