某LNG單一燃料動力多用途船裝設(shè)計

中圖分類號：U661.3 文獻標(biāo)志碼：A

Outfitting Design of an LNG Single-Fuel Multipurpose Vessel

ZHANG Feng'， TAN Haimin2（1.GuangzhouaeEieigCooatioango5Cina;2.GugbuldingCotd，Wuzo54a）

Abstract： Based on the characteristics of LNG-fueled vessels and in compliance with current regulations and standards，this paper summarizes key outfiting design aspects for an LNG monofuel-powered multipurpose vesel operating on inland waterways such as the Pearl River Delta to Qingyuan.The design covers safety considerations， rudder and anchor equipment configuration，container securing systems，and mast/signal equipment layout.These insights provide a reference for similar vessel designs.

Key words： LNG fuel power; outfitting;hazardous area classification; anchor; rudder; container securing

1 引言

依據(jù)中國船舶集團、廣東省及國家交通運輸部提出的“綠色珠江”工程構(gòu)想，為推動珠江流域運輸船舶實現(xiàn)綠色發(fā)展，提高船東參與的積極性，加快構(gòu)建珠江航運LNG應(yīng)用生態(tài)，促進船舶LNG改造工程的實施，廣東省與中國船舶集團經(jīng)過協(xié)商明確了“以建促改”的工作思路，某3000DWT/190TEULNG單一燃料動力多用途船便是其中的一種典型船型（見圖1）。

內(nèi)河船舶一方面受航道、船閘、碼頭泊位等條件限制，尺度控制較為嚴(yán)格，另一方面對經(jīng)濟性較為敏感，在全船布局上一般較為緊湊。3000DWT/190TEULNG單一燃料動力多用途船用于西江內(nèi)河及珠海高欄港航線，采用LNG燃料，兼運干散貨和集裝箱，貨艙不規(guī)則，在防火安全、舵裝置、錨裝置以及集裝箱系固等裝設(shè)計方面需要特殊考慮。

2 船舶概況

本船總長 6 4 . 9 9 m 、型寬 1 5 . 8 0 m 、型深 5 . 3 0 m ，鋼質(zhì)焊接結(jié)構(gòu)，配備船員8人，按內(nèi)河A級航區(qū)設(shè)計，主要裝載件雜物、干散貨（涵蓋煤炭、石料等），同時兼顧集裝箱運輸。本船采用LNG單燃料動力，配備2臺 4 5 0 k W 單燃料LNG 主機， 容積C型獨立LNG儲罐，雙機雙槳雙舵。全船設(shè)首、尾甲板室，首部甲板室第一層兩側(cè)為兩個值班室，中部安裝臥式組合錨機，第二層則為駕駛室；尾部甲板室設(shè)船員住艙、衛(wèi)生間、廚房、餐廳等功能艙室，二層甲板室后側(cè)布置船用LNG燃料儲罐。船舶主體后部為舵機艙和機艙，船舶中部為敞口貨艙。

3基于船用LNG燃料的安全設(shè)計

船用液化天然氣（LNG）具有燃燒速率大、易蒸發(fā)、沸點低等特點，若在有限空間內(nèi)泄漏，遇到火源可能會產(chǎn)生物理爆炸，屬于甲A類火災(zāi)危險物質(zhì)。為此，本船的危險區(qū)域劃分和防火等安全設(shè)計需特別考慮。

3.1危險區(qū)域劃分

危險區(qū)域劃分不僅與船舶的運營安全緊密相關(guān)，更關(guān)乎到船員的生命安全以及對環(huán)境的保護。合理的危險區(qū)域劃分能夠為設(shè)備的布置、安裝和使用提供科學(xué)的指導(dǎo)，同時也對艙室布局以及人員生產(chǎn)生活便利性產(chǎn)生影響，確保在出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境時能夠采取有效的預(yù)防措施。

內(nèi)河LNG動力船危險區(qū)域劃分依據(jù)海事局頒布的《天然氣燃料動力船舶法定檢驗暫行規(guī)則》（以下簡稱《規(guī)則》）、中國船級社《船舶應(yīng)用天然氣燃料規(guī)范》（以下簡稱《規(guī)范》），這些規(guī)范明確了危險區(qū)域劃分的原則和方法，詳細規(guī)定了爆炸性氣體環(huán)境出現(xiàn)或預(yù)期出現(xiàn)的區(qū)域判定標(biāo)準(zhǔn)以及不同危險區(qū)的具體要求。如，LNG燃料儲罐周圍、LNG供氣系統(tǒng)附近等更容易出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境。同時，船舶的布局和設(shè)備的安裝位置等因素也會對危險區(qū)的劃分產(chǎn)生重要影響。

