40 000 m3 LPG液化氣船總體設(shè)計(jì)研究

柳一點(diǎn)，陳 兵，胡 楠，鄭雙燕

（江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，上海 201913）

0 引言

液化石油氣（liquefied petroleum gas，簡(jiǎn)稱：LPG）主要來(lái)源于天然油氣田和石油制品的煉制過(guò)程，是目前最清潔、高效的能源之一，LPG和其他石油衍生品主要用于工業(yè)和民用燃料及化學(xué)原料，在世界的能源結(jié)構(gòu)中占有十分重要的地位，約占整個(gè)能源構(gòu)成的20%～25%。隨著美國(guó)“頁(yè)巖氣革命”帶來(lái)的伴生副產(chǎn)品丙烷、丁烷產(chǎn)量的急劇上升，它也在不斷的改變著世界能源結(jié)構(gòu)。世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家利用液化氣所占能源的比重已遠(yuǎn)超50%。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)液化氣的需求量也將越來(lái)越大，這些必將促進(jìn)液化氣及其運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展。

近年來(lái)中型 LPG液化氣船的老舊船舶不斷增加，據(jù)克拉克森報(bào)道，預(yù)計(jì)今年船齡超過(guò) 15年的20 000～45 000立方米級(jí)中型LPG船已達(dá)46艘，盡管明年將略微減少到40艘，但預(yù)計(jì)此后的3年數(shù)量將逐年遞增，2022年達(dá)46艘，2023年達(dá)62艘，2024年達(dá)77艘。最近3年內(nèi)預(yù)計(jì)完工交付的新造中型LPG船分別為2020年3艘、2021年7艘、2022年10艘，無(wú)法滿足液化石油氣運(yùn)輸?shù)男枨蟆?/p>

同時(shí)，隨著國(guó)際海事環(huán)保新規(guī)的不斷加速生效，考慮到全球主要航運(yùn)公司圍繞提高船舶燃油利用效率展開(kāi)的競(jìng)爭(zhēng)，可以預(yù)見(jiàn)的是LPG船的訂單結(jié)構(gòu)正在逐步發(fā)生變化，并且以LPG作為主機(jī)清潔燃料的雙燃料LPG船的批量訂單將越來(lái)越多。

正是基于大量廉價(jià)丙烷的強(qiáng)勁需求、老船替代和環(huán)保新規(guī)的不斷加壓的多重背景下，江南造船（集團(tuán)）公司（以下簡(jiǎn)稱：江南造船）開(kāi)發(fā)了具有LPG雙燃料技術(shù)的全新一代40 000 m全冷式液化氣船（mid-sized LPG carrier，簡(jiǎn)稱：MGC）。

1 船型方案

1.1 中型液化氣船MGC概述

這艘40 000 m全冷式液化氣船是江南造船秉承“節(jié)能、環(huán)保、智能”的設(shè)計(jì)理念，繼超大型氣體運(yùn)輸船VLGC品牌江南PANDA 83P/84P/86P系列后，自主研發(fā)的全新MGC（PANDA 40P），和江南造船研制的超大型全冷式液化氣船（very large gas carrier，簡(jiǎn)稱：VLGC）同屬一種類型，液貨艙都采用無(wú)壓力設(shè)計(jì)的A型菱形獨(dú)立液貨艙，但其主尺度較小，使用靈活便捷，主要適用于中短航程的航線上LPG（液化石油氣，主要成分為丙烷、丁烷等）、氨水、聚氯乙烯等液化氣的運(yùn)輸業(yè)務(wù)。

2020年8 月，中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司旗下江南造船與日本Kumiai Senpaku公司簽訂1艘40 000 mMGC建造合同，入ABS級(jí)，掛馬紹爾群島旗。船級(jí)符號(hào)為：A1, (E), Liquefied Gas Carrier with Independent Tanks (Ship type 2G, Maximum Vapour Pressure of 0.25 bar G at sea and 0.45 bar G at harbor,Minimum Cargo Temperature of -50 ℃), SH, SHCM,RW, CRC (SC, SP), SFA (40, WWT), CPS, UWILD,BWT, TCM, IHM, NBLES, DFD-LPG, NOX-TIER III。

