李銀濤任飛華

（1.上海交通大學(xué) 上海200240；2.中國船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院 上海200011）

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小型多功能液化天然氣運(yùn)輸船集管設(shè)計(jì)

李銀濤1任飛華2

（1.上海交通大學(xué) 上海200240；2.中國船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院 上海200011）

［摘 要］介紹2011版《液化氣運(yùn)輸船集管推薦》的相關(guān)要求，結(jié)合該要求對某小型多功能液化天然氣運(yùn)輸船集管進(jìn)行設(shè)計(jì)，并與某些液化天然氣碼頭進(jìn)行匹配性分析，總結(jié)小型多功能液化天然氣運(yùn)輸船的集管設(shè)計(jì)原則。

［關(guān)鍵詞］小型多功能液化天然氣運(yùn)輸船；雙層交錯集管；液化天然氣碼頭

任飛華（1981-），男，工程師，研究方向：船舶輪機(jī)設(shè)計(jì)。

引 言

作為一種相對靈活的支線液化天然氣運(yùn)輸船（下文簡稱“LNG船”），C型獨(dú)立艙小型LNG船因其液貨艙為自持式液貨艙且可蓄壓運(yùn)載，已作為一種新興的LNG船進(jìn)入各大油氣公司或是航運(yùn)公司的視野。隨著LNG碼頭及相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈配套設(shè)施的建成，C型獨(dú)立艙小型LNG船將作為沿海及長江內(nèi)河沿線LNG運(yùn)輸?shù)闹髁鞔汀?/p>

據(jù)交通部發(fā)布的《船舶與港口污染防治專項(xiàng)行動實(shí)施方案（2015～2020年）》，2018年年底前，要加快推進(jìn)LNG加注站及配套設(shè)施建設(shè)，完善相關(guān)技術(shù)法規(guī)和規(guī)范［1］。在當(dāng)前全球船市持續(xù)低迷的狀況下，LNG船作為高附加值船舶已受到國內(nèi)不少船企關(guān)注［2］，配合國家能源及港口發(fā)展戰(zhàn)略的同時，小型多功能LNG船因其獨(dú)特的靈活性必將迎來良好的發(fā)展前景。

與大型LNG船的貨物圍護(hù)系統(tǒng)不同，中小型液化氣運(yùn)輸船的貨艙一般采用獨(dú)立式液艙，獨(dú)立液貨艙系指自身支持的液貨艙，它不構(gòu)成船體結(jié)構(gòu)的一部分，可分為A型、B型和C型［3］。C型獨(dú)立艙小型LNG船的液貨艙采用能耐超低溫的9Ni鋼，液貨艙自身能承受一定的內(nèi)壓，整船布局及液貨設(shè)備配置與半冷半壓式的液化石油氣運(yùn)輸船（下文簡稱“LPG船”）都極為相似，而液貨系統(tǒng)的相關(guān)操作對于LPG船的船東及船員都是比較熟悉的。為實(shí)現(xiàn)一船多用，C型獨(dú)立艙小型LNG船的貨物圍護(hù)系統(tǒng)及液貨系統(tǒng)往往設(shè)計(jì)成能兼裝LNG及部分LPG貨品的多功能系統(tǒng)，這類船舶即稱之為小型多功能LNG船。

貨物集管即貨物裝卸站，是布置在船中附近主甲板以上用于與岸連通進(jìn)行裝卸貨作業(yè)管子的集合。LPG貨品儲運(yùn)溫度比LNG高，部分LPG貨品的操作溫度甚至可為常溫條件。LPG貨品用途廣泛且碼頭設(shè)施較為成熟，在滿足石油公司國際航運(yùn)論壇等組織制定的液化氣船集管布置推薦的前提下，船岸對接程序一般都會比較順利。2011年以前的LNG船集管布置推薦的是艙容較大的LNG船，小型多功能LNG運(yùn)輸船因其噸位較小，很難滿足集管布置推薦中相關(guān)尺寸要求，加之現(xiàn)有碼頭中小型LNG碼頭設(shè)施也不完善，很難找到對小型多功能LNG船集管布置較為明確的規(guī)范規(guī)則。

