LPG教學(xué)講解課件

LPGCOSCO（SHANGHAI）SHIPYARDCO.，LTD陳昕

LPG船的液貨系統(tǒng)

液化石油氣（Liquefiedpetroleumgas，簡(jiǎn)稱(chēng)LPG）船主要運(yùn)輸以丙烷和丁烷為主要成份的石油碳?xì)浠衔锘騼烧呋旌蠚?，包括丙烯和丁烯，還有一些化工產(chǎn)品，近年來(lái)乙烯也列入其運(yùn)輸范圍。依據(jù)載運(yùn)各種氣體的不同液化條件而分為全壓式(裝載量較小)、半冷半壓式(裝載量較大)和全冷式(裝載量大)。液化氣船因其特殊用途而產(chǎn)生了各方面的特殊要求，其技術(shù)難度大，代表當(dāng)今世界的造船技術(shù)水平，船價(jià)為同噸位常規(guī)運(yùn)輸船的2～3倍，是一種高技術(shù)、高附加值的船舶。

LPG船分類(lèi)：

LPG船按貨物運(yùn)輸方式分為全壓式、半冷半壓式（冷壓式）和全冷式三種船型。（1）全壓式運(yùn)輸又稱(chēng)常溫壓力式，是把貨物置于常溫條件下加壓超過(guò)蒸發(fā)氣壓的壓力，使貨物變成液化狀態(tài)。少數(shù)氣體諸如乙烷、乙烯、甲烷在高于臨界溫度下再加壓也不液化。全壓運(yùn)輸船的船艙不需設(shè)置隔熱與低溫冷卻設(shè)備。通常最高設(shè)計(jì)溫度為45℃，最高設(shè)計(jì)壓力為1.75－2.0MPa之間。通常全壓式LPG船的艙容量都在5000m3以下。（2）半冷半壓式運(yùn)輸又稱(chēng)低溫加壓式，第一艘該型船建于1959年，容積為2100m3。60年代初期在歐洲，由于低溫技術(shù)研究趨于成熟，陸續(xù)建成一大批。目前以德國(guó)的船隊(duì)見(jiàn)多。這類(lèi)船早期冷卻工作溫度為－5℃左右，壓力0.8MPa左右，運(yùn)載液化氣接近于全壓式LPG船，現(xiàn)已很少建造。近來(lái)，這類(lèi)船分為兩類(lèi)，較多的冷卻溫度為－48℃，少數(shù)運(yùn)載乙烯的為－104℃，工作壓力為0.5－0.8MPa，通常該類(lèi)船最大艙容量不超過(guò)25000m3，新研制的30000m3LPG船可謂是該型船之最。

（3）全冷式運(yùn)輸又稱(chēng)為低溫常壓型，液化氣貯存于不耐壓的液艙內(nèi)，處于常壓下的沸騰狀態(tài)。液艙設(shè)計(jì)壓力一般為0.025MPa，單個(gè)液艙容積很少受限制，適宜建造大型船舶，容量大都為50000－100000m3。

液艙結(jié)構(gòu)型式：（1）非獨(dú)立型整體液艙式（2）內(nèi)部絕熱貯艙式（3）獨(dú)立式液艙。該液艙可分為A、B、C三型，它們均非船體的構(gòu)成部分，呈自持式。

A型獨(dú)立艙：該型液艙多由平面結(jié)構(gòu)組成，液艙最大允許設(shè)計(jì)壓力不大0.07MPa，在大型全冷船上采用該型式較多，工作溫度不低于－55℃。

B型獨(dú)立艙：要進(jìn)行精確的結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析和模型試驗(yàn)，包括采用有限元，殼理論，某些場(chǎng)合可適當(dāng)使用框架分析手段。屈曲、疲勞壽命、塑性形變都屬考慮范圍。液艙型式有棱柱形和回轉(zhuǎn)球形，壓力小于0.07MPa。LNG船用此型式較多。C型獨(dú)立艙：C型艙有單罐、雙耳和三葉型三種，按壓力容器準(zhǔn)則設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)壓力常取1.8MPa，不超過(guò)2MPa。我國(guó)目前建造的全壓式和半冷半壓式LPG船皆屬于此范疇。該船不需要設(shè)置屏蔽，技術(shù)狀態(tài)成熟。液化氣的儲(chǔ)存狀態(tài)可分為常溫壓力式、低溫常壓式和低溫壓力式。前兩者是通過(guò)控制壓力或溫度，使液化氣保持在液貨的狀態(tài)下進(jìn)行儲(chǔ)藏和運(yùn)輸?shù)?。它主要由以下幾個(gè)部分組成：1)液罐

