內(nèi)河雙燃料船LNG儲(chǔ)氣罐位置的確定

陳 峰，李岳洋

(1．宿遷宿城地方海事處，江蘇宿遷223800;2．江蘇現(xiàn)代造船技術(shù)有限公司，江蘇鎮(zhèn)江212003)

0 引言

在當(dāng)今節(jié)能環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢(shì)下，在傳統(tǒng)的內(nèi)河航運(yùn)方面，要想有效地優(yōu)化動(dòng)力系統(tǒng)，提高運(yùn)輸效率，減少對(duì)環(huán)境和生態(tài)的影響，需要發(fā)展新型能源作為內(nèi)河航運(yùn)動(dòng)力的燃料，替代現(xiàn)有柴油發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力。內(nèi)河柴油-LNG雙燃料動(dòng)力船舶正是應(yīng)這一要求而產(chǎn)生的。確定LNG儲(chǔ)氣罐的安放位置是柴油-LNG雙燃料動(dòng)力船首先要解決的問題。LNG儲(chǔ)氣罐可以安放的位置有:貨艙處、艉部甲板處，或者是機(jī)艙處所。如果艙容有剩余，可以將剩余艙容部分建一個(gè)隔離空艙，單獨(dú)安放LNG儲(chǔ)氣罐。LNG儲(chǔ)氣罐是一個(gè)圓柱型的桶狀物，LNG儲(chǔ)氣罐的安放形式有:水平放或者是豎立放。本文將對(duì)內(nèi)河散裝貨船利用模糊層次綜合分析法確定LNG儲(chǔ)氣罐的安放位置及安放形式。

1 模糊層次分析法(FAHP)

層次分析法是美國運(yùn)籌學(xué)家，匹茲堡大學(xué)的A．L．Saaty教授于20世紀(jì)70年代提出的一種定性分析和定量分析相結(jié)合的系統(tǒng)分析方法。層次分析法通過明確問題，建立層次分析結(jié)構(gòu)模型，構(gòu)造判斷矩陣，層次單排序和層次總排序5個(gè)步驟計(jì)算各層次構(gòu)成要素對(duì)于總目標(biāo)的組合權(quán)重，從而得出不同可行方案的綜合評(píng)價(jià)值，為選擇最優(yōu)方案提供依據(jù)。

2模糊層次分析法的具體應(yīng)用

本文以某典型的內(nèi)河運(yùn)砂船為設(shè)計(jì)對(duì)象。由于內(nèi)河柴油-LNG船較傳統(tǒng)的船舶來說，只是增加了1套LNG供氣系統(tǒng)(LNG儲(chǔ)氣罐是本文考慮的重點(diǎn))，因此本篇重點(diǎn)考慮LNG儲(chǔ)氣罐對(duì)內(nèi)河運(yùn)砂船的影響。本文選擇貨艙、艉部甲板、機(jī)艙等位置利用模糊層次分析法對(duì)上述的3個(gè)位置進(jìn)行模糊綜合評(píng)判，以確定LNG儲(chǔ)氣罐的安放位置。

本文所建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖1所示。

圖1 多層次模糊綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

本文所選取的運(yùn)砂船的設(shè)計(jì)要素為:

總長 68．00 m

滿載水線長 67．176 m

兩柱間長 64．80 m

總寬 15．14 m

型寬 15．00 m

型深 4．50 m

設(shè)計(jì)吃水 3．80 m

梁拱 0．18 m

肋距 0．50 m

方型系數(shù) 0．877

水線面系數(shù) 0．975

剖面系數(shù) 0．995

2．1 貨艙位置多層次模糊綜合評(píng)價(jià)

2．1．1 構(gòu)造判斷矩陣

根據(jù)各專項(xiàng)的評(píng)價(jià)，按圖1的層次結(jié)構(gòu)，構(gòu)造判斷矩陣。其中λmax為判斷矩陣最大特征根;n為不確定常數(shù);CI為度量判斷矩陣偏離一致性指標(biāo);RI為判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo);CR為判斷矩陣具有滿意的一致性;E為總體評(píng)價(jià)矩陣;W為各指標(biāo)的權(quán)重;R為特殊因素(單項(xiàng)指標(biāo))的評(píng)價(jià)矩陣;U為評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，U的總體評(píng)價(jià)矩陣E的公式E=WR。采用DELPHI法由數(shù)位專家利用1～9標(biāo)度法進(jìn)行各指標(biāo)重要度打分，利用AHP法計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重W，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。第1層判斷矩陣結(jié)果見表1，第2層判斷矩陣結(jié)果見表2～表4。