鑒于目前僅是沿海地區(qū)設(shè)置大型LNG碼頭的現(xiàn)狀，小型LNG船的功能往往是將沿海大型LNG碼頭的LNG轉(zhuǎn)運(yùn)至沿海或長江沿線的LNG小站，船舶集管設(shè)計(jì)應(yīng)能滿足在大站裝貨，小站卸貨的典型工況特點(diǎn)，同時集管設(shè)計(jì)時還需考慮LPG碼頭的裝卸要求。在需求與矛盾共存的情況下，如何協(xié)調(diào)這些矛盾是我們在系統(tǒng)設(shè)計(jì)及集管布置時必須思考分析的問題。

1　集管設(shè)計(jì)要求

由國際氣體船及終端運(yùn)營者協(xié)會（SIGTTO，Society of International Gas Tanker and Terminal Operators Ltd）及石油公司國際航運(yùn)論壇（OCIMF，Oil Companies International Marine Forum）聯(lián)合發(fā)行的《液化氣運(yùn)輸船集管推薦》（下文簡稱《推薦》）更新版已于2011年正式出版，其整合了原來針對0～-104℃的LPG船的集管推薦及針對低于-104℃的LNG船的集管推薦。

2011版的《液化氣運(yùn)輸船集管推薦》本著提升液化氣運(yùn)輸船安全性及裝載效率的基本原則，旨在為新碼頭的建設(shè)及裝卸設(shè)施的選取提供參考［4］。

1.1艙容分級

縱觀各個版本的集管推薦，無論是LPG船還是LNG船，其集管布置要求是按照貨艙艙容的大小來分級的，不同艙容的船舶歸屬不同的級別，不同的級別對于集管區(qū)的接管尺寸，集管的水平間距，裝卸貨時的船舶吃水要求，集管區(qū)外端法蘭距離船舷的距離及接管允許的受力，可拆短管及異徑接頭的配置要求等均不相同。

按照2011版《推薦》，LPG船按艙容的分級較為密集，艙容劃分點(diǎn)的起始艙容也比較小（從6 000 m3以下到85 001 m3以上一共分為7級），如表1所示。

表1　LPG船分級

LNG船按艙容的分級偏向大型化，其艙容劃分點(diǎn)的起始艙容為60 000 m3，此艙容已相當(dāng)于液化石油氣運(yùn)輸船的B1級。按艙容分級，LNG船分為3級，如下頁表2所示。

表2　LNG船分級

1.2貨物集管布置及要求

根據(jù)2011版的《液化氣運(yùn)輸船集管推薦》，下文整理出了液化氣運(yùn)輸船集管布置的基本要求。

1.2.1集管的縱向位置

集管區(qū)縱向中心線應(yīng)盡可能布置在船中位置或盡可能靠近船中位置。除貨物集管外，集管區(qū)還布置有加油站及氮?dú)馔ò豆艿?。圖1為LPG船一種LVL液貨集管典型的布置圖（為方便描述，定義L為貨物的液相集管，V為貨物的氣相集管）。

圖1　LPG運(yùn)輸船集管LVL典型布置

對于LNG船，集管區(qū)縱向中心線允許布置在船中前后5 m范圍內(nèi)。

對于LPG船，集管區(qū)縱向中心線允許布置在船中前后4 m范圍內(nèi)。如果因?yàn)樨浥摬贾玫仍颍稍试S集管區(qū)縱向中心線布置在船中前后4 m范圍以外，但為保證船舶能安全停靠碼頭并與裝卸臂順利對接，集管區(qū)縱向中心線應(yīng)盡可能靠近船中位置。

1.2.2集管類型及其布局

一般情況下，對于LPG船，集管區(qū)的集管布置應(yīng)是LVVL或是LVL。對于LNG船，集管區(qū)的集管布置應(yīng)是LVL或是LLVLL。對于同時允許裝卸兩種貨品的LPG船，為保證貨品輸送的獨(dú)立性，集管布置必須是LVVL；對于艙容較大的LPG船，考慮到集管的備用與冗余，集管較多的布置成LVVL；對于艙容較小的LPG船，所有貨艙裝載同種貨品或是在貨艙裝載不同貨品時，裝卸貨時僅會對一種貨品進(jìn)行操作的LPG船，集管布置一般布置成LVL。

LNG貨品成份較為固定，不像LPG種類繁多。一般小型LNG船的集管均布置成LVL，而大型LNG船因同時會使用兩個甚至兩個以上的液相管進(jìn)行裝卸作業(yè)，其集管布置往往都是LLVLL。

