LPG

LPGCOSCO（SHANGHAI）SHIPYARDCO.，LTD陈昕LPG船的液货系统液化石油气（Liquefiedpetroleumgas，简称LPG）船主要运输以丙烷和丁烷为主要成份的石油碳氢化合物或两者混合气，包括丙烯和丁烯，还有一些化工产品，近年来乙烯也列入其运输范围。依据载运各种气体的不同液化条件而分为全压式(装载量较小)、半冷半压式(装载量较大)和全冷式(装载量大)。液化气船因其特殊用途而产生了各方面的特殊要求，其技术难度大，代表当今世界的造船技术水平，船价为同吨位常规运输船的2～3倍，是一种高技术、高附加值的船舶。LPG船分类：LPG船按货物运输方式分为全压式、半冷半压式（冷压式）和全冷式三种船型。（1）全压式运输又称常温压力式，是把货物置于常温条件下加压超过蒸发气压的压力，使货物变成液化状态。少数气体诸如乙烷、乙烯、甲烷在高于临界温度下再加压也不液化。全压运输船的船舱不需设置隔热与低温冷却设备。通常最高设计温度为45℃，最高设计压力为1.75－2.0MPa之间。通常全压式LPG船的舱容量都在5000m3以下。（2）半冷半压式运输又称低温加压式，第一艘该型船建于1959年，容积为2100m3。60年代初期在欧洲，由于低温技术研究趋于成熟，陆续建成一大批。目前以德国的船队见多。这类船早期冷却工作温度为－5℃左右，压力0.8MPa左右，运载液化气接近于全压式LPG船，现已很少建造。近来，这类船分为两类，较多的冷却温度为－48℃，少数运载乙烯的为－104℃，工作压力为0.5－0.8MPa，通常该类船最大舱容量不超过25000m3，新研制的30000m3LPG船可谓是该型船之最。（3）全冷式运输又称为低温常压型，液化气贮存于不耐压的液舱内，处于常压下的沸腾状态。液舱设计压力一般为0.025MPa，单个液舱容积很少受限制，适宜建造大型船舶，容量大都为50000－100000m3。液舱结构型式：（1）非独立型整体液舱式（2）内部绝热贮舱式（3）独立式液舱。该液舱可分为A、B、C三型，它们均非船体的构成部分，呈自持式。A型独立舱：该型液舱多由平面结构组成，液舱最大允许设计压力不大0.07MPa，在大型全冷船上采用该型式较多，工作温度不低于－55℃。B型独立舱：要进行精确的结构应力分析和模型试验，包括采用有限元，壳理论，某些场合可适当使用框架分析手段。屈曲、疲劳寿命、塑性形变都属考虑范围。液舱型式有棱柱形和回转球形，压力小于0.07MPa。LNG船用此型式较多。C型独立舱：C型舱有单罐、双耳和三叶型三种，按压力容器准则设计。设计压力常取1.8MPa，不超过2MPa。我国目前建造的全压式和半冷半压式LPG船皆属于此范畴。该船不需要设置屏蔽，技术状态成熟。液化气的储存状态可分为常温压力式、低温常压式和低温压力式。前两者是通过控制压力或温度，使液化气保持在液货的状态下进行储藏和运输的。它主要由以下几个部分组成：1)液罐LPG船的液罐包括储货液罐和甲板罐。储货罐主要用于储货；甲板罐用于换货、临时存储。2)跨接系统用于装卸货。主要由深井泵、增压泵、液压遥控阀等组成。3)再液化系统船舶在运输途中，外界温度高于液罐内部温度。随着热量被逐渐传人液罐内，一部分液化气吸热蒸发，罐内压力逐渐升高，将超过液罐设计压力；这时，必须立即启动再液化系统。或者，当装载岸上的液化气气体货物时，也可启动再液化系统，把液化气气体货物液化后装人液罐。再液化系统由压缩系统和制冷系统组成。主要设备有：货物压缩机、制冷压缩机、热交换器、冷凝油分离器、乙烯蒸发器等组成。4)惰性气体系统惰性气体系统是十分重要的安全保护装置。主要由惰性气体发生装置、空气压缩单元、空气干燥单元等组成。惰性气体可以用于卸货后液罐内的冲氮保护，也可用于清洗，然后装载其他品种的液化气，也可对液罐与货舱之间空隙处的充氮正压保护，以及对甲板卸货区域内的氮气安全保护等。5)海水系统用于冷却压缩后的液化气。海水管为镍铜管。