這艘40 000 mMGC是IMO 2G型船舶，該船采用單槳、雙燃料主機(jī)推進(jìn)，船身線型采用VS-Bow專利技術(shù)、可選擇性地設(shè)置艏樓，機(jī)艙和房艙都位于艉部。該船貨艙中部設(shè)有3個(gè)A型菱形獨(dú)立液貨艙，內(nèi)部設(shè)制蕩艙壁，因此可以解決部分裝載帶來(lái)的晃蕩問(wèn)題，由特殊設(shè)計(jì)的支撐系統(tǒng)進(jìn)行支撐。該液貨艙最大設(shè)計(jì)密度為0.61 t/m，最大設(shè)計(jì)壓力為0.25 bar G，對(duì)于密度大于0.61 t/m的貨物，可部分裝載。該船型的液貨兩品位設(shè)計(jì)，對(duì)于晃蕩問(wèn)題沒(méi)有液貨裝載限制，可多港口掛靠。

1.2 A型獨(dú)立液貨艙設(shè)計(jì)

這艘40 000 mMGC采用A型獨(dú)立液貨艙，其結(jié)構(gòu)由外殼板和內(nèi)部支撐構(gòu)件組成，設(shè)置制蕩艙壁以降低晃蕩載荷。由于所載運(yùn)液貨的最低溫度接近-50 ℃，液貨艙結(jié)構(gòu)采用具有良好低溫型能的碳-錳鋼。液貨艙位于被船體結(jié)構(gòu)包裹的空間內(nèi)，由類似于墩形的支撐系統(tǒng)支撐。利用固定在船體和液貨艙上的各種支座限制液貨艙在縱向﹑水平方向和進(jìn)水情況下的垂向運(yùn)動(dòng)。次屏蔽由包圍液貨艙的船體結(jié)構(gòu)組成。因此，液貨艙結(jié)構(gòu)和其支撐船體結(jié)構(gòu)都采用同樣的低溫碳-錳鋼。在液貨艙的外表面設(shè)絕緣層，通常是聚氨酯泡沫。

1.3 主尺度優(yōu)選

MGC的運(yùn)力范圍通常為20 000 m～40 000 m，以38 000 m～39 000 m為設(shè)計(jì)艙容的船型最為普遍，通過(guò)廣泛調(diào)研和多方船東的咨詢可知，目前比利時(shí)船東Exmar N.V.手持的MGC就可多達(dá)22艘，該船東于1996年開(kāi)始建造第一批MGC船舶，一直延續(xù)至今，他的MGC船隊(duì)中艙容普遍在35 500 m～38 900 m之間，其中又以對(duì)應(yīng)“180 m船長(zhǎng)”和“38 500 m”這種標(biāo)準(zhǔn)型MGC船舶占比最多；希臘船東Thenamaris公司手持6艘MGC，新加坡船東Eastern Pacific公司手持4艘MGC，等等。就MGC整體船隊(duì)數(shù)量、運(yùn)營(yíng)年限以及行業(yè)內(nèi)影響力而言，比利時(shí)船東Exmar N.V.無(wú)疑屬于引領(lǐng)者。

通過(guò)對(duì)世界主流船廠MGC船型參數(shù)列表（表1）和世界主要LPG碼頭（表2）的的分析研究，結(jié)合液化氣船市場(chǎng)的主要發(fā)展趨勢(shì)以及韓國(guó)先進(jìn)船廠設(shè)計(jì)建造的MGC主要技術(shù)參數(shù)，基本可以總結(jié)為：在“船長(zhǎng)不超過(guò)182 m，船寬不超過(guò)30 m，結(jié)構(gòu)吃水不超過(guò)10.9 m”的主尺度包絡(luò)線下，其可以滿足世界主要LPG碼頭的限制要求。同時(shí)在商務(wù)接洽和租家信息不明朗的階段，且沒(méi)有特殊約定航線的情況下，一般會(huì)采用最具有碼頭通用性的主尺度設(shè)計(jì)，即確定了該目標(biāo)船型的主尺度如下：總長(zhǎng)

L

為180.00 m；垂線間長(zhǎng)