1.2.3集管間距及尺寸要求

貨物集管應(yīng)左右舷對稱布置，集管外端法蘭離舷側(cè)的距離一般為3.5 m，最大不應(yīng)超過4.0 m。對于A1、A2級別的LPG船，集管外端法蘭至舷側(cè)距離可減至最小2.0 m，貨物集管水平間距的要求見下頁表3。

貨物集管與HFO加油管的水平間距為2.0 m，MDO/MGO加油管與HFO加油管的水平間距為0.75 m，如設(shè)有氮?dú)夤?，其與貨物集管的水平間距為0.75 m，其外端法蘭相對于貨物集管的外端法蘭往船體內(nèi)側(cè)縮進(jìn)0.3 m。貨物集管外端法蘭下邊緣距離操作平臺或甲板的距離最小為0.9 m，最大不應(yīng)超過1.4 m。

一般情況下，所有集管應(yīng)處于同一高度位置，除氮?dú)夤芡猓渌芡舛朔ㄌm應(yīng)平齊。氮?dú)獍督庸芨鶕?jù)實(shí)際需要設(shè)置，其可按推薦布置在集管區(qū)（如圖1所示），也可根據(jù)需要布置在壓縮機(jī)室附近。HFO加油管與MDO/MGO加油管的前后位置可互換。

貨物集管間的水平間距則與液化氣船的類型及貨艙艙容有關(guān)。不同類型的液化氣運(yùn)輸船以及不同的艙容級別，貨物集管水平間距要求均有所差異。

表3　貨物集管水平間距要求

1.2.4船舶吃水要求

為確保不同艙容液化氣運(yùn)輸船的集管高度位置處于碼頭裝卸臂作業(yè)范圍內(nèi)，2011版《推薦》中規(guī)定不同級別的液化氣運(yùn)輸船集管相對于裝卸貨時船舶吃水的高度范圍。表4、表5分別表示LPG船及LNG船 吃水與貨物集管高度的關(guān)系。

表4　LPG船吃水與集管高度的關(guān)系

表5　LNG船吃水與集管高度的關(guān)系

1.2.5集管強(qiáng)度

由于裝卸過程中裝卸臂會對裝卸集管賦予額外載荷，且管內(nèi)流體重力，壓力及溫度的變化會帶來額外的應(yīng)力，同時還需考慮干舷變化帶來的應(yīng)力，船舶運(yùn)動帶來的應(yīng)力以及風(fēng)載荷等動態(tài)載荷或周期性載荷帶來的額外應(yīng)力。所以船舶的貨物集管應(yīng)有足夠的強(qiáng)度以確保工作時不會損壞。作用于貨物集管上的受力及其方向的定義如圖2所示。

圖2　貨物集管上作用力的定義

裝載不同貨品時不同規(guī)格尺寸的貨物集管外端法蘭所允許承受的最大載荷如表6所示。

表6　貨物集管外端法蘭處允許的最大載荷

如果船舶在海上進(jìn)行接管操作時，集管強(qiáng)度還應(yīng)考慮周期性的波浪載荷所帶來的疲勞問題。

一般情況下，裝卸臂尺寸應(yīng)與貨物集管尺寸一致。為防止貨物集管所受的載荷超標(biāo)，應(yīng)禁止貨物集管與大尺寸的裝卸臂對接進(jìn)行裝卸貨作業(yè)。即使固定短管的通徑與裝卸臂相同，也建議使用可拆短管與裝卸臂連接進(jìn)行裝卸貨作業(yè)，避免船上固定的貨物集管及外端法蘭遭到損壞。禁止使用兩個及以上的異徑接管或可拆短管連接至固定短管。

固定短管的長度應(yīng)盡可能小，但其長度最小應(yīng)為200 mm，以確保連接螺栓的正常拆卸。集管的支撐布置在固定短管上，集管上如泄放、壓力表、安全閥等的接管應(yīng)位于集管支撐的內(nèi)側(cè)。LNG船的固定短管與通岸總閥的連接應(yīng)為焊接式。

1.2.6集液槽及格柵

貨物集管下方應(yīng)設(shè)置集液槽，用來收集滴落的液貨以防止低溫液貨給船體板材帶來的低溫腐蝕。集液槽的材料應(yīng)能承受低溫液貨蒸發(fā)時帶來的低溫腐蝕。集液槽中的殘液應(yīng)能通過一個常閉且能在安全位置操作的泄放閥及管路引至舷側(cè)豎直向下排放。積液槽的橫向尺寸及高度要求如圖3所示。