根據(jù)《規(guī)范》，危險區(qū)域的分類可分為0類危險區(qū)、1類危險區(qū)和2類危險區(qū)。

在進行危險區(qū)域設(shè)計時，需重點考慮以下幾個因素：其一，在設(shè)備布置方面，應(yīng)盡可能將重要設(shè)備和人員活動區(qū)域布置在低危險區(qū)或非危險區(qū)。對于必須安裝在危險區(qū)內(nèi)的設(shè)備，要采取特殊的防護設(shè)計，如防爆設(shè)計、氣密設(shè)計等；其二，要確保危險區(qū)有良好的通風(fēng)條件，以降低爆炸性氣體的濃度。需設(shè)計合理的通風(fēng)量和通風(fēng)布局，保證在泄漏發(fā)生時能夠及時排出爆炸性氣體；其三，在不同的危險區(qū)之間以及危險區(qū)與非危險區(qū)之間設(shè)置適當(dāng)?shù)姆阑鸱指舸胧Ｈ?，?yīng)避免艙室的門窗直接面向危險區(qū)，當(dāng)門窗處于危險區(qū)內(nèi)時，應(yīng)具備氣密性，防止爆炸性氣體進入室內(nèi)。本船生活區(qū)危險區(qū)劃分如圖2所示。

3.2防火設(shè)計

1）良好的防火設(shè)計對于保障LNG動力船舶的安全運營至關(guān)重要。除常規(guī)船針對火災(zāi)風(fēng)險進行的結(jié)構(gòu)防火、探測報警及消防系統(tǒng)設(shè)計外，LNG動力船舶還應(yīng)遵循以下原則：其一，根據(jù)危險區(qū)域劃分，合理布置設(shè)備，避免易燃設(shè)備靠近LNG相關(guān)系統(tǒng)，同時確保設(shè)備之間有足夠的安全距離，以防止火災(zāi)蔓延；其二，對機艙、LNG儲罐等涉及LNG的區(qū)域設(shè)置合理的防火分隔；其三，采用合適的探火滅火系統(tǒng)，如在機艙、LNG燃料艙、加注站等處所應(yīng)采用水消防和干粉滅火劑，并達到撲滅氣體火災(zāi)所需要的濃度或釋放率。

2）本船涉及LNG的區(qū)域包括機艙、LNG儲罐，根據(jù)《規(guī)范》要求，采取以下措施：

（1）機艙：本船機艙為本安型，機艙區(qū)域的天然氣供氣管路安裝在通風(fēng)導(dǎo)管內(nèi)，供氣管路和通風(fēng)導(dǎo)管之間的空間設(shè)置負(fù)壓機械通風(fēng)系統(tǒng)，并在供氣管上設(shè)有氣體閥件單元。發(fā)動機燃氣管路設(shè)置燃氣前處理系統(tǒng)，安裝在機艙氣密氣體閥件單元處所中。機艙設(shè)置可燃氣體探測系統(tǒng)，當(dāng)探測到機艙通風(fēng)雙壁管內(nèi)的天然氣（NG）濃度達到 30 % LEL時，在駕駛室發(fā)出聲光報警；濃度高于 60 % LEL時，在駕駛室發(fā)出聲光報警并自動關(guān)閉燃料艙主閥和互鎖氣體閥。另外，本船設(shè)一套固定式 滅火系統(tǒng)，對機艙實施滅火，且機艙設(shè)有2個消防栓，配 水柱/水霧兩用水槍和消防水龍帶，用于機艙滅火；

（2）LNG儲罐：LNG燃料儲罐布置在后生活甲板尾部上方，在LNG燃料儲罐與主甲板甲板室頂之間設(shè)置1個高度為 7 0 0 m m 的隔離空艙。二層甲板室后壁及頂部、隔離空艙與主甲板頂部之間采用A-60防火分隔；此外，本船機艙出口面向貨艙區(qū)，在機艙出入口前設(shè)有一個走廊，該走廊的頂部及前面防火等級應(yīng)達到A-0等級，具體見圖3。其它艙室區(qū)域按《規(guī)范》要求設(shè)置隔熱絕緣。