6)其他系统有加热和防冻的水／乙二醇系统、清洗液体系统、压缩空气系统、透气、放泄系统、液压遥控阀系统、气体探测系统、水幕喷淋系统。液化气船货物操作设备及附属系统一、货物管路和阀门1、货物管路液化气船通常在船中部设有横跨左右舷的液相和气相装卸总管。总管与通到液货舱的液相和气相管相连接。液相管从气室引至每个液货舱的底部，气相管从每个液货舱顶部气室引出。每一个液货舱一般设有一根液相装货管，一根液相卸货管、一根气相管和一根压力释放阀、泄压排气管。部分液货舱还设有液货喷淋管、净化管、扫舱管等。下图为半冷/半压式液化气船液货舱圆顶盖上部管系布置图。取样口通风蒸气冷凝液液体扫舱电子马达卸货半冷/半压式液化气船液货舱圆顶盖上部管系布置图2、阀门管路的连通和截止都是依靠阀门来控制的。对于压力释放阀最大调定值大于0.07MPa（表压）的压力式液货舱，所有液相和气相管与液货舱连接处，以及船岸连接装卸总管处，都装设两道阀门，一个为手动阀门，另一个为与之串联的遥控阀门。对于压力释放阀最大调定值小于0.07MPa的非压力式液货舱，则可只装一个可就地人工操作又可遥控操作的遥控阀门。液化气船货物管路上的阀门一般是截止阀、球阀、旋塞阀、闸阀或蝶阀等，这些阀门有些是手动的，也有些是用气压或液压驱动的，有些可以现场操作，也有些可以现场或遥控操作。另外，还有一些特殊用途的阀门，如单向阀（止回阀）、压力释放阀、应急切断阀等。LNG船和乙烯船货物管路上的球阀还应有特殊结构以释放阀内部压力。液化气船上所有阀门都应是耐火的。二、液货泵液化气船一般都设有液货泵供卸货用。只有少数小型的压力式船不设液货泵，而是利用压缩机对液货舱加压卸货。如果液货舱在营运期间不可能修理液货泵时，则必须要有其他的卸货替代措施，否则每个货舱要配2台液货泵。由于压力式货舱可用货物压缩机加压卸货，故每个液货舱可只设一个液货泵。但对于常压全冷式货舱，由于无法承压，所以必须在每个货舱内设2台液货泵。液化气船上的液货泵，包括深井泵、潜水泵和设在甲板上的增加泵等都是离心式泵。他们都可以作为主卸货泵，但是由于设在甲板上的离心泵必须要加压引液，所以一般非压力式货舱是以深井泵或潜水泵作主卸货泵，只有少数是用单独设置在甲板上的离心泵作为卸货泵。三、货物压缩机液化气船上必须设置货物压缩机，它们的用途取决于液化气船的类型。在LNG船上，离心式压缩机被用来把液舱货物蒸气输送到机舱和将蒸气增压输送到岸上；在乙烯船和LPG船上，压缩机用于提高货物系统的蒸气压力，以便船岸之间供应货物蒸气，平衡船岸压力和进行气体清除、净化作业，并且为安装在甲板上的液货泵引液。同时，货物压缩机又是再液化系统的关键设备，用于增加货物蒸气冷凝前的温度和压力。对压力式货舱，当液货泵发生故障时，可用货物压缩机进行加压卸货。同时，液化气船装卸作业完毕后，在拆卸货物软管前，也必须用货物压缩机对液相管进行扫线作业。货物压缩机可用液压或电气马达或蒸汽轮机等驱动，较常见的是用电动机驱动，压缩机及其电动机往往分别设置于毗邻的甲板室内，电动机与压缩机之间的传动轴贯穿舱壁并安装有高效润滑油的密封装置，防止压缩机舱内的可燃气体进入电动机舱。压缩机附属设备：1、气液分离器进入压缩机气缸内的气体必须清洁、干燥，所以在压缩机进口处装设气液分离器，防止液体进入压缩机内引起液击。2、稳压罐稳压罐安装于压缩机的出口端。由于活塞式压缩机排出的蒸气存在脉动压力，容易对管系造成冲击破坏，稳压罐可对脉动压力起缓冲平衡作用。对于普通型压缩机，稳压罐内部还设置油气分离装置，以防止润滑油对货物早场污染。液化气船上常见货物压缩机：1、往复式压缩机2、螺杆式压缩机3、离心式压缩机四、货物加热器和蒸发器1、货物加热器全冷式或冷压式液化气体船舶载运的是低温常压状态下的液货，如将液货转驳到船上或岸上常温压力贮罐中，则船上必须装备能将低温液货加热成常温液货的加热升温装置，液货才能泵出，以避免接收液货的贮罐和管路发生低温脆化。货物加热流程是这样的：用液货舱主卸货泵将低温液货从液货舱抽出，经增压泵加压，再通过货物加热器将其加热到常温状态，然后压送到船上或岸上的常温压力贮罐中。