半冷半压式LPG液化气船有哪些优点缺点?

半冷半压式LPG船是对液货既处于冷却状态又需加压的方式储运LPG的船舶,它是利用液化气的压力-温度特性,即沸点温度会随着压力的增加而升高,反之亦然。在岸上,利用制冷的方法,将货品气体冷却和加压,使其变成液体加注到船上液货舱内。在运输过程中,液货的饱和蒸气压力控制在 45摄氏度时饱和蒸气压力的一半或以下。如果用全压式液货舱载运丙烷,在外界温度达45摄氏度时,舱内的蒸气压力可能高达1.5兆帕。如果设计成半冷半压式液货舱,就可将液货舱的设计压力下降到0.7兆帕左右,在运行时液货舱压力要保持和控制在0.7兆帕或以下,因此液货舱的设计压力只要考虑0.7兆帕即可。在这种设计条件下,按丙烷压力-温度特性,如液货舱温度在0~13摄氏度范围内,压力为0.5~0.7兆帕,丙烷以液态存在,液货舱也是安全的。但如温度高于13摄氏度,蒸气压力就会超过0.7兆帕,从而超过液货容器的设计压力,所以必须控制和保持液货舱内压力不大于0.7兆帕,可以用气体压缩机将液货舱内的蒸发气抽出,在再液化装置内进行冷却后变成液体,然后将其回输到液货舱内。这样降低了液货舱内蒸气压力,也可通过喷淋蒸发吸收热降低液货舱的温度,使液货舱的压力控制在0.7兆帕或更低。一般将配有再液化装置舱室安装在甲板上,这类船被称为半冷半压式LPG船。

半冷半压式LPG船再液化装置的容量,可以按保持液货舱内的蒸气压力不超过设定的压力配置,如上述的0.7兆帕。由于半冷半压式液货舱的设计压力(约0.7兆帕)小于全压式液货舱的最高设计压力(约1.8兆帕),所以液货舱的壁厚可以比全压式液货舱的壁厚薄,液货舱的重量就会减轻。半冷半压式LPG船的液货重量与液货舱系统的重量比值接近4∶1,比全压式增大了约一倍。因此,在制冷技术进步后,欧洲国家率先发展了半冷半压式LPG船。

有的半冷半压式LPG船将再液化装置的能力加大,按将液货舱内的液货温度下降到接近大气压下的沸点来配置,运输途中仍按45摄氏度饱和蒸气压的一半或以下来控制液货温度。这种方式称为半压全制冷LPG船,这类船舶只有在制冷技术充分发展时才能实现,目的是增加货品装载的灵活性和适装性,所以现在LPG船可以装运的货品表中包括乙烯,这类船标识成LPG/LEG。

半冷半压式的液货舱大都是C型独立式,液货舱内的压力比全压式的低,液货舱内的压力也可控制得更低,这时液货舱可采用B型独立式。

半冷半压式LPG船的优点如下:

(1)液货舱重量占比减小,液货舱的装载量大大增加。

(2)液货舱运输时压力是全压式的一半左右,运输温度比全压式的(最高温度)低,液货的密度大,相应增加了装载量。全压式的运输温度可能高达最高的环境温度45摄氏度,而半冷半压式为了控制液货舱内压力,也控制了液货舱内的温度,如上述装运丙烷的液货舱压力为0.7兆帕,液货舱液货温度即13摄氏度,是全压式时45摄氏度的1/3不到。

(3)由于液货舱的内压力低,壁厚减薄,就减轻了液货舱的重量,建造费用降低,节省投资,也部分抵消了再液化装置初投资的费用。

(4)由于安装了再液化装置,增加了货品的适装性;特别是配置半压全制冷的再液化装置时,船舶的用途将更加广泛。

半冷半压式液货舱需要保持和控制舱内货品的温度和压力,这是与全压式液货舱的不同之处,可以说是它的缺点,也可以说是它的特点。在液化气加注后,需监测其压力和温度,当其压力达到舱内设定压力时,需开启再液化装置,将液货舱顶部的蒸发气抽出,进行加压冷却使其液化,再回到舱内,以保持舱内设定的温度和压力。为了减少外界热量传入舱内,使舱内温度压力升高,加速液货蒸发,半冷半压式液货舱及其管路、设备等需包覆绝热材料以降低再液化装置的能耗。因此,半冷半压式LPG船比全压式LPG船结构更复杂,控制要求更多,建造成本也更高。

半冷半压式液货舱还需注意舱内的压力变为负压这一状况。在卸货时,大量液化气被抽出,舱内液体体积迅速减小,气体空间迅速增大,舱内压力有可能变成负压,轻者造成液货泵抽吸性能恶化,重者造成液货舱结构损坏。所以,设计和实际运行时,应避免液货舱内出现负压。

早期的半冷半压式LPG船运载液货品种接近于全压式LPG船。液货舱通常运输温度为-10~-5摄氏度,压力为0.5~0.9兆帕。运输的总容量早期在1.2万立方米以下,现在已达4万立方米以上。

目前,半冷半压式LPG船液货舱主要有两种:多数液货舱温度控制在-10摄氏度左右;另一种是LEG船,它在大气压下的沸点是-104摄氏度(临界温度9.2摄氏度,临界压力5.04兆帕),按乙烯的压力-温度特性,运载乙烯的半冷半压式液货舱,可以是-104摄氏度大气压左右状态,也可以将冷却温度降至-58摄氏度时,工作压力降为0.8兆帕左右的状态。但液货舱的材料性能还需按-104摄氏度的超低温状态来考虑,因为加注时,大气压状态下的液化乙烯的温度为-104摄氏度。

半冷半压式LPG船根据装运货品又可分为特定货品专用船和多用途半冷半压式液化气船。

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