4適用珠海高欄港及西江內(nèi)河航線的貨船舵設(shè)備設(shè)計

船舶吃水受與航道、船閘水深的限制。本船航行于珠海高欄港及清遠等相關(guān)水域，其中珠海高欄港位于珠江入海口附近，水域情況復(fù)雜，行船過程中會受到不同方向和大小的潮汐、海浪以及內(nèi)河水流的力，且高欄港港口布局復(fù)雜，貨船進出港口需要更高操縱靈活性，以適應(yīng)頻繁進出港和作業(yè)需求。此外，清遠水域航道等級存在差異，舵系需考慮不同吃水與航道匹配情況，在低等級航道，舵尺寸應(yīng)適當(dāng)調(diào)整，以確保船舶靈活轉(zhuǎn)向。還需考慮可能的狹窄水域操作，提高操縱性。

舵設(shè)備作為保持和改變船舶航向的設(shè)備，是船舶的主要裝設(shè)備之一。為了獲得較高的舵效，一般將舵葉設(shè)置螺旋槳正后方，使其處于螺旋槳尾流之中，減弱轂后的漩渦，對節(jié)能有比較大的作用。

本船的舵設(shè)計，在滿足《規(guī)則》和《規(guī)范》相關(guān)要求的前提下，結(jié)合航線特點和船東要求，在螺旋槳后采用設(shè)置雙支點不平衡的NACA舵。

4.1舵面積選取

舵面積作為舵設(shè)備的主要參數(shù)，其大小將直接決定了船舶的操縱性能。目前，在船舶舵面積設(shè)計中，主要有母型船選擇法、船型統(tǒng)計資料選擇法、規(guī)范選擇法和圖譜選擇法。本船按船型統(tǒng)計資料選擇舵面積。根據(jù)統(tǒng)計資料（見表1），內(nèi)河散貨船或多用途船舵面積系數(shù)在 2 . 2 9 -4 . 6 % 之間，根據(jù)本船主尺度和尾部型線形狀，舵面積系數(shù)確定為 3 . 2 3 % 。

4.2舵系受力計算及舵機選型

本船入CCS級，由于《規(guī)范》未給出內(nèi)河船舶舵力及扭矩計算的方法，可采用波伏-喬賽爾公式對舵機扭矩進行估算。經(jīng)估算，舵機扭矩約為 2 5 k N ? m 但鑒于港口作業(yè)及清遠水域?qū)Σ倏v性有較高的要求。為保證船舶的安全性及操縱性，根據(jù)表1統(tǒng)計表、本船主尺度并結(jié)合船東要求，綜合考慮計算裕度等因素后，本船舵機扭矩確定為 ，舵角從 轉(zhuǎn)至 時間應(yīng)不大于 2 0 s 。

本船選用1臺電動液壓擺缸式舵機，中間采用金屬連桿相連，在舵柄處設(shè)置舵角限位器，以保證最大轉(zhuǎn)舵角 。一般情況下，舵機的泵站通常應(yīng)設(shè)置在舵機艙，以盡量縮短液壓管路長度，但由于內(nèi)河船具有緊湊性特征，舵機艙長度較短，且艙內(nèi)設(shè)置機艙排氣管及壓載水艙，整個舵機艙比較空間比較緊張，因此本船舵機的液壓泵站設(shè)置在機艙；另外，為降低燃料消耗，舵機的其中一臺液壓泵組由主機驅(qū)動，另一臺為獨立的電動液壓泵站作為備用，泵站通過管路連接到舵機的推舵裝置中進行驅(qū)動。

4.3舵葉安裝形式改善

本船采用雙支點舵，舵葉下通過舵銷與舵托相連，舵銷插入舵托白內(nèi)，設(shè)置尾框底骨的目的是為了保證在復(fù)雜內(nèi)河航道以及河水深淺不一的情況下，尾框底骨能有效保護舵葉和螺旋槳。也可將舵的型式由雙支點舵修改為懸掛舵，舵葉下端與尾框底骨之間留有5 0 m m 的間隙，取消舵銷，此種結(jié)構(gòu)既能保護螺旋槳，也可減少船廠安裝施工的難度和工作量。此外，還更便于維護和檢修，降低維護成本。

