液化气船及其分类

18.1.1　液化气船及其分类

液化气船按装载液化气的不同可分为两大类，即液化石油气船（LPG）和液化天然气船（LNG）。石油气是以丙烷（C₃H₈）为主的碳氢化合物，气化点为－42℃，液化后比重为0.528，容积仅为气态的1/260；天然气是以甲烷（CH₄）为主的碳氢化合物，气化点为－161.5℃，液化后比重为0.425～0.475，容积为气态的1/600。采用液化运输比较经济和有效。

液化方式，一种是加压，一种是冷冻。采用加压方式时，液化的气体装载在球形和圆筒形的耐压容器中，固定在船上，在常温下运输，适用于小型液化气体船。采用冷冻方式时，低温下液化的气体装入特别的膜式或球式容器内，容器由耐低温特殊钢材制成，外面敷有绝缘材料，在常压之下运输。

广义讲，液化气还包括液化氨（LAG）、液化乙烯（LEG）、液化氯气（LCl₂）、液化氮气（LN₂）、液化二氧化碳、液化氧化氢、液化卤化烃等。这些液化气沸点低，多为易燃、易爆的危险货物，有时还有剧毒和腐蚀性。

各种石油气和天然气在大气压力下的沸点和在45℃下的液化压力是不相同的，见表18.1－1。

表18.1－1　石油气和天然气在常压下的沸点和在45℃下的液化压力

18.1.1.1　液化石油气船（LPG船）

液化石油气船所载主要货物是丙烷，它可以在温度－43℃时装载，也可在压力为1.50MPa时装载，亦可以按照丙烷的特性调节温度、压力来装载。实际上液化气船装载的往往也是混合气，因而装载温度和压力一般都取高值。根据石油气液化的方法不同，可以分成以下三种不同类型的船舶。

1）全压式液化石油气船

液货舱的设计应能经受住最大环境温度时（按规范是45℃）的平衡压力。在此温度时，丙烯蒸发气压力为1.85MPa、丙烷为1.5MPa、氨为1.82MPa、丁烷为0.45MPa。因此，当液货舱设计最大蒸发气压力为1.85MPa时，以上所有产品均能装载。这种船舶的液货舱采用圆柱形，两端为半球形或椭圆形，亦有采用球形舱的。有时为了最大限度利用货舱的有效容积，则采用具有纵舱壁的双圆柱形或三圆柱形的货舱。

该型船舶的优点是：液舱管系不需要绝热，船上不需要设置再液化装置，操作简便。

该型船舶的缺点是：船舶的空间利用率低，载货量较少，液舱的厚度随设计压力的增大而增大。所以这种船舶的规模一般较小。

2）半冷半压式液化石油气船

对于运输多种液化石油气或液化化学产品的运输船，应设计成半冷半压式（见图18.1－1），可装载多种货物。通常设计温度为－50℃、工作压力为0.45～1.0MPa。有些装载乙烯的船同时载运LPG时，其设计温度可达－104℃左右、压力为大气压。冷藏货物运输的特殊优点是降低温度可增加货品的密度，因而在给定货舱容积下，总的货运量可以增加。例如丙烷在－45℃时密度为0.58kg/dm³，而在＋45℃时密度为0.46kg/dm³，这意味着约增加26%的装载量。这类船的液货舱也可设计成圆柱形、双圆柱形、三圆柱形或圆锥形、球形。液货舱的材料需用耐低温钢，并要隔热。

图18.1－1　我国建造的16 500m³半冷半压式LPG船

该型船舶的优点是：由于设计压力减小，液舱舱壁厚度可以相应减小，对材料的耐高压和耐低温的要求也降低，从而使建造成本降低。

3）全冷式液化气船

液货舱的设计压力大小，应根据货物的冷藏程度而定，如果货物冷藏时，其压力等于大气压时，则液货舱不需要采用耐压结构容器。全冷式液化石油气运输船液货舱的设计温度通常选用－50℃，而工作压力为0.028MPa。液货舱采用自承式棱形。这些液货舱要求全部采用双层屏壁和隔热。日本川崎重工1996年建成的84 000m³全冷式LPG/液氨运输船“Franders Tenacity”号，采用IMO独立A型货舱结构，4个货舱均为棱柱形，材料为碳锰合金钢，液舱温度最低可降低至－48℃。