表1 判斷矩陣A～B數(shù)值

表2 判斷矩陣B1～C數(shù)值

表3 判斷矩陣B2～C數(shù)值

表4 判斷矩陣B3～C數(shù)值

由以上可知，貨艙位置處的第1層判斷矩陣和第2層判斷矩陣均滿足一致性的要求。

2．1．2 評(píng)語集計(jì)算

根據(jù)實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)，確定隸屬函數(shù)的閾值為(3，7，10)，專家對(duì)LNG儲(chǔ)氣罐安放位置艏部甲板處評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的打分為 U={4，3，5，4，5，3，2，4}。根據(jù)隸屬函數(shù)公式得評(píng)價(jià)矩陣為:

由U的總體評(píng)價(jià)矩陣E中按判斷矩陣B1、B2、B3得到總體評(píng)價(jià)矩陣 EB1、EB2、EB3:

根據(jù)評(píng)價(jià)等級(jí)的劃分，V=(3，7，10)，則 W貨艙=EA1V=3．861 2

2．2 艉部甲板位置多層次模糊綜合評(píng)價(jià)

2．2．1 構(gòu)造判斷矩陣

根據(jù)各專項(xiàng)的評(píng)價(jià)，按圖1的層次結(jié)構(gòu)，構(gòu)造判斷矩陣。采用DELPHI法利用1～9標(biāo)度法進(jìn)行各指標(biāo)重要度打分，利用AHP法計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重W，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。第1層判斷矩陣結(jié)果見表5，第2層判斷矩陣結(jié)果見表5～表8。

表5 判斷矩陣A～B數(shù)值

表6 判斷矩陣B4～C數(shù)值

表7 判斷矩陣B5～C數(shù)值

表8 判斷矩陣B6～C數(shù)值

由以上可知，艉部甲板處的第1層判斷矩陣和第2層判斷矩陣均滿足一致性。

2．2．2 評(píng)語集計(jì)算

根據(jù)實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)，確定隸屬函數(shù)的閾值為(3，7，10)，專家對(duì)LNG儲(chǔ)氣罐安放位置艏部甲板處評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的打分為 U={4，3，5，4，5，3，2，4}。根據(jù)隸屬函數(shù)公式得評(píng)價(jià)矩陣為:

由U的總體評(píng)價(jià)矩陣E中按判斷矩陣B4、B5、B6得到總體評(píng)價(jià)矩陣 EB4、EB5、EB6:

根據(jù)評(píng)價(jià)等級(jí)的劃分，V=(10，7，3)，則W艉部甲板=EAV=7．095 8

2．3 機(jī)艙位置多層次模糊綜合評(píng)價(jià)

2．3．1 構(gòu)造判斷矩陣

根據(jù)各專項(xiàng)的評(píng)價(jià)，按圖1的層次結(jié)構(gòu)，構(gòu)造判斷矩陣。采用DELPHI法利用1～9標(biāo)度法進(jìn)行各指標(biāo)重要度打分，利用AHP法計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重W，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。第1層判斷矩陣結(jié)果見表9，第2層判斷矩陣結(jié)果見表10～表12。

表9 判斷矩陣A～B數(shù)值

表10 判斷矩陣B7～C數(shù)值

表11 判斷矩陣B8～C數(shù)值

表12 判斷矩陣B9～C數(shù)值

由以上可知，機(jī)艙處的第1層判斷矩陣和第2層判斷矩陣均滿足一致性的要求。

2．3．2 評(píng)語集計(jì)算

根據(jù)實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)，確定隸屬函數(shù)的閾值為(3，7，10)，專家對(duì)LNG儲(chǔ)氣罐安放位置艏部甲板處評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的打分為 U={4，3，5，4，5，3，2，4}，根據(jù)隸屬函數(shù)公式得評(píng)價(jià)矩陣為:

由U的總體評(píng)價(jià)矩陣E中按判斷矩陣B7、B8、B9得到總體評(píng)價(jià)矩陣 EB7、EB8、EB9:

根據(jù)評(píng)價(jià)等級(jí)的劃分，V=(10，7，3)，則 W機(jī)艙=EA3V=3．846 9

W貨艙=3．861 2，W艉部甲板=7．095 8，W機(jī)艙=3．846 9。W艉部甲板明顯大于其他的模糊綜合評(píng)價(jià)，故本文選擇第2種方案，即將LNG儲(chǔ)氣罐安放在艉部甲板處。

由于艉部甲板處的面積較小，且考慮到LNG儲(chǔ)氣罐在船舶航行過程中的穩(wěn)定性，故將其放在艉部甲板沿船寬方向，即橫放在船舶的艉部甲板上。

3 結(jié)語

本文將模糊層次分析法應(yīng)用到具體設(shè)計(jì)上，選擇貨艙、艉部甲板、機(jī)艙位置，利用模糊層次分析法對(duì)上述的3個(gè)位置進(jìn)行模糊綜合評(píng)判，以確定LNG

儲(chǔ)氣罐的安放位置。最后得到的具體結(jié)論對(duì)此類型散貨船來說，將LNG儲(chǔ)氣罐沿船寬方向安放到艉部甲板的中心線上。

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