5 內(nèi)河多用途船錨設(shè)備設(shè)計

內(nèi)河貨船錨系設(shè)計需充分考慮內(nèi)河特殊環(huán)境。內(nèi)河航道較為狹窄、水深處于多變狀態(tài)且水流情況復(fù)雜，這就要求錨系具有良好適應(yīng)性。由于船舶首部型線收縮，在設(shè)計時，應(yīng)確保錨鏈筒和導(dǎo)鏈鏈合理布局，以便于錨鏈?zhǔn)辗?，同時減少磨損。錨的選擇要結(jié)合水底底質(zhì)以及水流狀況?；魻栧^結(jié)構(gòu)簡單、抓力良好，適合多種內(nèi)河環(huán)境。錨鏈的直徑與長度由船舶裝數(shù)確定，高強度合金鋼錨鏈耐腐蝕性強。錨機應(yīng)操作便捷且可靠，電動或液壓錨機能夠提高工作效率。

5.1錨泊設(shè)備

錨、錨鏈及錨機的選型依據(jù)裝數(shù)確定。本船裝數(shù)計算除了考慮滿載吃水（裝載散貨和集裝箱兩種工況）狀態(tài)，還應(yīng)對船舶的空載工況及裝載5層空箱的工況進行核算，特別需要注意的是，裝數(shù)中側(cè)投影面積應(yīng)包含尾甲板的LNG燃料儲罐。本船首部配2個 1 5 9 0 k g 的C型霍爾錨，船尾配1個 4 2 0 k g 的C型霍爾錨。由于首部位置較短，僅約 4 . 8 m ，采用首甲板室架空方式布置錨機，在首甲板室兩舷側(cè)分別設(shè)置值班室，船中架空處設(shè)置1臺組合臥式雙鏈輪錨機。錨機與值班室之間至少留有 5 5 0 m m ，以確保操作錨機及人員進出通道，錨機后留有足夠的錨機操作位置。

因本船在使用過程中需要順流拋錨，根據(jù)《規(guī)范》要求，在右舷尾部設(shè)置1個尾錨，并將尾錨連接至電動起錨絞車。受限于主甲板尾部面積狹小，錨絞車采用立式，以免阻擋通道，見圖4。尾錨錨索經(jīng)過三滾柱導(dǎo)纜器連至尾錨，尾錨儲存在尾錨架上，錨架上設(shè)置限位裝置，防止拋錨后，由于水流導(dǎo)致錨索滑出錨架，導(dǎo)致收錨時無法將錨存放至錨架。

對船舶航速將有一定的影響。對布置方案進行優(yōu)化，取消首部錨鏈筒及錨臺，修改為三滾柱導(dǎo)纜器，錨鏈與錨之間通過一根鍍鋅鋼絲繩的方式固定（見圖6）。此種方式不受甲板面積及錨鏈筒角度制約，節(jié)省材料及施工時間。

5.2首錨安裝優(yōu)化

因首部錨泊區(qū)域較短，錨機距船舶首部只有約2 m 距離，在錨機與錨鏈筒之間設(shè)置滾輪閘刀掣鏈器，以替代導(dǎo)鏈滾輪和掣鏈器；為保證順利拋／起錨，從鏈輪上引出的錨鏈方向（向下）與水平面的夾角小于 ，錨鏈筒與甲板的夾角不小于 ，此距離相當(dāng)緊促（見圖5）；此外，由于內(nèi)河船干舷較小，錨臺突出船體較長，在滿載吃水狀態(tài)下，錨會浸沒在河水中，

6 不規(guī)則集裝箱系固設(shè)計

集裝箱系固的目的是為了防止集裝箱在運輸過程中翻倒和掉落，集裝箱系固應(yīng)考慮船體結(jié)構(gòu)、集裝箱重量及尺寸、船舶橫搖及縱搖、集裝箱所受的風(fēng)力、集裝箱的分布等因素。特別是內(nèi)河航道狹窄、船舶數(shù)量較多，以及近些年極端天氣突發(fā)，都對內(nèi)河集裝箱船特別是貨源雜的多用途集裝箱船的系固提出了更高的要求。本船的集裝箱系固計算依據(jù)船級社《規(guī)范》，集裝箱綁扎件布置主要依據(jù)船級社《指南》，且超長、超寬及單獨集裝箱一般在內(nèi)側(cè)和上層積載，且盡量在船寬方向?qū)ΨQ布置，在頂部采用鋼絲繩與綁扎帶組合進行固定，如圖7所示。

