CN1849242B - 具有气体膨胀舱的海洋船舶 - Google Patents

Abstract

一种携带液体货物的海洋船舶包括多个液体货物携带罐以及多个气体膨胀舱，其中各气体膨胀舱位于其下的各自罐的上方、经甲板内开槽的孔与之关联并流体连通。各气体膨胀舱以固定方式设置在相关罐上方的船舶甲板的一部分上并与封闭甲板内的全部切槽孔的舱外围上方的甲板处于流体/密封关系。依据船只属性，膨胀舱优选直接定位在罐上方并位于罐的可用最高点处并且在罐上向前尽可能远。作为备选方案并依据阻碍限制以及船只条件，舱可以位于其它位置例如罐的最尾部或中间。气体膨胀舱适于改造到现有船只上或集成到新船只的结构中。

Description

具有气体膨胀舱的海洋船舶 

相关申请的交叉参考

本申请要求享有2003年7月17日提交的美国临时申请No.60/488,353的优先权，通过参考将该申请的公开内容结合在本申请内并作为本申请的一部分。 

技术领域

本发明涉及携带液体货物的海洋船舶的结构，例如巨型油船(VLCC)，并且具体涉及用于在运输过程中提供货物膨胀空间的要求。 

背景技术

防止陆源物质污染海洋(MARPOL)的国际会议计划要求海洋船舶大量减少油轮的实际立体容积，某种情况下减小多达20％-30％。例如，由于MARPOL附件1，13F&G的双层船身要求，油轮容积减少2％到3％，并且由于MARPOL规则要求在船舶的每一油罐内具有用于热膨胀的2％顶部空间而减少2％。MARPOL设置了许多关于这些船舶的标准，一个是被普遍称为“COW”的原油洗舱的标准。 

尽管石油通常按体积销售，但是油轮通过它们携带的按重量计算的液体货物量挣取运费。然而，如果增加船只的内部体积，(称为“立体容积”或简称“容积”)，船只可以通过该体积所能容纳的重量挣取增加的运费收入。收入的增加可以计算为立方米乘货物比重乘以美元表示的货物运价。 

许多专利致力于排放碳氢化合物气体以及防溢出系统，但是没有致力于由于MARPOL规则船只立体容积减小的问题和解决方案。在Yamamoto的美国专利No.3,851,611中，描述了一种用于低温液化气体油轮的油罐，其中该油罐具有位于船身之下的挠性膜状下部以及位于船身甲板上方的刚性但挠性连接的上部。通过甲板维持这两部分之间的流体密封连接。 

包括上部的Yamamoto专利中的油罐填充液化气体以加强整个船只的稳定性并为液化气体提供更多的空间。该上部提供了加强的稳定性，因为其减小的水平横截面积具有较小的自由表面积，该自由表面积由隔板进一步加强。然而Yamamoto通过填充设置甲板上方的上油罐并允许油罐的刚性上中央部相对下部挠性平移提高了液化气体的重心而增加了船只的不稳定性。Yamamoto使油罐的上部居中定位在膜状下油罐的上方，但是并未说明这样设置上油罐的任何原因或优点。 

在Conway的美国专利No.4,144,829中公开了一种用于排放碳氢化合物气体的系统，该系统包括利用船只的现存压力/真空减轻阀门通风系统和向下开口至与其连接的货物隔间的膨胀舱19。参看第三卷第40-60行。然而，Conway的′829将相邻的货物隔间与阀门20以及管21连接并且没有讨论任何膨胀舱或者由膨胀舱封闭的体积的有利位置。 

在Conway的美国专利No.4,292,909中，公开了一种舱管线，该舱管线将货物膨胀舱16设置成与配置为在装载石油产品过程中接收任何溢出物的保持油罐21流体连通。因此，Conway′909将舱16作为部分防溢出系统进行相互连接并没有致力于舱16、由舱16封闭的体积或者用于原油洗舱的管道集成的有利位置。 

在Conway的美国专利No.4,233,922中，公开了一种用于容纳及运输由流体化合物和石油产品形成的污染气体的用于船舶的流体运输系统。该流体运输系统包括将多个货物膨胀舱设置为连接并向下通向到各货物隔间内，各货物隔间与支路排放线及纵向设置的膨胀舱排放线流体连通。然而Conway′922详细讨论了将舱作为导管的用法，它没有致力于膨胀舱关于MARPOL膨胀要求的尺寸、任何膨胀舱或者任何用于原油洗舱的集成要求的有利位置。 