L

為176.20 m；型寬

B

為30.00 m；型深

D

為18.80 m；設(shè)計(jì)吃水

T

為9.80 m；結(jié)構(gòu)吃水

T

為10.90 m；液艙容積為40 000 m；定員為25人；主機(jī)型號(hào)6G50ME-C9.6-LGIP with HP SCR。

表1 世界主流船廠MGC全冷式液化氣船主尺度

表2 世界主要LPG碼頭和限制條件

表2 世界主要LPG碼頭和限制條件（續(xù)）

1.4 總布置設(shè)計(jì)

本船的總布置圖如圖1所示，為具有一層縱通甲板的平甲板船型、機(jī)艙和居住區(qū)域設(shè)在船尾部。主船體被水密或油密隔壁分成船首艙、艏深壓載艙、4個(gè)液艙區(qū)域、燃油深艙、機(jī)艙及艉艙等。各個(gè)液貨區(qū)域各設(shè)1個(gè)A型獨(dú)立菱形液貨罐。為了使液貨罐不會(huì)將其低溫傳遞給船體，不致相互傳遞產(chǎn)生于液貨罐和船體的應(yīng)力和扭曲，將其設(shè)計(jì)成獨(dú)立于船體的結(jié)構(gòu)，液貨罐外面敷設(shè)絕熱材料。

圖1 40 000 m3全冷式液化氣船總布置圖

船體橫剖面類似散貨型式，雙層底設(shè)舷側(cè)漏斗，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔合理。雙層底及舷側(cè)上部有壓載槽，雙層底與舷側(cè)艙之間設(shè)連通管，使上下壓載艙連成一體。

壓載艙由液貨罐區(qū)的雙層底艙、舷邊艙、艏尖艙、艏深壓載艙及艉深壓載艙組成，除壓載航行時(shí)可得到充分的吃水之外，還可以調(diào)整浮態(tài)，以適用LPG裝卸貨作業(yè)。

1號(hào)液貨艙和2號(hào)液貨艙之上設(shè)有2個(gè)500 m的甲板罐，主要作為L(zhǎng)PG燃料供應(yīng)，也可以用于換貨。

3號(hào)液貨艙和4號(hào)液貨艙之上設(shè)有合并式壓縮機(jī)房及馬達(dá)驅(qū)動(dòng)間，可處理航行過(guò)程或裝卸貨時(shí)發(fā)生的蒸發(fā)液化氣。在其房間后部，設(shè)有主機(jī)燃?xì)忾y組、LPG日用柜和高壓泵設(shè)備等，可實(shí)現(xiàn)將液貨艙抽出的液態(tài)LPG送入供氣系統(tǒng)模塊再送往主機(jī)端。

根據(jù)眾多美國(guó)碼頭終端即石油公司國(guó)際海事論壇（Oil Companies International Marine Forum，簡(jiǎn)稱：OCIMF）液貨集管區(qū)推薦指南的要求，液貨集管區(qū)域布置按照LVVL型式；同時(shí)，由于應(yīng)對(duì)船東特殊要求（滿足日本碼頭港口裝卸貨），需按照 VLLV的型式布置液貨集管區(qū)。因此，該船的液貨集管區(qū)域布置為L(zhǎng)VVLLV型式（總計(jì)3根液貨管和3根蒸氣管）。

在機(jī)艙設(shè)計(jì)方面，采用最新 MAN 6G50ME-C9.6-LGIP with HP SCR雙燃料主機(jī)，最大輸出功率為10 320 kW×100 r/min。在機(jī)艙三平臺(tái)的尾部布置了3臺(tái)900 kW常規(guī)柴油發(fā)電機(jī)組，2臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)并車運(yùn)行可滿足日常航運(yùn)及裝卸貨的正常使用。同時(shí)配備1臺(tái)1 500 kw的軸帶發(fā)電機(jī)，該軸帶發(fā)電機(jī)工作時(shí)可完全替代2臺(tái)發(fā)電機(jī)，經(jīng)濟(jì)節(jié)能。裝有1臺(tái)輔鍋爐及1臺(tái)排氣預(yù)熱器，作為蒸汽發(fā)生裝置，日常航運(yùn)時(shí)，所需蒸汽全部由排氣預(yù)熱器提供。

居住區(qū)域的船員房間全部為單人間，并設(shè)有高級(jí)船員餐廳、船員公共餐廳、健身房、娛樂(lè)室、吸煙室、圖書館和辦公室等，該房艙的設(shè)計(jì)兼顧船東的使用要求和海事勞工公約的規(guī)范要求。