货物加热器通常采用的是卧式壳管式热交换器，安装在甲板上，一般用海水作为热源。下图表示一般的货物加热器布置，注意货物加热器中安装了温度控制和报警装置以防结冰。货物加热器一般能够把全冷冻的丙烷从-45℃加热到＋5℃。在寒冷的海水区域，要达到这个升温幅度，货物的装卸量会显著减少，因此要增设一个作为升温热源的水蒸气加热系统。温度传感器海水出口温度传感器旁通加热器来自卸货增至岸上压泵的液货的液货海水进口货物加热器布置温度传感器压力传感器安全阀2、货物蒸发器液化气船在营运过程中，在许多情况下，往往需要将液货加热蒸发成蒸气，例如：在卸货中没有货物蒸气从岸上回流情况下需要保持液货舱压力；或在再液化作业时液货舱蒸气不足出现负压，必须补充额外的货物蒸气以维持液货舱必要的正压；或为了让船舶在海上航行时仍可对经惰化后的液货舱（如修船后）进行净化作业，缩短装货准备时间。为此，液化气船上通常设置货物蒸发器。五、惰性气体系统惰性气体主要用于控制液货舱内的空气以防止易燃混合气体的形成。对惰性气体的最基本要求是含氧量要低。惰性气体的组成成分取决于其产生方法。产生惰性气体的一个主要方法是在专用设备中燃烧燃料，然后对所排出的气体进行洗涤、清除，去除二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫和氧化氮等可溶酸性气体，滤去其中的固体颗粒，最后进行冷却、干燥。六、压力释放系统IMO制定的IGC规则要求对液化气体船舶的整个货物系统，包括液货舱、液货泵的排出管路、液体和蒸发气体跨接管等部位的压力进行监控。各种机械设备都安装有压力开关以便报警并关闭工作系统，以保护人员免遭危险和保护设备。1、压力释放阀压力释放阀是一种超压保护装置。他的作用是：当液货舱压力超过某一规定压力时，自动开启，迅速排放液舱内的气体，以保证液货舱不致因超压而发生事故；当液舱内压力降至正常值时，又能自动关闭，避免液舱排出全部气体而造成浪费。此外，压力释放阀开启时，由于液货舱内的气体从释放阀中喷出，常常发出较大的声响，从而也起到一种自动报警的作用。2、透气桅透气桅的作用是将压力释放阀及其他货物设备所排放的货物气体从高空向上排放。透气桅在露天甲板以上的高度至少为船宽的1/3或6米（取最大者），以确保比空气重的货物气体能在空中有效扩散。透气桅的出口，离居住处所、服务处所或其它气体安全处所的空气吸入口的距离至少为船宽。透气桅顶部，设有防护网/防火网，以防止雨水、雪或其他异物进入压力释放阀系统或防止火焰通过透气桅。有些透气桅有火焰熄灭装置，以熄灭可能由闪电等原因引起的火焰。3、压力释放系统压力释放系统一般是由压力释放阀、透气桅及将其两者连接的排气管组成，有些系统还可能包括管线上的安全膜片和集液蒸发罐。4、附加压力释放系统当货物系统的设计，不能在最高的设计环境温度（海水：32℃，空气：45℃）下承受货物的最大蒸气压力时，则应采取一定措施，如蒸发气体再液化、货物蒸气用作主推进装置的燃料等，以确保液货舱内的压力低于释放阀的最大允许调定值（MARVS）冷压式或全冷式液化气船所载运的货物，在达到压力释放阀设定压力下相应的温度之前，如其基准温度（指装货终止时、航行途中或在卸货时的温度，取最大者）将导致液货舱满舱，则应设置附加压力释放系统，以防止液货舱满液的危险。七、应急切断系统1、应急截止阀应急截止阀安装在液化气船上气相、液相管线与液货舱的连接处，以及船岸连接装卸货气、液相总管处。应急截止阀按作用原理可分为油压式、气压式、机械式和电动式等，应急截止阀一般都能实现现场操作和远距离遥控操作。2、应急切断系统应急切断系统一般是由动力控制源（液压、气压或电动等）、应急截止阀、连接前两者的有关管路、易熔塞、现场及远距离遥控操纵设备等组成。应急截止阀的作用是：在装卸货过程中，当管道中阀门破裂、误操作、发生火灾事故、液货舱满液事故及其他意外必须紧急停止作业时，可利用应急切断系统在远距离或现场紧急切断货物管路。液化气船上至少装备