该型船舶的优点是：液舱形状多为棱柱形或棱形，使船舶的空间利用率提高；由于低温使液货的密度增大，使船舶的载货量增加，从而提高其经济性。

该型船舶的缺点是：液舱必须采用耐低温材料并要求采取相应的绝热措施；液舱周围需用惰性气体保护且需设置再液化装置。

18.1.1.2　液化天然气船（LNG船）

LNG船是为在－162℃低温下运输LNG而设计、建造的专用船舶。世界上散装液化天然气船的建造已有半个多世纪的历史。20世纪50年代，欧美先进造船国家开始开发设计此类新型运输船舶。1959年，美国船厂利用一艘标准船（自由轮）改装成世界第一艘LNG船“甲烷先锋号”，用于从美国向英国运送LNG。当英国决定从阿尔及利亚进口LNG时，开始建造LNG船：1964年，英国维克斯·阿姆斯特朗造船厂建造出世界第一艘LNG船——舱容27 400m³的“甲烷公主”号。并和同年英国哈兰·沃尔夫造船厂建造的同型船——“甲烷进步”号一起首次投入商业上的LNG海上运输；1969年，出现了2艘71 500m³的LNG船航行于阿拉斯加至日本间；1972年，又有7艘75 000m³的LNG船航行于文莱至日本之间……至20世纪70年代后期，LNG船进一步向大型化发展，大量建造了135 000m³以上的LNG船。

20世纪80年代中后期，特别是进入90年代，天然气作为清洁能源越来越受到人们的重视，从石油代替煤作为主要能源，开始由天然气代替石油作为主要能源。因而全球范围内的天然气开采量、运输量和消耗量急剧增加，LNG船的需求量也由此相应增加。当前，由于人们对核能的利用变得谨慎起来，LNG的需求趋势必将引发LNG船订单的增加。

天然气的主要成分是甲烷，它在－161℃～－163℃时液化，液化时，容积为气化时的1/600。目前所有建造的液化天然气船（LNG）全部是全冷式的，但世界上有些国家已经在研究采用压力液化方法来运输天然气，这种液化天然气船称为CNG，目前还只是处于研究阶段。下面所叙述的内容都是用低温冷冻方法使天然气液化的运输船舶。

自LNG船诞生以来，液货舱围护系统相继出现过Conch/Esso－Conch自立方型、西班牙Sener方式独立球型、法国Technigaz方式独立球型、Gaz－Transport方式独立圆筒型、日本石川岛播磨重工的IHI－SPB方式，挪威罗森贝格公司的Moss方式独立球罐型以及法国Gaz Transport方式的薄膜型等。目前实际应用的液舱型式只有四种，即挪威Moss罗森贝格公司的独立球罐型、法国GTT公司（Gas Transport和Technigaz公司于1994年合并后成立的新公司）的两种型式和日本IHI－SPB棱柱形。

1）IHI－SPB棱柱形独立B型舱

采用该型液舱的LNG船具有平坦的上甲板，双底双壳内的各舱用双层横隔壁隔开，各舱内安装由特殊合金板块支承的铝合金（A 5083－0）液货罐。它的优点是液货罐的制作要比球形罐简单，且货舱的有效容积的利用率也比球罐形高。但目前世界上只有日本建造的LNG船采用这种型式的液货舱，参见图18.1－2。

图18.1－2　IHI－SPB棱柱形独立B型舱

2）Moss Rosenberg独立球罐型

采用该型液舱的LNG船采用球形的液货舱，也是由特殊的铝合金制作而成，与船体采用浮式连接。目前这种型式约占正在运行的LNG船55%，参见图18.1－3。

图18.1－3　Moss Rosenberg独立球罐型LNG船

3）薄膜型

薄膜型按液货舱的绝缘方式可分为：

（1）Technegaz薄膜型，它的第一层屏壁用1.2mm厚不锈钢波纹板；第二层屏壁用铝箔纤维加强板，隔热用聚氨酯。

（2）Gaztransport薄膜型，它的第一、二层屏壁均是0.5～0.7mm的含镍36%的殷瓦钢板（INVAR钢），也就是不胀钢。中间隔热材料为珍珠岩。它的特点是两层屏壁都用因瓦钢，安全可靠，用材少，重量轻；但价格较贵。

按绝缘的专利分有法国GTT公司的No.96（相当于Gaztransport薄膜型）和MarkⅢ型（相当于Technegaz薄膜型）两种。但GTT公司正在大西洋船厂建造的LNG船上采用一种改进型的绝缘方法（CSI），可以减少绝缘层的厚度，增加舱容5%左右。薄膜型舱LNG船见图18.1－4。

图18.1－4　薄膜型舱LNG船