1.5 系泊設(shè)計(jì)

系泊設(shè)計(jì)布置很大程度上影響著船舶的甲板布置、碼頭使用和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所以一個(gè)有效的系泊系統(tǒng)能保證船舶、船員、碼頭和環(huán)境的安全性。本項(xiàng)目通過(guò)船東對(duì)實(shí)船運(yùn)營(yíng)的反饋以及市場(chǎng)上韓國(guó)現(xiàn)代同類船型的數(shù)據(jù)研究，開(kāi)展兼容性更好、性價(jià)比和效率更高的系泊布置優(yōu)化研究，使本船能夠滿足最新的規(guī)范要求。主要系泊設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

1）設(shè)計(jì)規(guī)范。參考船級(jí)社規(guī)范、系泊設(shè)備指南規(guī)范MEG4、船東終端碼頭要求；

2）船舶設(shè)計(jì)最小破斷負(fù)荷（船舶設(shè)計(jì)

MBL

）。船舶設(shè)計(jì)

MBL

是核心參數(shù)，船舶系泊系統(tǒng)的所有其他組件均根據(jù)該參數(shù)進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì)。根據(jù)船級(jí)社規(guī)范要求，舾裝數(shù)計(jì)算為2 700～2 870檔位，因此對(duì)應(yīng)的本船設(shè)計(jì)

MBL

為50 t；根據(jù)系泊設(shè)備指南規(guī)范 MEG4，綜合計(jì)算環(huán)境力所得的船舶設(shè)計(jì)

MBL

為60 t；根據(jù)Bioko終端碼頭要求，即“該船型的系泊絞車剎車力至少為40 t，同時(shí)在第一層纜繩上的剎車握持負(fù)荷設(shè)置為船舶設(shè)計(jì)

MBL

的60%”，推算出船舶設(shè)計(jì)

MBL

為67 t。最終選取67 t作為本船的設(shè)計(jì)最小破斷負(fù)荷。3）系泊絞車。首部組合式錨絞車2臺(tái)，貨艙前部系泊絞車2臺(tái)，貨艙后部系泊絞車1臺(tái)，尾部系泊絞車 3臺(tái)。絞車設(shè)計(jì)負(fù)荷不高于船舶設(shè)計(jì)

MBL

的33%，不低于船舶設(shè)計(jì)

MBL

的22%，同時(shí)保證該值足夠抵抗環(huán)境的作用力和避免對(duì)纜繩造成應(yīng)力過(guò)度，因此選型設(shè)計(jì)負(fù)荷為15 t的系泊絞車。

4）系泊模式。本船選用首纜6根、中部橫纜4根、尾纜6根，整船總計(jì)16根纜繩。系泊纜繩布置考慮多種方向的環(huán)境和船舶系泊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可有效抵抗來(lái)自復(fù)雜環(huán)境帶來(lái)的任何方向的環(huán)境力。

5）系泊纜繩材料。本船纜繩配置材料為直徑32 mm高分子合成纜繩HMPE，碼頭適用性強(qiáng)。

1.6 線型設(shè)計(jì)及水動(dòng)力性能優(yōu)化

液化氣船屬于布置地位型船舶，其主尺度和船型系數(shù)的選取和分艙劃分取決于液貨艙的布置、載重量、完整穩(wěn)性和破艙穩(wěn)性等要求，同時(shí)，由于液化氣船船型的特殊性，給船舶的型線設(shè)計(jì)帶來(lái)一定困難，因此其線型設(shè)計(jì)工作需要重點(diǎn)考慮以下核心技術(shù)點(diǎn)：

1）線型和液貨艙形狀之間的匹配關(guān)系。液貨艙以典型菱形端面沿著船首尾部縱向方向不斷延伸收縮，它和線型之間的匹配將是一個(gè)循環(huán)往復(fù)的迭代過(guò)程，在主尺度限制條件下平行中體盡可能地長(zhǎng)和瘦削，以獲取最大的液貨艙容和良好的快速性。

2）全冷式液化氣船所載運(yùn)的貨種中丙烷、丁烷等密度較小，為滿足船舶滿載時(shí)的縱傾要求，在線型設(shè)計(jì)前期選擇合理的浮心位置尤為重要；