LPG船的液罐包括儲(chǔ)貨液罐和甲板罐。儲(chǔ)貨罐主要用于儲(chǔ)貨；甲板罐用于換貨、臨時(shí)存儲(chǔ)。2)跨接系統(tǒng)用于裝卸貨。主要由深井泵、增壓泵、液壓遙控閥等組成。3)再液化系統(tǒng)船舶在運(yùn)輸途中，外界溫度高于液罐內(nèi)部溫度。隨著熱量被逐漸傳人液罐內(nèi)，一部分液化氣吸熱蒸發(fā)，罐內(nèi)壓力逐漸升高，將超過(guò)液罐設(shè)計(jì)壓力；這時(shí)，必須立即啟動(dòng)再液化系統(tǒng)?；蛘撸?dāng)裝載岸上的液化氣氣體貨物時(shí)，也可啟動(dòng)再液化系統(tǒng)，把液化氣氣體貨物液化后裝人液罐。再液化系統(tǒng)由壓縮系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)組成。主要設(shè)備有：貨物壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)、熱交換器、冷凝油分離器、乙烯蒸發(fā)器等組成。

4)惰性氣體系統(tǒng)惰性氣體系統(tǒng)是十分重要的安全保護(hù)裝置。主要由惰性氣體發(fā)生裝置、空氣壓縮單元、空氣干燥單元等組成。惰性氣體可以用于卸貨后液罐內(nèi)的沖氮保護(hù)，也可用于清洗，然后裝載其他品種的液化氣，也可對(duì)液罐與貨艙之間空隙處的充氮正壓保護(hù)，以及對(duì)甲板卸貨區(qū)域內(nèi)的氮?dú)獍踩Ｗo(hù)等。5)海水系統(tǒng)用于冷卻壓縮后的液化氣。海水管為鎳銅管。6)其他系統(tǒng)有加熱和防凍的水／乙二醇系統(tǒng)、清洗液體系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、透氣、放泄系統(tǒng)、液壓遙控閥系統(tǒng)、氣體探測(cè)系統(tǒng)、水幕噴淋系統(tǒng)。液化氣船貨物操作設(shè)備及附屬系統(tǒng)一、貨物管路和閥門(mén)1、貨物管路液化氣船通常在船中部設(shè)有橫跨左右舷的液相和氣相裝卸總管。總管與通到液貨艙的液相和氣相管相連接。液相管從氣室引至每個(gè)液貨艙的底部，氣相管從每個(gè)液貨艙頂部氣室引出。每一個(gè)液貨艙一般設(shè)有一根液相裝貨管，一根液相卸貨管、一根氣相管和一根壓力釋放閥、泄壓排氣管。部分液貨艙還設(shè)有液貨噴淋管、凈化管、掃艙管等。下圖為半冷/半壓式液化氣船液貨艙圓頂蓋上部管系布置圖。2、閥門(mén)管路的連通和截止都是依靠閥門(mén)來(lái)控制的。對(duì)于壓力釋放閥最大調(diào)定值大于0.07MPa（表壓）的壓力式液貨艙，所有液相和氣相管與液貨艙連接處，以及船岸連接裝卸總管處，都裝設(shè)兩道閥門(mén)，一個(gè)為手動(dòng)閥門(mén)，另一個(gè)為與之串聯(lián)的遙控閥門(mén)。對(duì)于壓力釋放閥最大調(diào)定值小于0.07MPa的非壓力式液貨艙，則可只裝一個(gè)可就地人工操作又可遙控操作的遙控閥門(mén)。液化氣船貨物管路上的閥門(mén)一般是截止閥、球閥、旋塞閥、閘閥或蝶閥等，這些閥門(mén)有些是手動(dòng)的，也有些是用氣壓或液壓驅(qū)動(dòng)的，有些可以現(xiàn)場(chǎng)操作，也有些可以現(xiàn)場(chǎng)或遙控操作。另外，還有一些特殊用途的閥門(mén)，如單向閥（止回閥）、壓力釋放閥、應(yīng)急切斷閥等。LNG船和乙烯船貨物管路上的球閥還應(yīng)有特殊結(jié)構(gòu)以釋放閥內(nèi)部壓力。液化氣船上所有閥門(mén)都應(yīng)是耐火的。二、液貨泵液化氣船一般都設(shè)有液貨泵供卸貨用。只有少數(shù)小型的壓力式船不設(shè)液貨泵，而是利用壓縮機(jī)對(duì)液貨艙加壓卸貨。如果液貨艙在營(yíng)運(yùn)期間不可能修理液貨泵時(shí)，則必須要有其他的卸貨替代措施，否則每個(gè)貨艙要配2臺(tái)液貨泵。由于壓力式貨艙可用貨物壓縮機(jī)加壓卸貨，故每個(gè)液貨艙可只設(shè)一個(gè)液貨泵。但對(duì)于常壓全冷式貨艙，由于無(wú)法承壓，所以必須在每個(gè)貨艙內(nèi)設(shè)2臺(tái)液貨泵。液化氣船上的液貨泵，包括深井泵、潛水泵和設(shè)在甲板上的增加泵等都是離心式泵。他們都可以作為主卸貨泵，但是由于設(shè)在甲板上的離心泵必須要加壓引液，所以一般非壓力式貨艙是以深井泵或潛水泵作主卸貨泵，只有少數(shù)是用單獨(dú)設(shè)置在甲板上的離心泵作為卸貨泵。