圖3　集液槽橫向尺寸及高度要求

集液槽的容積應(yīng)考慮最大可能的液貨泄漏，作為推薦，集液槽的容積可假設(shè)為單根裝卸臂或裝卸軟管的容積與集管閥至橫跨管最高點(diǎn)間管段容積之和。集液槽在裝卸LPG及LNG時應(yīng)保持干燥，在裝卸液態(tài)氨時應(yīng)裝滿水。

沿船長方向集管下方操作平臺的格柵距離集管法蘭邊緣最小距離一般為1.5 m，沿船寬方向，格柵應(yīng)從舷側(cè)延伸至集管總閥靠近船中一側(cè)最少0.5 m處，并能覆蓋整個集液槽。對于LNG船，格柵鋪設(shè)的操作平臺應(yīng)延伸至舷側(cè)。格柵應(yīng)防滑且應(yīng)有孔，能使液體滴落至集液槽內(nèi)，格柵材料應(yīng)耐低溫且不應(yīng)與所裝貨品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

對于可能存在泄漏的閥及管路接頭處應(yīng)設(shè)置水噴淋系統(tǒng)。LNG船集管區(qū)附近船體外板處應(yīng)設(shè)有水簾系統(tǒng)，以防液貨滴落使船體鋼板發(fā)生低溫脆化破壞，在LNG裝卸操作時，水簾系統(tǒng)應(yīng)處于工作狀態(tài)。

1.3加油站布置及要求

為保證液化氣運(yùn)輸船加油的靈活性，每舷設(shè)有兩個加油站，分別位于貨物集管前后的首尾位置，加油集管法蘭高度位置及橫向位置均應(yīng)與貨物集管保持一致。當(dāng)僅設(shè)一個加油站時，該加油站應(yīng)位于貨物集管的尾部。MDO/MGO加油集管與HFO加油集管的布置位置可互換。

加油站應(yīng)設(shè)置獨(dú)立于液貨的集液槽，其容量應(yīng)滿足IMO及USCG的推薦及要求。

有關(guān)加油站的詳細(xì)要求本文不作詳述，具體可參見2011版《推薦》。

1.4其他要求

集管區(qū)的布置應(yīng)能確保裝卸臂自動脫開時不會遇到任何阻礙；集管區(qū)起重設(shè)備應(yīng)在其安全工作負(fù)荷內(nèi)能覆蓋整個液貨集管及加油站；集管區(qū)應(yīng)有兩個相互獨(dú)立的逃生通道以便于在貨物泄漏或是其他事故時人員能順利疏散。集管區(qū)的格柵應(yīng)充分固定以提供堅(jiān)固的工作平臺，任何突出的障礙物都應(yīng)予以清除以防止跌倒的危險(xiǎn)。

2　部分LNG碼頭參數(shù)

實(shí)船設(shè)計(jì)時，集管的布置及設(shè)計(jì)除滿足《推薦》要求外，還應(yīng)對潛在的裝卸貨碼頭數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配分析。對碼頭數(shù)據(jù)的分析，除碼頭當(dāng)?shù)氐乃臈l件外，尤其要注意碼頭的高度，裝卸臂規(guī)格尺寸及其作業(yè)范圍。

考慮到碼頭建設(shè)的差異性，本文對馬來西亞某地1號碼頭、3號碼頭及中國東莞的九豐碼頭的部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行了羅列與分析，旨在為小型多用途LNG運(yùn)輸船集管的布置與設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持。馬來西亞某地1號碼頭部分?jǐn)?shù)據(jù)見表7，3號碼頭數(shù)據(jù)見表8，九豐碼頭數(shù)據(jù)見下頁表9。

表7　馬來西亞某地1號碼頭部分?jǐn)?shù)據(jù)

表8　馬來西亞某地3號碼頭部分?jǐn)?shù)據(jù)

3　小型多功能LNG船集管布置

3.1集管參數(shù)確定

總的來說，貨物集管的布置除滿足《推薦》外，還取決于船東對船舶航線的預(yù)設(shè)，畢竟每個碼頭的水文條件，如潮位、波浪等均不相同，同時每個碼頭的裝卸臂安裝高度及位置也是有所差異的。

表9　九豐（JOVO）碼頭部分?jǐn)?shù)據(jù)