3）該船型是尾機(jī)型船舶，同時(shí)液化氣船的機(jī)艙內(nèi)設(shè)備多、容量大，因此尾部型線要確保各種機(jī)電設(shè)備的布置，同時(shí)又要兼顧快速性的要求，這是型線設(shè)計(jì)重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。

本船線型通過(guò)多次嘗試，反復(fù)修改、匹配、優(yōu)化，為保證項(xiàng)目研發(fā)進(jìn)度，借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行大量細(xì)致的線型計(jì)算和分析工作。針對(duì)線型變換、設(shè)計(jì)和優(yōu)化，項(xiàng)目利用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）軟件系統(tǒng)對(duì)多個(gè)方案的線型進(jìn)行計(jì)算分析（圖2），結(jié)合總布置和各方面的綜合需求進(jìn)行平衡、選優(yōu)，得出最優(yōu)的線型。最后通過(guò)船模實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)驗(yàn)證線型性能，確定最終的線型方案。

圖2 40 000 m3全冷式液化氣船線型優(yōu)化前后的波形分布圖對(duì)比

1.7 安全舒適度研究

船舶在海上航行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同程度的振動(dòng)。船體振動(dòng)及由此引起的噪聲常會(huì)導(dǎo)致船員及乘客的居住舒適性下降，引起船員身體不適，甚至損害到身體健康。

本項(xiàng)目將振動(dòng)分析融入結(jié)構(gòu)的初始設(shè)計(jì)中，通過(guò)有限元軟件建立整船三維振動(dòng)分析模型（圖3），結(jié)合滿載和壓載多種工況，采用分塊蘭索斯法進(jìn)行模態(tài)分析，提取前六階振動(dòng)模態(tài)，保證覆蓋船體結(jié)構(gòu)主要的振動(dòng)特性，從而對(duì)全船的自振特性和動(dòng)力響應(yīng)性能進(jìn)行全面的評(píng)估和預(yù)報(bào)控制。

圖3 滿載工況下的全船動(dòng)力響應(yīng)

1.8 穩(wěn)性研究

MGC的完整穩(wěn)性和破艙穩(wěn)性需要滿足的相關(guān)規(guī)范和公約有“1966年國(guó)際載重線公約1988年議定書”，“IMO完整穩(wěn)性規(guī)則2008”，“國(guó)際載運(yùn)散裝液化氣船規(guī)則（IGC）”及其最新修訂。經(jīng)過(guò)核算，MGC的完整穩(wěn)性都可以滿足完整穩(wěn)性衡準(zhǔn)要求并且富有一定余量。因?yàn)镸GC載運(yùn)貨品的密度較大，艙容突破40 000 m但船寬受限的情況下，滿足破艙穩(wěn)性是一大挑戰(zhàn)。因此，本文將重點(diǎn)介紹該船型的破艙穩(wěn)性特點(diǎn)。

液化氣船破損后殘存能力主要包含以下衡準(zhǔn)：

1）在浸水階段，計(jì)及下沉﹑橫傾和縱傾后的水線應(yīng)低于可能發(fā)生浸水的任何開(kāi)口下緣；

2）不對(duì)稱浸水引起的最大橫傾角應(yīng)不超過(guò)30°；

3）在浸水后的平衡狀態(tài)，復(fù)原力臂曲線超過(guò)平衡位置應(yīng)有1個(gè)20°的最小范圍；

4）在上述20°范圍內(nèi)最大剩余復(fù)原力臂至少為0.1 m；

5）在上述20°范圍內(nèi)靜穩(wěn)性曲線下的面積應(yīng)不小于 0.017 5 m·rad。

在NAPA軟件中建立本船的破損方案，該船型研究對(duì)象的破損工況計(jì)算超過(guò)了580種，為了更加有針對(duì)性地了解該船型的破艙穩(wěn)性特點(diǎn)，本文將其分成“裝貨工況”和“壓載工況”2大類別，將每個(gè)衡準(zhǔn)所對(duì)應(yīng)的最危險(xiǎn)工況篩選出來(lái)，如表3和表4所示。