三、貨物壓縮機(jī)液化氣船上必須設(shè)置貨物壓縮機(jī)，它們的用途取決于液化氣船的類(lèi)型。在LNG船上，離心式壓縮機(jī)被用來(lái)把液艙貨物蒸氣輸送到機(jī)艙和將蒸氣增壓輸送到岸上；在乙烯船和LPG船上，壓縮機(jī)用于提高貨物系統(tǒng)的蒸氣壓力，以便船岸之間供應(yīng)貨物蒸氣，平衡船岸壓力和進(jìn)行氣體清除、凈化作業(yè)，并且為安裝在甲板上的液貨泵引液。同時(shí)，貨物壓縮機(jī)又是再液化系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，用于增加貨物蒸氣冷凝前的溫度和壓力。對(duì)壓力式貨艙，當(dāng)液貨泵發(fā)生故障時(shí)，可用貨物壓縮機(jī)進(jìn)行加壓卸貨。同時(shí)，液化氣船裝卸作業(yè)完畢后，在拆卸貨物軟管前，也必須用貨物壓縮機(jī)對(duì)液相管進(jìn)行掃線作業(yè)。貨物壓縮機(jī)可用液壓或電氣馬達(dá)或蒸汽輪機(jī)等驅(qū)動(dòng)，較常見(jiàn)的是用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，壓縮機(jī)及其電動(dòng)機(jī)往往分別設(shè)置于毗鄰的甲板室內(nèi)，電動(dòng)機(jī)與壓縮機(jī)之間的傳動(dòng)軸貫穿艙壁并安裝有高效潤(rùn)滑油的密封裝置，防止壓縮機(jī)艙內(nèi)的可燃?xì)怏w進(jìn)入電動(dòng)機(jī)艙。壓縮機(jī)附屬設(shè)備：1、氣液分離器進(jìn)入壓縮機(jī)氣缸內(nèi)的氣體必須清潔、干燥，所以在壓縮機(jī)進(jìn)口處裝設(shè)氣液分離器，防止液體進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)引起液擊。2、穩(wěn)壓罐穩(wěn)壓罐安裝于壓縮機(jī)的出口端。由于活塞式壓縮機(jī)排出的蒸氣存在脈動(dòng)壓力，容易對(duì)管系造成沖擊破壞，穩(wěn)壓罐可對(duì)脈動(dòng)壓力起緩沖平衡作用。對(duì)于普通型壓縮機(jī)，穩(wěn)壓罐內(nèi)部還設(shè)置油氣分離裝置，以防止?jié)櫥蛯?duì)貨物早場(chǎng)污染。液化氣船上常見(jiàn)貨物壓縮機(jī)：1、往復(fù)式壓縮機(jī)2、螺桿式壓縮機(jī)3、離心式壓縮機(jī)四、貨物加熱器和蒸發(fā)器1、貨物加熱器全冷式或冷壓式液化氣體船舶載運(yùn)的是低溫常壓狀態(tài)下的液貨，如將液貨轉(zhuǎn)駁到船上或岸上常溫壓力貯罐中，則船上必須裝備能將低溫液貨加熱成常溫液貨的加熱升溫裝置，液貨才能泵出，以避免接收液貨的貯罐和管路發(fā)生低溫脆化。貨物加熱流程是這樣的：用液貨艙主卸貨泵將低溫液貨從液貨艙抽出，經(jīng)增壓泵加壓，再通過(guò)貨物加熱器將其加熱到常溫狀態(tài)，然后壓送到船上或岸上的常溫壓力貯罐中。貨物加熱器通常采用的是臥式殼管式熱交換器，安裝在甲板上，一般用海水作為熱源。下圖表示一般的貨物加熱器布置，注意貨物加熱器中安裝了溫度控制和報(bào)警裝置以防結(jié)冰。貨物加熱器一般能夠把全冷凍的丙烷從-45℃加熱到＋5℃。在寒冷的海水區(qū)域，要達(dá)到這個(gè)升溫幅度，貨物的裝卸量會(huì)顯著減少，因此要增設(shè)一個(gè)作為升溫?zé)嵩吹乃魵饧訜嵯到y(tǒng)。2、貨物蒸發(fā)器液化氣船在營(yíng)運(yùn)過(guò)程中，在許多情況下，往往需要將液貨加熱蒸發(fā)成蒸氣，例如：在卸貨中沒(méi)有貨物蒸氣從岸上回流情況下需要保持液貨艙壓力；或在再液化作業(yè)時(shí)液貨艙蒸氣不足出現(xiàn)負(fù)壓，必須補(bǔ)充額外的貨物蒸氣以維持液貨艙必要的正壓；或?yàn)榱俗尨霸诤Ｉ虾叫袝r(shí)仍可對(duì)經(jīng)惰化后的液貨艙（如修船后）進(jìn)行凈化作業(yè)，縮短裝貨準(zhǔn)備時(shí)間。為此，液化氣船上通常設(shè)置貨物蒸發(fā)器。五、惰性氣體系統(tǒng)惰性氣體主要用于控制液貨艙內(nèi)的空氣以防止易燃混合氣體的形成。對(duì)惰性氣體的最基本要求是含氧量要低。惰性氣體的組成成分取決于其產(chǎn)生方法。產(chǎn)生惰性氣體的一個(gè)主要方法是在專(zhuān)用設(shè)備中燃燒燃料，然后對(duì)所排出的氣體進(jìn)行洗滌、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氣體，濾去其中的固體顆粒，最后進(jìn)行冷卻、干燥。六、壓力釋放系統(tǒng)