需要改进海洋油轮的携带容积，其使用位于甲板上的气体膨胀舱满足MARPOL对2％顶部空间膨胀的要求并可依照其它MARPOL要求，例如原油洗舱。 

发明内容

一种海洋船舶包括多个定位于甲板板材下方的独立液体货物罐。定位在各多个罐上方的甲板板材部分包括多个与下方罐连通的开口。独立的膨胀舱以流体密封形式固定在甲板板材上并且包围在各罐上方的甲板板材内的多个开口。膨胀舱形成供下方罐内的货物使用的膨胀空间。膨胀舱包括用于对罐进行排气和用于原油洗舱机的管道。 

膨胀舱优选定位在罐的上方以及前部上。多个开口配置成提供具有足够面积的开口，以使当罐装载为其最大荷载率的200％时在舱板的相对罐侧面和舱侧面之间产生约小于的0.5psi压力差。槽宽约2和3厘米之间并且是甲板板材长度的一半。膨胀舱的内部体积至少为用于液体货物存储的甲板下空间量的2％的。槽设置在一个或多个甲板板材内。 

公开了具有多个定位在甲板板材下方的独立液体货物罐的海洋船舶，罐通常具有在船基线上方的最高点。至少甲板板材的一部分定位在各罐的上方并且各罐具有在船基线上方的最高点。本发明的改进在于包含在甲板板材内与其下方各自的罐连接的多个孔，该多个孔基本设置为靠近船基线上方的罐的上方的罐上可用的最高点。独立膨胀舱设置在孔上方的甲板板材上，舱以流体密封形式固定在甲板板材并且围绕各罐上的甲板内的多个开口。各罐形成由在其下方的各自罐内货物使用的膨胀空间，膨胀舱与用于对灌进行排气的管道流体连通。各膨胀舱优选直接定位在其下各自罐的上方并且尽可能地远。此外，多个孔优选为配置成提供具有足够面积的开口的细长槽，以便当罐装载到其最大荷载率的200％时在所述甲板板材相对罐的一侧和舱侧面之间存在大约小于每平方英寸0.5磅的压力差。该槽宽优选在大约2 和3厘米之间并且为甲板板材长度的一半，并且各膨胀舱的内部体积优选是其下用于液体货物存储的各自的罐的体积的至少2％。甲板内的孔设置在一个或多个甲板板材内并且还直接定位于各相关罐的上方且在罐上向后尽可能远。在优选实施例中，各所述舱的大小为长度在大约10到40米之间、宽为大约5到15米而高为大约2到3米。 

还公开了一种用于运输的液体存储系统，该系统包括多个定位于海洋船舶甲板板材下方的独立液体货物罐，位于各罐上方的那部分甲板板材设有多个与其下的罐连通的孔。独立膨胀舱固定为与甲板板材处于流体密封关系并包围各罐上方的甲板板材内的多个孔以便由此形成由其下的罐内的液体货物所使用的膨胀空间。膨胀舱包括用于对罐进行排气并封闭至少遵守关于液体货物存储的膨胀空间的海洋规则所需的体积的管道。各膨胀舱用于液体货物存储的膨胀空间优选为甲板下用作液体货物存储的空间量的大约2％。此外，各膨胀舱优选直接定位于相关罐的上方并且向前尽可能远，但是这取决于障碍物、甲板情况以及艏倾或艉倾，各膨胀舱优选直接定位在相关罐上方并且向后尽可能远，或者定位在最后和最前位置之间。各膨胀舱优选定位在船基线上方的相关罐的最高点处并且优选包括原油洗舱管道并配置为与一个或多个可拆除原油洗舱机或永久性安装的原油管道洗舱机连接。 

在一优选实施例中，各膨胀舱包括至少一个侧壁和顶壁，所述侧壁和顶壁分别具有内侧面，该内侧面至少基本独立于舱的一个或多个主要结构性构件。孔优选为配置为当罐装载至其最大荷载率的200％时，使甲板板材的相对罐侧面和舱侧面之间存在大约小于每平方英寸0.5磅的压力差的细长槽形式。该槽宽优选大约2和3厘米并且为甲板板材长度的一半。 

舱的大小优选为长度在大约10到40米之间、宽大约5到15米并高大约2到3米，并且各舱优选包括备选的排气管线。相关罐优选在船基线上方在罐内具有最高点，所述备选排气管线与船基线上方的 罐的最高点处于流体连通。 

