全压式LPG船是液货舱按所装货品在45摄氏度下的饱和蒸气压力的容器来设计的LPG液货舱。全压式液化气船液货舱内的液货温度与环境温度基本一致,但舱内压力即相当于环境温度下的饱和蒸气压力,所以对舱内液货无须冷却,也无须保温,液货舱内的货品在常温下始终处于液态,在液舱上部的蒸发气始终有一定的压力,且这个压力随温度的增加而增大,直至45摄氏度蒸发气的饱和蒸气压力。但这个饱和蒸气压力液货舱的结构强度能够承受,亦即液货的45摄氏度下的饱和蒸气压力不能太高,而满足这一要求的一般只是碳三、碳四系列碳氢化合物。
例如丁烷是碳四系列碳氢化合物,在45摄氏度下的蒸发气饱和压力为0.45兆帕;丙烷、丙烯是碳三类碳氢化合物,它的饱和蒸气压力分别为1.5兆帕和1.85兆帕。
因此,在大气压下以液态注入液货舱的丁烷和丙烷,完成加注后,液货舱内的丁烷或丙烷一直会以液态存在,但液货舱内的压力会随着温度的升高而升高,直至设计考虑的最高温度45摄氏度,压力自大气压升至0.45兆帕(丁烷)和1.5兆帕(丙烷)。所以只要将液货舱按照货品45摄氏度时的饱和蒸气压力设计压力容器,就能确保该容器内部的温度在0~45摄氏度全范围内,虽然内部有一定的压力,但总是在压力容器许用压力下,该压力容器就是安全的。把具有这种特性的压力容器安装在船上,这艘船就可称为全压式LPG船。
其他LPG,与上述丁烷、丙烷的原理相同,在大气压下以液态注入液货舱,液货舱内蒸发气的压力都会随着温度升高而升高,但不会超过45摄氏度时货品的饱和蒸气压力。例如,丙烯,其沸点温度为-48摄氏度;在45摄氏度下,液货舱舱内的蒸气压力为1.85兆帕,只要液货舱的设计压力大于1.85兆帕,液货舱就是安全的。因此,可以说全压式液货舱内的最高蒸气压力是在最高设计温度(一般为45摄氏度)下所装运的LPG的饱和蒸气压力。
要注意的是在实际操作中,液货舱注入的是大气压下的液态货品,此时货品的温度就是大气压下该货品的沸点温度,例如丁烷温度为-0.5摄氏度,丙烷温度为-42.8摄氏度,丙烯温度为-48摄氏度。温度较低,液货舱的舱壁材料应选择能承受此低温的材料。全压式LPG船的液货舱是一个压力容器,其形状一般为圆柱形,两端是球形或碟形封头。早期的压力容器为立式,后来容积增大,常为卧式。容器的顶部有一圆柱形带盖的舱口围,上面布置有装卸装置或管路、取样计量装置、液位计、压力、温度表,以及安装驱气管等管路的接口法兰等。按容器的压力和支撑方式,全压式LPG的液货舱为C型独立式,液货舱内的压力较高,可在0.7兆帕以上,压力式液货舱可以在船厂的车间或专业压力容器制造厂制造,在船上,它安装在专用的基座(鞍座)上,通过基座固定在船体上。
在20世纪60年代前,全压式LPG船是世界上液化气船的主流船型。
(1)全压式LPG船的优点如下:
①因为在常温下运输,普通碳钢就可以用作制造液货舱的材料。
②因为液货舱设计能承受一定的压力,虽外界的温度会使舱内压力升高,但只要温度不超过45摄氏度,液货舱内的压力也不会超过设计值。舱内的液货温度与外部环境温度几乎一致,所以无须在液货舱和管路外面包覆绝热材料。
③使用操作方便。在航行时一般不需要对液货舱的压力、温度进行监控。只是在出现火灾,或火焰包围液货舱,液货舱的温度上升到接近45摄氏度时,发出高温报警,同时船上的水雾喷淋系统自动喷淋,对液货舱表面进行喷淋降温。当液货舱内蒸气压力达到1.85兆帕时,安全阀开启,舱内饱和蒸气排放至大气,舱内蒸气压力降低,确保了液货舱的安全。
④不需要设置制冷、加热、再液化装置,在航行时液货系统不用额外消耗电力,适合于短途运输。
(2)全压式LPG船的缺点如下:
①液货舱的自重大,液货重量与液货舱系统的重量比值接近2∶1。
②全压式液货舱的形状使船体货舱的容积未能得到充分利用。
③建造大容量全压式LPG船比较困难。因为液货舱的尺寸加大后,在同样的设计压力下,舱壁内应力会增加,降低应力的方法是增加舱壁厚度,虽然保持相对厚度(舱壁厚度与货舱直径之比)不变,可以使应力基本保持不变,但其绝对厚度肯定是要增加的。所以早期的全压式LPG船的液货舱总容积一般在3 000立方米以下,目前全压式LPG的液货舱总容积一般也不大于6 500立方米。
常规的全压式LPG船,能装运除乙烷、乙烯以外几乎所有的常见LPG货品,每次同时装运2~3种。在设计全压式液货舱时,其设计压力必须是货品在45摄氏度下的最大饱和蒸气压力。一般液货舱的最高设计压力为1.75~2.0兆帕,即在常温下,液货舱最大能承受18~20个大气压的压力,因此可以覆盖全部LPG货品的饱和蒸气压力。