KR Webzine Vol.114

KR最近正在进行通过开发薄膜型LNG运输船温度分布解析规程，计算LNG运输船的船体温度，并选定合适钢材等级的研究。并且为了计算液化气体运输船中独立型储罐类型的温度而正在开发相关规程，下面将对有关研发中的储罐类型特征和温度计算的内容和薄膜型储罐的温度分布解析软件的开发进行说明。

根据IMO的分类，液化天然气运输船可以分为薄膜型(Membrane)储罐和独立型(Independent self-supporting)储罐两种类型。独立型储罐还可以分为 Type A, Type B, Type C三种类型。薄膜型储罐是最常见的类型，在很多船舶上使用，其专利由 Gaz Transport & Technigaz(GTT)持有。GTT的技术可以分为两种类型的 CCS (Cargo Containment System)，即分别代表 Mark III 和 No.96，最近全球范围内正在积极活跃的开发CCS，并且不断积累相关的技术能力。

LNG运输船是运输超低温的货物，因此了解船体的温度使用合适钢材是极其重要的。船体钢材在低温条件下很容易发生脆性断裂，所以需要进行温度分布解析精确的计算船体的温度。并且根据温度分布解析计算的温度为基准选择船体的钢材等级。

目前 GTT (Mark III, No.96), KOGAS (KC-1)及韩国船厂(SOLIDUS, DSC-16, SCA-WS) 分别对自主开发的CCS系统进行温度分布解析，开发的CCS系统温度分布计算的假定都不相同。

并且其他船级社没有关于LNG运输船的温度计算指南。KR认识到为了客观验证的规范和指南的需要，正在开发LNG运输船的温度计算规程。目前已完成了对薄膜型储罐温度计算规程的开发，目前正在进行对独立型储罐温度分布解析的相关研究。进行中的研究结束之后KR计划将独立型储罐温度分布规程包含在温度分布解析指南中。

下列是对温度分布计算的方法
- 分析式温度分布解析方法(Analytical temperature distribution analysis method)
- 有限元温度分布解析方法(Finite Element temperature distribution analysis method)

1. 独立型储罐的温度分布

IMO规定的独立型储罐定义为Type A, Type B, Type C类型。Type A型一般是根据液货舱的规定，假设液化货物有泄漏的可能为了应对大量泄漏要求完整的双层壳体。Type B型是根据广泛的结构分析确认储罐的可信度，因此假设发生小裂纹(Crack)通过破损分析计算泄漏量，仅要求装载货物部分的双层壳体。Type C型是压力容器，可以确保其安全性和可信度，没有泄露的可能性，因此不需要双层壳体。下面将说明有关每个类型储罐的特点及温度计算。

(1) Type A型储罐

液化气运输船可以区分为LPG运输船和LNG运输船。LPG的温度大约是-55℃左右，而LNG的温度是-163℃，为了运输超低温状态LNG的LNG储罐和LPG储罐在结构上还是存在一定差异的。

一般情况下LPG储罐是分类成Type A型的拥有完整双层壳体的结构，储罐的材质是低温钢，双层壳体的船体材质也是适用与储罐相同的材质。

终上所述，Type A型的特点是包含内部材的独立型低温钢储罐，是Prismatic或者倾斜的形象，这种将独立型储罐装载到船体内部的形象，其下部和上部都具有支撑结构(Key Support)。储罐的最大设计压力是0.7bargs，储罐外部PUF的厚度大约在120mm左右。并且船体还可以充当双层壳体的作用。温度计算是将货物温度适用于双层壳体上的假设下，在额定满载负荷条件下和倾斜30 º的状态下进行。

Type A型的温度计算可以通过分析法(Analytical) 和有限元方法(FEM)进行， 为了计算船体的横截面温度适用了2D FEM方法。并且使用3D FEM方法对Cofferdam的前后部计算温度。

图1 表示的是使用2D FEM计算Type A型储罐温度的结果。

图1. 使用2D FEM计算Type A型储罐温度

(2) Type B 储罐

独立型储罐Type B型主要设计成球型的独立型储罐形象，储罐内最大设计压力是0.7bargs。Type B型的绝热是通过在储罐外部使用PUF，泄漏时可以储存液体的Drip tray形态，在下半部分安装局部的双层壳体。储罐需要设计成密闭，绝热，耐压，以及支撑储罐的结构。
Type B型储罐的温度分布解析使用分析法(Analytical)和2D, 3D FEM方法对主要部材的温度进行计算。

图2 表示的是使用3D FEM方法计算Type B型LNG运输船Cofferdam温度的结果。
 

图2. 使用3D FEM方法计算Cofferdam的温度分布

薄膜型LNG运输船的Cofferdam隔壁之间不提供热源的话会降低到-30℃。并且独立型Type B的Cofferdam隔壁不提供热源的话温度会维持在零下30度，因此钢材等级要使用E或者DH。

(3) Type C型储罐

Type C型独立型储罐一般使用设计压力高于2barg的球型及圆筒型压力容器。Type C型一般是设计成LNG燃料推进船舶，但是也会使用在小型的LNG或者LPG运输船上。
Type C型与Type A型和Type B型储罐一样，可以通过分析法和2D, 3D FEM方法对主要结构部材进行温度分布解析。
目前KR正在确认为了解析Type C型储罐温度分布的事项，并且为了解决这些问题正在进行更多的研究。

2. 温度分布解析软件开发

KR基于分析法(Analytical Method)，正在开发一种适用于船体横向温度分布计算的薄膜型温度计算软件。
KR开发的软件验证是根据GTT计算LNG运输船的船体温度分布解析结果进行比较，今后也会不断更新温度分布解析软件程序，并计划为了逐渐增加独立型储罐计算功能而不断进行开发工作。

图3. LNG运输船船体温度分布解析软件

温度分布解析是LNG运输船设计中必要，重要的课题。根据KR的温度分布解析指南使用温度分布解析软件的话，使用者可以轻松便捷的进行温度分布解析并且可以精确的计算船体温度。