表3 破艙穩(wěn)性最危險(xiǎn)工況匯總表，裝貨工況

表4 破艙穩(wěn)性最危險(xiǎn)工況匯總表，壓載工況

由表3和表4的計(jì)算結(jié)果對(duì)比可知，在壓載工況下，IGC規(guī)則破艙穩(wěn)性的3條衡準(zhǔn)要求“非水密開(kāi)口距平衡水線”、“最大橫傾角”、“最小范圍”將會(huì)顯著變差；在裝貨工況下，IGC規(guī)則破艙穩(wěn)性的 5條衡準(zhǔn)都可以滿足并且富有余量。因此對(duì)于MGC船型，改善破艙穩(wěn)性和分艙劃分的側(cè)重點(diǎn)是在壓載工況上。

2 排放控制

2.1 船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)（EEDI）三階段

對(duì)于船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)（energy efficiency design index，簡(jiǎn)稱：EEDI）三階段提前到來(lái)（MEPC 75），需有應(yīng)對(duì)措施，即溫室氣體控制。EEDI是衡量船舶能效水平的一個(gè)指標(biāo)，即EEDI公式是根據(jù)CO排放量和貨運(yùn)能力的比值來(lái)表示船舶的能效。根據(jù)MEPC 63會(huì)議上通過(guò)的《2012年新造船達(dá)到的能效設(shè)計(jì)指數(shù)（EEDI）計(jì)算方法導(dǎo)則》中給出的計(jì)算公式計(jì)算出該船型在燃油模式和燃?xì)饽Ｊ较碌腅EDI值。

國(guó)際海事組織（International Maritime Organization，簡(jiǎn)稱：IMO）在2020年11月召開(kāi)的環(huán)境保護(hù)委員會(huì)第75屆（MEPC 75）會(huì)議上提出了新的議程法案，預(yù)計(jì)該提案將于2021年6月在環(huán)境保護(hù)委員會(huì)第76屆（MEPC 76）會(huì)議上被正式采納，并于2023年1月1日正式生效。該提案提出：EEDI第三階段的啟動(dòng)日期將從2025年1月1日提前到2022年4月1日，適用于集裝箱船、大型氣體運(yùn)輸船（＞15 000 DWT）、普通貨船、LNG運(yùn)輸船和具有非傳統(tǒng)推進(jìn)裝置的郵輪客輪。由于上訴若干船型的設(shè)計(jì)能效指數(shù)三階段的提前到來(lái)，對(duì)應(yīng)的壓力肯定會(huì)傳導(dǎo)到設(shè)計(jì)端。正是基于這樣的背景，江南造船一直思考如何開(kāi)發(fā)出滿足EEDI第三階段的MGC船型。

本項(xiàng)目針對(duì)40 000 mMGC，由表5的對(duì)比可以看出LPG的

C

（無(wú)量綱轉(zhuǎn)化系數(shù)，基于含碳量將燃料的消耗量轉(zhuǎn)化為CO的排放量）明顯小于燃油的

C

，這意味著如果燃油的單位消耗量與 LPG的單位消耗量相同時(shí)，用LPG作燃料的能效指數(shù)要明顯優(yōu)于使用燃油。

表5 不同燃料所對(duì)應(yīng)的CF值

通過(guò)表6的實(shí)際計(jì)算對(duì)比發(fā)現(xiàn)：該船型在燃油模式下的EEDI指標(biāo)為26%，僅滿足EEDI第二階段的要求；在燃?xì)饽Ｊ角闆r下的EEDI指標(biāo)為33%，可滿足EEDI第三階段的要求。本船設(shè)計(jì)采用液態(tài)燃?xì)鈬娚浔椋╨iquefied gas injection for propane，簡(jiǎn)稱：LGIP）雙燃料主機(jī)推進(jìn)，并且在主甲板配置有2個(gè)500 m的甲板罐，其可滿足單航程約10 000 n mile的需求，在船舶返程時(shí)候，需要從液貨艙中抽出1 000 m液化氣來(lái)補(bǔ)充已經(jīng)空載的甲板罐，因此本船可以核定燃?xì)饽Ｊ阶鳛橹饕\(yùn)營(yíng)工況，設(shè)計(jì)完全滿足EEDI第三階段的要求。

