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lng船货舱结构基本型式探讨

1箱形围井面板型

图1显示了gtt14000mm3级膜式液化天然气船（lngc）的基本结构类型。

由图1所知,LNGC船体结构基本特点是:

(1)按IMO气体规则第3章船舶布置要求,LNG船货舱区船体结构必须采用双层底、双层壳、双层甲板和双层横舱壁的完整双壳结构。

为了能提供足够的LNG舱容,该型船舶主甲板上一般均设置双层箱形围井甲板。

为了满足LNG货舱绝缘以及主屏壁、副屏壁的敷设要求,货舱内所有内壳均应设计成光滑平面。

(2)货舱双层底、双层壳及主甲板上双层箱形围井甲板,通常除了采用纵向骨架制外,一般都不采用高强度钢。其目的是:提高船体总纵强度和减小船体总弯曲变形,从而达到减小和限制贮罐主屏壁和副屏壁中由于船体总弯曲所产生的附加应力,以及提高船体抗疲劳能力和使用寿命。

(3)为了有效减小LNG液货对船体内壳的晃荡冲击和自由液面效应,船体内壳在双层底以上和箱形围井内层甲板以下,底边舱斜顶板和顶边舱斜底板应按图1所示进行布置(呈135°倾斜)。

顶边舱高度C1≥30%H1或C1≥20%Bt,取其中之大者。其中

H1——量自内底板至箱形围井内层甲板的净间距;

Bt——量自一舷内壳至另一舷内壳的净间距。

底边舱高度C2,在量值上应大于2.5m或10%LH,取其中之大者。其中

LH——量自货舱主屏壁之间的舱长。

箱形围井顶甲板距主甲板高度通常为0.25～0.30D。其中

D——船舶型深。

(4)舷侧双壳宽度可按IGC规则,并参照MARPOL附则I中第13F条款和总布置实际情况确定。

(5)由于该型LNG船舶货舱数量都为4舱,并且都不设置纵中舱壁,故140000m3级LNG船双层底纵桁最大跨距可达44m左右,肋板最大计算跨距可达30m左右。与常规船舶相比,显然其纵桁和肋板的跨距都明显偏大。为了确保该型船舶双层底结构的强度和刚度,最有效的措施是增加双层底的高度。该型船舶双层底高度的实际取值,一般为规范计算高度值的1.5～1.6。140000m3级LNG船的双层底高度通常在3m左右。

(6)该型船舶为了满足LNG舱容要求,型深较常规船舶偏大,其B/D取油船下限值的1.65左右。

2船舶温度分布

在液化天然气船舶营运中,其贮罐长期处于-163℃左右的极低温度下工作。尽管薄膜型贮罐采用了双层屏壁和有效的绝缘隔温措施,但是,LNG船货舱区船体内壳及两个相邻货舱之间的隔离舱空间,仍不可避免经受低温影响。

为了有效控制低温对于船体钢材的实际影响,必须按IGC气体规则第4章货物围护中4.9.1节规定,并参照美国海岸警卫队(USCG)对Lower48States要求,对上述船体空间进行温度分布计算。温度分布计算的基本假定条件是:

(1)船体处于最恶劣的低温环境下,即:处于USCG规定的最低环境温度(空气为-18℃,海水为0℃),或处于IGC气体规则规定的最低环境温度(空气为5℃,海水为0℃)之下。

(2)LNG船贮罐主屏壁已破损,并导致主绝缘功能全部丧失,致使LNG液货低温直接作用在副屏壁上。

(3)货舱温度分布和热传导分析可基于把双壳船体横剖面左右各分成如图2所标定的若干个假定空间之上。

在图2中,对给定的GTTNo.96型货舱绝缘厚度(主绝缘厚度0.23m,副绝缘厚度0.30m),给出了货舱横剖面各空间和内壳中实船典型温度分布计算结果。

应该指出,在上述诸假定基础上求得的如图2所示的实船温度分布计算结果,不仅可以作为薄膜型LNG船货舱区船体结构钢级选择的重要依据之一,同时,还可作为隔离舱或其它空间确定加热系统容量的重要依据。

3lng船货舱区

基于上节货舱温度分布计算假定所求得的货舱双壳各空间和内壳板中的温度分布量值,可作为薄膜型LNG船货舱区船体结构钢级选用时,确定构件最低设计温度量值的主要依据之一。

LNG船货舱区船体结构钢级选用,通常除了按船级社有关规范外,尚应遵循IMO气体规则第6章中表6.5,以及第4套修正案(MSC/通函356,1983年7月13日)和USCG46CFRPart154中有关规定。

在LNG船货舱区,船体外板、甲板并与之附连的所有加强构件,内底板、肋板、纵桁、双壳内横隔板、纵横舱壁板、垂直桁并与之附连的所有加强构件,其钢级除了满足船级社规范之外,尚应满足表1所示要求。

在正常营运工况下,薄膜型LNG船两相邻货舱之间的隔离舱空间,如若未设置加热系统,其最低工作温度可达-60℃左右。在图2中,该空间的最低计算温度分别为-63℃和-66℃。因此,构成该空间的横舱壁、垂直桁并与之附连的所有加强构件,将不允许使用如表1所列的船用钢级。因为,此时最低温度已大大超出“E”级钢的允许低温极值-30℃。

另外,该低温值也超出了IMO气体规则第6章中表6.2所定义的低温钢板