預(yù)設(shè)目標(biāo)船為一條14 000 m3小型多功能LNG船，其主尺度如下：

總 長 125.8 m

垂線間長 118.0 m

型 寬 22.7 m

型 深 13.1 m

設(shè)計(jì)吃水 6.8 m

結(jié)構(gòu)吃水 7.2 m

液罐容積 ～14 000 m3

按液貨艙艙容，當(dāng)運(yùn)載LPG貨品時，集管布置應(yīng)滿足A2級LPG船的相關(guān)要求；而當(dāng)運(yùn)載LNG貨品時，集管布置應(yīng)滿足A級LNG船的相關(guān)要求。

不過，由此帶來的問題是，液貨集管的布置無論是從管徑還是從間距，或是裝卸貨時集管中心線距離水線的高度，A2級LPG船的要求與A級LNG船的要求幾乎找不到交集，A級的LNG船的尺度相當(dāng)于B1類的LPG船，而其根源在于LNG船在艙容的分級上趨向于大型LNG船。

對于類似目標(biāo)船這種小型多功能液化氣運(yùn)輸船，如果需要在裝載LPG與LNG時能共用一套集管，除非是《推薦》中LNG船的艙容分級進(jìn)一步細(xì)化，尤其是對60 000 m3以下艙容的LNG船進(jìn)行細(xì)化，或是在大型LNG碼頭有與這種小型多功能LNG船集管相匹配的小型LNG裝卸臂。

在現(xiàn)階段，小型多功能LNG船的數(shù)量雖有所增加，且還有逐漸上升趨勢，但畢竟其相對大型LNG船的總量還是偏少的。同時，《推薦》中如要對LNG船的艙容進(jìn)行細(xì)分，勢必會對目前現(xiàn)有碼頭設(shè)施及已營運(yùn)船舶造成較大的影響，細(xì)分LNG船的艙容對于目前的《推薦》來說幾乎是不可能的。而當(dāng)前已有的LNG碼頭基本上是布置在沿海區(qū)域，其碼頭設(shè)計(jì)往往是考慮大型LNG船的?？浚情L江內(nèi)河沿線的小型LNG碼頭建設(shè)已經(jīng)完善，適用于在長江內(nèi)穿梭的10 000 m3左右的小型LNG船會經(jīng)常至沿海裝載LNG，并將這些LNG運(yùn)送至長江沿線的內(nèi)陸用戶，如此情況下沿海大型LNG碼頭才可能會為這些長江內(nèi)穿梭的小型LNG船建立配套的小型LNG裝卸臂，在長江沿線小型LNG碼頭建設(shè)尚未成熟時，沿海大型LNG碼頭增設(shè)LNG小型裝卸臂的可能性幾乎并不存在。

在此前提下，如何保證10 000 m3左右的小型多功能LNG船從沿海大型LNG碼頭順利裝貨，并到達(dá)武漢等長江沿線的內(nèi)陸城市卸貨？這是值得船舶設(shè)計(jì)者考慮研究的問題。

針對這種在大型LNG碼頭裝貨、小型LNG碼頭卸貨的典型工況，我們僅能從船舶設(shè)計(jì)本身去解決目前存在的矛盾，即液貨通岸集管分為上下兩層布置，上層集管通徑較大、布置位置較高，主要考慮與大型LNG碼頭岸站上的裝卸臂連接；下層集管通徑較小、布置位置較低，主要考慮與小型LNG碼頭岸站上的裝卸臂連接或通過貨物軟管與岸站設(shè)施連接。

上層集管布置在較高位置，其布置高度相對于船舶吃水需與大型LNG船集管高度位置相當(dāng)，以滿足當(dāng)其停靠大型LNG碼頭時，船舶吃水相對于岸接頭高度位置與大型LNG船相當(dāng)。此外，其貨物集管也應(yīng)按照相應(yīng)的大型LNG船來設(shè)計(jì)，以確保上層貨物集管能與大型LNG碼頭的裝卸臂順利對接。

下層集管則按照《推薦》中對LPG船的要求設(shè)置，以確保卸貨時能順利與相對應(yīng)的LPG裝卸臂對接。當(dāng)用下層集管卸載LNG時，在小型LNG碼頭尚不成熟的情況下一般是利用專用貨物軟管進(jìn)行卸貨的。