IMO制定的IGC規(guī)則要求對(duì)液化氣體船舶的整個(gè)貨物系統(tǒng)，包括液貨艙、液貨泵的排出管路、液體和蒸發(fā)氣體跨接管等部位的壓力進(jìn)行監(jiān)控。各種機(jī)械設(shè)備都安裝有壓力開(kāi)關(guān)以便報(bào)警并關(guān)閉工作系統(tǒng)，以保護(hù)人員免遭危險(xiǎn)和保護(hù)設(shè)備。1、壓力釋放閥壓力釋放閥是一種超壓保護(hù)裝置。他的作用是：當(dāng)液貨艙壓力超過(guò)某一規(guī)定壓力時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟，迅速排放液艙內(nèi)的氣體，以保證液貨艙不致因超壓而發(fā)生事故；當(dāng)液艙內(nèi)壓力降至正常值時(shí)，又能自動(dòng)關(guān)閉，避免液艙排出全部氣體而造成浪費(fèi)。此外，壓力釋放閥開(kāi)啟時(shí)，由于液貨艙內(nèi)的氣體從釋放閥中噴出，常常發(fā)出較大的聲響，從而也起到一種自動(dòng)報(bào)警的作用。2、透氣桅透氣桅的作用是將壓力釋放閥及其他貨物設(shè)備所排放的貨物氣體從高空向上排放。透氣桅在露天甲板以上的高度至少為船寬的1/3或6米（取最大者），以確保比空氣重的貨物氣體能在空中有效擴(kuò)散。透氣桅的出口，離居住處所、服務(wù)處所或其它氣體安全處所的空氣吸入口的距離至少為船寬。透氣桅頂部，設(shè)有防護(hù)網(wǎng)/防火網(wǎng)，以防止雨水、雪或其他異物進(jìn)入壓力釋放閥系統(tǒng)或防止火焰通過(guò)透氣桅。有些透氣桅有火焰熄滅裝置，以熄滅可能由閃電等原因引起的火焰。