表6 EEDI計(jì)算結(jié)果MGC

2.2 硫氧化物和氮氧化物排放控制

MARPOL 73/78公約附則VI、歐盟及加州法令等要求，2020年1月1日以后，全世界范圍內(nèi)船用燃料硫含量不超過(guò)0.5%。同時(shí)，針對(duì)NO排放，IMO MARPOL73/78公約附則VI“防止船舶造成空氣污染規(guī)則”第13條制定了3個(gè)排放階段。相對(duì)于第一階段標(biāo)準(zhǔn)，第二階段NO排放量需下降約20%，第三階段NO排放量需下降約80%。IMO規(guī)定，2011年1月1日及以后建造的船舶，航行于非NO排放控制區(qū)內(nèi)時(shí)，柴油機(jī)（＞130 kW）NO排放需滿足第二階段（Tier II）要求；2016年1月1日或以后建造的船上的柴油機(jī)在NO排放控制區(qū)內(nèi)運(yùn)行時(shí)，NO排放量應(yīng)滿足第三階段（Tier III）要求。

目前減少船舶排放的主要措施見(jiàn)表7。

表7 減少船舶排放的措施

本船型40 000 mMGC針對(duì)MAN的LPG雙燃料主機(jī)開(kāi)展在本型船上的應(yīng)用研究，搭載1套燃?xì)庀到y(tǒng)（包含1個(gè)LPG甲板燃料罐、2臺(tái)LPG燃料供給泵、2臺(tái)LPG燃料增壓泵、1臺(tái)LPG燃料加熱器等）和1套安全輔助系統(tǒng)（包含氮?dú)獯祾?密性測(cè)試系統(tǒng)、雙壁管通風(fēng)、氣體探測(cè)系統(tǒng)等），形成 1套完整的LPG雙燃料技術(shù)方案。該船型同時(shí)配置超低硫油燃油和LPG清潔能源雙燃料方案，可以完全應(yīng)對(duì)最新的NO和SO排放的要求，極大提高了該型船的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。通過(guò)選用配置的軸帶發(fā)電機(jī)進(jìn)行搭配，該軸帶發(fā)電機(jī)工作時(shí)可完全替代 2臺(tái)發(fā)電機(jī)，因此在海上航行時(shí)幾乎可以使SO的排放降為0。

綜上，幾種技術(shù)方案的控制效果、運(yùn)營(yíng)成本、技術(shù)成熟性都有不同特點(diǎn)，選取方案需要結(jié)合多重因素，更重要的是匹配船型的特點(diǎn)和船東的運(yùn)營(yíng)要求。該船東在考慮船舶能效指數(shù)的日益嚴(yán)苛，以及雙燃料技術(shù)的日益成熟高效，選用了配置超低硫油燃油和LPG清潔能源雙燃料方案，達(dá)到了實(shí)現(xiàn)“優(yōu)異的 EEDI/EEXI指標(biāo)和排放控制相結(jié)合”一箭雙雕的目標(biāo)。

3 結(jié)論

全新一代40 000 m全冷式液化氣船（MGC）無(wú)論從世界能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變或市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)，都是一款有發(fā)展前景的高附加值船型。本文通過(guò)對(duì)主尺度優(yōu)選、總布置設(shè)計(jì)、線型開(kāi)發(fā)優(yōu)化、舒適性、穩(wěn)性等方面的研究，對(duì)該船型的開(kāi)發(fā)和總體設(shè)計(jì)工作有了一個(gè)比較完整的認(rèn)識(shí)，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，為快速響應(yīng)市場(chǎng)需求，搶占訂單打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

同時(shí)，隨著國(guó)際海事環(huán)保新規(guī)的不斷加速生效、“碳中和”的目標(biāo)已逐步在航運(yùn)界形成共識(shí)，該船型通過(guò)線型優(yōu)化、最新的清潔能源LPG雙燃料、軸帶發(fā)電機(jī)為船舶輔助電站等先進(jìn)技術(shù)手段，有效降低了船舶碳、硫排放。

40000 m全冷式液化氣船MGC的研制不但向大型化邁出堅(jiān)實(shí)的一步，而且還具有承上啟下的重要意義，使江南在研究大型全冷式液化氣船時(shí)具有更加豐富的經(jīng)驗(yàn)積累，并且完整了“中國(guó)江南型”全系列LPG船舶產(chǎn)品。