對于14 000 m3小型多功能LNG船，其下層集管布置因箱蓋的凸起幾乎不可能滿足LNG船集管外端法蘭距離舷側(cè)最小3 m的要求，為下層集管裝卸LPG時裝卸臂能夠進(jìn)行正常的垂向運(yùn)動，上層集管不應(yīng)布置在下層集管的正上方。另外按《推薦》要求，集管中心線應(yīng)盡量靠近船中位置以減小船體傾斜或搖晃對裝卸臂與船舶集管對接產(chǎn)生的不利影響，由此，下層集管的水平間距也很難滿足規(guī)范對LNG船的要求。綜合考慮以上情況，在卸貨碼頭小型LNG裝卸臂尚未建立的情況下，小型LNG船的卸貨往往通過軟管連接完成。因此，在下層集管間距無法滿足《推薦》對LNG船要求的情況下，對于這種多功能LNG船，下層集管的布置是必須滿足《推薦》對LPG船要求的。

從這種上下層集管布置的理念來看，液相管（L）無論在上層還是下層布置中都應(yīng)有兩套，以便于特殊情況時備用，同時也保證船舶無論是左舷靠港還是右舷靠港，船岸間的液相管與氣相管都能順利與裝卸臂對接而不至于錯位。

對于目標(biāo)船，上層集管僅為LNG的裝載而設(shè)置，其集管按《推薦》中的A級設(shè)計(jì)，并兼顧目前主流的B級LNG船，使目標(biāo)船的上層集管高度及尺寸與A級LNG船相當(dāng)以滿足裝貨要求。上層集管采用LVL布置，L為12〃，V也為12〃。下層集管為完全滿足《推薦》對LPG船的要求，集管采用LVVL布置，為兼顧LNG的輸送及分級，下層集管尺寸按A3級LPG船設(shè)計(jì)（即L為10〃，V為8〃）。同時，當(dāng)目標(biāo)船運(yùn)載LPG貨品時，下層LVVL的集管布局可滿足兩品位LPG貨品的同時裝載或卸貨，體現(xiàn)了目標(biāo)船的多功能性與靈活性。雙層交錯集管布置如圖4 -圖6所示。

圖4　雙層交錯集管布置（主視圖）

圖5　雙層交錯集管布置（俯視圖）

圖6　雙層交錯集管布置（橫剖面）

上層集管水平間距采用針對LNG船的推薦值（3 m），貨物集管外端法蘭距離舷側(cè)的距離也采用針對LNG船推薦的最小值（3.5 m）。下層集管的水平間距按LPG船的A2類中的最大值選取（即1.75 m），以與LNG的A級要求的最小值（2.5 m）更接近，而下層貨物集管外端法蘭距離舷側(cè)的距離則取A2類LPG船允許的最小值（2 m）。

而按照《推薦》，無論多大艙容的LPG船或是LNG船，無論加油集管通徑是6〃還是8〃，加油集管距離最近的貨物集管的水平間距均可取為2.0 m。為將上層集管與下層集管在垂直方向上錯位，上層集管中心線位于船中靠船尾4.5 m位置，在LNG船推薦的5 m范圍內(nèi)，下層集管中心線位于船中靠船首3.5 m位置，在LPG船推薦的4 m范圍內(nèi)。

集管高度位置則與船舶在裝卸貨時的吃水有關(guān)，同時還要考慮不同碼頭漲潮及落潮的影響。14 000 m3小型多功能LNG船的最小操作吃水為距基線5 587 mm。因受集管外端法蘭與舷側(cè)最小距離2 m的限制，同時考慮到集管總閥及集管支撐的布置，下層集管高度確定為基線上方15.5 m位置。如下層集管再向上布置，則不滿足A2類LPG船的集管高度要求；如下層集管再向下布置，集管外端法蘭與舷側(cè)最小距離2 m的要求將難以保證。上層集管因僅考慮LNG的裝卸，其高度確定為基線上方21.5 m位置。該位置位于A級及B/C級LNG船對于集管高度要求的交集部分，即利用上層集管可在為60 000 m3及以上艙容LNG船設(shè)計(jì)的所有大型LNG碼頭進(jìn)行裝卸貨作業(yè)。

3.2集管參數(shù)與碼頭參數(shù)的匹配分析

將目標(biāo)船的上述集管參數(shù)與馬來西亞某地1號碼頭（以下簡稱為1號碼頭）、馬來西亞的某地3號碼頭（以下簡稱為3號碼頭）及中國東莞九豐碼頭的參數(shù)進(jìn)行對比，有如下結(jié)論：