3、壓力釋放系統(tǒng)壓力釋放系統(tǒng)一般是由壓力釋放閥、透氣桅及將其兩者連接的排氣管組成，有些系統(tǒng)還可能包括管線上的安全膜片和集液蒸發(fā)罐。4、附加壓力釋放系統(tǒng)當(dāng)貨物系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，不能在最高的設(shè)計(jì)環(huán)境溫度（海水：32℃，空氣：45℃）下承受貨物的最大蒸氣壓力時(shí)，則應(yīng)采取一定措施，如蒸發(fā)氣體再液化、貨物蒸氣用作主推進(jìn)裝置的燃料等，以確保液貨艙內(nèi)的壓力低于釋放閥的最大允許調(diào)定值（MARVS）冷壓式或全冷式液化氣船所載運(yùn)的貨物，在達(dá)到壓力釋放閥設(shè)定壓力下相應(yīng)的溫度之前，如其基準(zhǔn)溫度（指裝貨終止時(shí)、航行途中或在卸貨時(shí)的溫度，取最大者）將導(dǎo)致液貨艙滿(mǎn)艙，則應(yīng)設(shè)置附加壓力釋放系統(tǒng)，以防止液貨艙滿(mǎn)液的危險(xiǎn)。七、應(yīng)急切斷系統(tǒng)1、應(yīng)急截止閥應(yīng)急截止閥安裝在液化氣船上氣相、液相管線與液貨艙的連接處，以及船岸連接裝卸貨氣、液相總管處。應(yīng)急截止閥按作用原理可分為油壓式、氣壓式、機(jī)械式和電動(dòng)式等，應(yīng)急截止閥一般都能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)操作和遠(yuǎn)距離遙控操作。2、應(yīng)急切斷系統(tǒng)應(yīng)急切斷系統(tǒng)一般是由動(dòng)力控制源（液壓、氣壓或電動(dòng)等）、應(yīng)急截止閥、連接前兩者的有關(guān)管路、易熔塞、現(xiàn)場(chǎng)及遠(yuǎn)距離遙控操縱設(shè)備等組成。應(yīng)急截止閥的作用是：在裝卸貨過(guò)程中，當(dāng)管道中閥門(mén)破裂、誤操作、發(fā)生火災(zāi)事故、液貨艙滿(mǎn)液事故及其他意外必須緊急停止作業(yè)時(shí)，可利用應(yīng)急切斷系統(tǒng)在遠(yuǎn)距離或現(xiàn)場(chǎng)緊急切斷貨物管路。液化氣船上至少裝備2個(gè)以上能遠(yuǎn)距離遙控操縱的應(yīng)急切斷系統(tǒng)的控制裝置，以便在任何情況下都能及時(shí)地就近使用，其中駕駛臺(tái)、裝卸總管或貨物控制室等處所必須裝