本船貨艙內(nèi)可以堆放5層5列8行共190個20英尺的集裝箱，集裝箱的布置遵循縱向布置原則，集裝箱行與行之間的間距為 7 6 m m ，集裝箱列與列之間的為 2 5 m m ；每行集裝箱兩端的端面進行交叉綁扎（見圖7），貨船底部采用埋入式底座，且在每層集裝箱的底角處用堆錐進行定位。對于艙口圍板或甲板以上的最外層集裝箱采用扭鎖進行固定。另外，頂層集裝箱還應(yīng)使用橋鎖進行固定。貨艙內(nèi)最外側(cè)集裝箱與貨船艙口圍板之間裝設(shè)木楔塊來防止集裝箱橫向滑移。

需要注意的是，本船03～15行貨船為矩形，但01行由于靠近船首，由于型線收縮，01行從尾到頭，貨船側(cè)壁隨著型線進行收縮，只能布置只有3列集裝箱，最外列集裝箱與貨艙壁的間距為 1 5 6 8 m m ，大于1/3倍的集裝箱寬度，故其最外側(cè)集裝箱也應(yīng)采用扭鎖固定。根據(jù)集裝箱緊固件標(biāo)準(zhǔn)，扭鎖和堆錐的厚度不一致，訂貨時，應(yīng)選用厚度一致的緊固件。

7珠海高欄港及內(nèi)河貨船的信號設(shè)備配置

珠海高欄港位于入海口附近，受海上交通和潮汐變化影響，對信號燈要求更嚴(yán)格，如能見度不良時可能需要更強燈光或更多信號燈： 5 0 m 以上的珠海高欄港內(nèi)河普通貨船需2盞錨燈， 5 0 m 以下可只設(shè)1盞。此外，珠海高欄港因港口布局因素，對信號燈安裝位置和角度有特殊要求，從事特殊作業(yè)的還需額外配備信號燈。

本船航行水域涵蓋內(nèi)河A級航區(qū)和珠海高欄港海域，根據(jù)海事局的法規(guī)及《內(nèi)河A級航區(qū)貨船航行珠海高欄港航線檢驗技術(shù)要求》，本船航行信號燈配置既要滿足內(nèi)河船信號燈配置要求，又需滿足海船的要求。因此，本船需配置前后桅燈、前后錨燈、左右舷燈、轉(zhuǎn)彎燈、減速燈、失控?zé)舻刃盘枱?，其中槍燈的最小能見距離不小于 6 n? m i l e ，舷燈、減速燈、失控?zé)?、錨燈、轉(zhuǎn)彎燈最小能見距離不小于 mile。

在珠江水系，特別需要注意的是，船舶吃水若超過了 4 m ，屬于是限制吃水船舶，故需在桅桿上布置3盞在同一垂線的紅環(huán)照燈；槍燈應(yīng)安裝在船舶縱中剖面上，應(yīng)高于并離開除號燈外其他一切燈光和遮蔽物，并且后桅燈應(yīng)至少高出前槍燈 3 m ；本船船長超過5 0 m ，環(huán)照燈的間距應(yīng)不小于 1 . 5 m ，其中最低一盞應(yīng)裝設(shè)在船體以上高度不小于 4 . 5 m 。

8 結(jié)語

該3000DWT/190TEULNG單一燃料動力多用途船在船舶設(shè)計領(lǐng)域展現(xiàn)眾多亮點，充分考量綠色珠江工程理念，在環(huán)保與高效之間實現(xiàn)平衡，且經(jīng)過了實船的驗證。在安全方面，通過對危險區(qū)的合理劃分以及精心的防火設(shè)計予以保障；在操控性上，對舵設(shè)備的參數(shù)進行精心選取，并對其布置進行優(yōu)化；在錨泊方面，對錨設(shè)備進行合理選型優(yōu)化安裝；集裝箱系固充分考慮船型特點。各系統(tǒng)設(shè)計既嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，又結(jié)合船東需求與實際工況進行靈活調(diào)整，體現(xiàn)了船舶設(shè)計在安全性、實用性、環(huán)保性等多個方面的綜合權(quán)衡，可為綠色內(nèi)河航運船舶設(shè)計提供范例和參考。

參考文獻

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