1號碼頭為大型LNG碼頭，其裝卸臂作業(yè)范圍的下限位置相對于碼頭及水面都處于相對較高的位置，僅適合B級及C級LNG船停靠進(jìn)行貨物裝卸作業(yè)，A級LNG船在正常潮位及落潮時無法與裝卸臂對接。14 000 m3小型多功能LNG船的上層集管布置在距基線21 500 mm的位置，在正常潮位及落潮時無法與裝卸臂對接。如果要與這種大型LNG碼頭的裝卸臂對接，其上層集管高度選擇在距基線23 500 mm的位置是比較合適的。目標(biāo)船集管高度與1號碼頭的匹配情況如圖7所示。

圖7　目標(biāo)船集管與1號碼頭匹配圖

3號碼頭為中型LNG碼頭，其裝卸臂作業(yè)范圍涵蓋了B級及C級LNG船所可能選擇的所有集管高度，同時也涵蓋了A級LNG船的部分集管高度。目標(biāo)船上層集管布置在距基線21 500 mm與23 500 mm在任何情況下都可以與岸上的裝卸臂正常對接。目標(biāo)船集管高度與3號碼頭的匹配情況如下頁圖8所示。

中國的九豐（JOVO）碼頭在三個碼頭中最小，其裝卸臂的作業(yè)范圍涵蓋了A級LNG船以及B/C 級LNG船的部分集管高度，更適合A級LNG船停靠進(jìn)行裝卸作業(yè)。值得注意的是，九豐碼頭的最大漲潮水位與正常水位間有4.32 m的高度差，一旦漲潮，B/C級LNG船是無法?？孔鳂I(yè)的；而A 級LNG船依然可以正常?？孔鳂I(yè)，并且正常潮位時，九豐碼頭裝卸臂作業(yè)范圍的下限位置也可與14 000 m3LNG船的下層集管對接進(jìn)行裝卸作業(yè)。目標(biāo)船集管高度與九豐碼頭的匹配情況見下頁圖9。

由前文及作圖比較可知，上下層集管布置在滿足《推薦》的前提下，上層集管因主要考慮LNG的裝載，其布置的高度位置取決于船東對船舶航線的預(yù)設(shè)，碼頭水文條件及碼頭設(shè)施對于船舶尺度的定位也將直接影響到目標(biāo)14 000 m3小型多功能LNG船上層集管的高度位置。

為確保船岸設(shè)備及裝卸作業(yè)的安全性，除船岸集管與裝卸臂的尺寸匹配外，小型多用途LNG船在停靠碼頭及裝卸貨作業(yè)時應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行靠泊及作業(yè)時的風(fēng)速、流速、浪高、能見度及雷暴等相關(guān)指標(biāo)參數(shù)的要求。

圖8　目標(biāo)船集管與3號碼頭匹配圖

圖9　目標(biāo)船集管與九豐碼頭匹配圖

4　集管布置時要注意的問題

實(shí)船液貨集管區(qū)在布置時除滿足船岸對接的相關(guān)要求（如裝卸臂或裝卸軟管的操作范圍、船與船或船與岸之間的ESD連接、碰墊的尺寸和就位方式）以外［5］，還應(yīng)綜合考慮集管布置對于船舶自身的影響，以及在某一特定碼頭?？繒r的安全性問題等。

4.1護(hù)舷及系泊問題

小型LNG船靠泊大型LNG碼頭時應(yīng)充分考慮到船舶?？繒r的安全問題。大型LNG碼頭的護(hù)舷及系泊設(shè)施往往都是針對大型LNG船。如若小型LNG船的總長未能超過碼頭舷側(cè)護(hù)墊的間距，則?？看嬖谝欢ǖ奈ｋU(xiǎn)性，停靠時必須要有相應(yīng)的處理措施。目標(biāo)14 000 m3小型多功能LNG船上層集管雖能與大型LNG碼頭的裝卸臂進(jìn)行順利對接，但畢竟僅僅是通過集管的抬高而實(shí)現(xiàn)的，船舶系泊設(shè)施相對于碼頭還是處于較低位置，能否系泊仍要視碼頭的實(shí)際情況確定。

4.2船舶穩(wěn)性問題

上層集管為滿足在大型LNG碼頭裝貨，接管尺寸也相對較大。雙層集管布置無論是在管系還是在通道等甲板鐵舾件的質(zhì)量上都增加了船舶的自重，不僅影響裝載量，同時也在一定程度上升高了船舶的重心，從而給船舶的穩(wěn)性帶來一定的負(fù)面影響。

4.3船舶視線問題

上層集管的位置如若太高，可能會對駕駛視線有一定的影響。并且，因IGC要求透氣桅的出口位置應(yīng)高于步橋或操作平臺最少6 m，為避免高度的疊加，上層集管的布置位置還必須與透氣桅的布置位置盡量遠(yuǎn)離。

4.4軟管吊

集管區(qū)軟管吊的作業(yè)范圍需涵蓋上層集管及下層集管，軟管吊的起吊能力及吊高需綜合考慮到上層集管的布置，同時軟管吊的吊臂相對于單層集管的船舶有所延長，設(shè)計(jì)時也應(yīng)注意。

4.5人孔及管系等布置

因LNG船集管區(qū)工作平臺上的格柵需延伸至舷側(cè)，下層集管高度位置如果與主甲板較為接近時，應(yīng)充分考慮主甲板下艙柜的人孔布置，以免被工作平臺的格柵擋住而出現(xiàn)無法進(jìn)入的現(xiàn)象，同時主甲板下各艙柜的空氣管及測深管的布置也應(yīng)避開該格柵，以免影響通道及設(shè)備正常的拆裝空間。

4.6通 道

應(yīng)布置便于到達(dá)上層集管區(qū)的梯道，在上層集管區(qū)附近設(shè)置應(yīng)急切斷系統(tǒng)的應(yīng)急按鈕。按《推薦》要求，集管區(qū)應(yīng)有兩個相互獨(dú)立的逃生通道，以便在貨物泄漏或其他事故時人員能順利疏散。

4.7集管支撐

上層貨物集管是人為抬高以滿足與大型LNG碼頭裝卸臂匹配，這種“懸空”的集管勢必需要一個較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)支撐。這種支撐不僅需考慮管系及支架等的自重，還需考慮大型裝卸臂在對接時給予的額外應(yīng)力與力矩，同時因LNG的裝卸溫度為-163℃左右，與環(huán)境間存在較大溫差，裝卸貨時管系會給管路支撐額外冷應(yīng)力，這些應(yīng)力及力矩在設(shè)計(jì)上層集管結(jié)構(gòu)支撐時都應(yīng)考慮到。

5　結(jié) 論

通過對2011版《液化氣運(yùn)輸船集管推薦》的學(xué)習(xí)與分析，結(jié)合目標(biāo)14 000 m3小型多功能LNG船集管布置，分析了該船集管與幾個LNG碼頭裝卸臂的匹配情況。通過這種對比與分析，掌握了小型多功能LNG船的集管布置原則與要領(lǐng)，為液化氣運(yùn)輸船液貨系統(tǒng)中的集管設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時也為低溫甚至超低溫液化氣運(yùn)輸船液貨系統(tǒng)的自主設(shè)計(jì)鋪設(shè)了基石。

［參考文獻(xiàn)］

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［2］ 王磊，徐立，陸陳康.再液化系統(tǒng)在LNG船上的實(shí)際應(yīng)用［J］.船舶，2016（1）：68-71.

［3］ 顧俊，王凡超，劉奕謙. 6 500 m3液化氣運(yùn)輸船鞍座結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析［J］.船舶，2015（4）：77-83.

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［5］ 羅肖鋒，范洪軍，徐建勇，等. LNG加注船設(shè)計(jì)和船對船加注操作需要關(guān)注的問題［J］.船舶設(shè)計(jì)師，2016（1）：38-42.

Cargo manifold design for small scale multigas LNG carrier

LI Yin-tao1REN Fei-hua2
（1. Shanghai Jiao Tong University， Shanghai 200240， China；2. Marine Design & Research Institute of China， Shanghai 200011， China）

Abstract：This paper introduces the requirements of “manifold recommendations for liquefied gas carriers” with version 2011. Following these requirements， a manifold design of a small scale multigas LNG carrier is designed and matched with some LNG terminals to summarize the manifold design principles for a small scale multigas LNG carrier.

Keywords：small scale multigas LNG carrier； double layer crossed cargo manifold； LNG terminal

［中圖分類號］U664.84

［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A

［文章編號］1001-9855（2016）03-0073-13

［收稿日期］2015-12-25；［修回日期］2016-03-28

［作者簡介］李銀濤（1982-），男，工程碩士在讀，高級工程師，研究方向：船舶輪機(jī)設(shè)計(jì)。