附图说明

下面将参照附图描述本发明的优选实施例，其中： 

图1是根据本发明的液体货物船舶的俯视图，甲板设置在多个罐上方并且多个气体膨胀舱定位于甲板上并位于罐上方以使各舱直接在各自的罐上方并定位在向前尽可能远的位置； 

图2是图1的船的前视图，显示了设置在液体货物船只的甲板顶上的多个气体膨胀舱； 

图3是图1的一个液体罐的俯视图，为说明目的移除气体膨胀舱并显示定位在罐上最前位置的甲板槽； 

图4是图3的罐的主视图，气体膨胀舱处于适当位置并定位在罐上的最前端； 

图5是沿图3的线5-5的图3的罐的后视图，气体膨胀舱向前定位并在罐的中线上，该罐在中线处具有拱形峰； 

图6是根据本发明建造的液体货物船舶的备选实施例的俯视图，其具有多个位于船甲板下方的罐以及多个定位在罐上方的甲板上的气体膨胀舱以使各舱直接在其各自的罐上方并定位成向后尽可能远； 

图7是图6的一个罐的俯视图，气体膨胀舱定位在后部并且为了说明目的移除了舱顶部，并显示了甲板的槽和备选排气管线； 

图8是图6的船舶的一个罐的另一备选实施例的主视图，定位在罐上最后部的气体膨胀舱与定位在罐上最前端的第二舱处于流体连通；以及 

图9是沿图7的线9-9的图7罐的后视图，气体膨胀舱定位于最后部并位于基线上方的罐的一个最高点上，该罐在罐的右舷侧具有拱形峰。 

具体实施方式

最初参照图1-图2，显示了海洋船舶5(即，油轮)的俯视图，该油轮包括具有底部、侧面和甲板7的船身。多个独立的罐6设置船身内并且多个气体膨胀舱10定位在甲板7上和船身的外部，以使至少一个气体膨胀舱10与各罐6对应并处于流体连通。尽管气体膨胀舱10最好用在与单船身油轮相比立体容积小的双船身油轮上，但应该理解这种气体膨胀舱10适用于需要为液体货物膨胀分配空间的任何船只应用上。 

本发明的目的是通过在上甲板舱10内产生容纳液体货物膨胀的空间允许各罐6在各罐6的甲板头而不是在甲板下2％进行“平舱作业”。膨胀舱10配置为满足液体货物自身热膨胀以及在液体货物的运输或船运过程中产生的各种气体或蒸气对附加空间的需要。舱10增加了液体货物的立体容积并因而在继续遵守MARPOL规则的同时增加了罐的成本效率。 

如图3-图5显示的，各舱10相对罐6的位置可以随其预计应用以及随例如任何特定船只的甲板上可用的船上空间而变化。舱10优选定位于在船舶5的基线上方的罐6的可用最高点处，以使现有管线、导管以及停泊设备不必移动或被阻挡。甲板7经常与罐6重合、成为其一部分和/或平行并且优选在罐6和/或甲板7的顶部具有限定罐6的最高点的拱形。依据船只5的结构以及罐6在船只5内的位置，该“最高点”可以是例如罐6的前-后中心线、罐6的侧面，或者甚至是罐6上方的甲板7“角落”(参见图7-图9)。 

在船舶5的基线上方的罐6的最高点在各罐6内向前尽可能远，因为船舶5一般用艉倾(stern trim)(即船头向上)装载并运输货物，以便保持更大的适航状态以及使重心略微靠近船尾。例如，船头向上允许船舶以更高的效率穿过水体。本申请所使用的术语“最前”和“最后”是指给定任何特定船的船上限制的向前和向后尽可能远。 

在图3-图5，罐6的现有排气管道9可集成到舱10内并从舱10进行排气、可改进并与舱10集成或者结合到体现本发明的原始设计 中。 

气体膨胀舱10优选包括限定流体密封结构的一个或多个壁20和/或顶40。如本领域技术人员显而易见的，舱10的外部结构可以是倾斜的、曲线的、锥形或穹顶形的，例如为了减小波浪冲击在侧壁20以及垂直壁20和扁平顶40上的侧向力。如工业上公知的，现有排气管线9经一个或多个阀门，例如单向阀与舱10以及外部空气处于流体连通中。 

为了遵守MARPOL要求，舱10还可以包括COW管线50和/或COW机52(在图3中显示为处于流体连通)。在一个优选实施例中，壁20和顶40具有大型主要结构性构件或其等同物的间断最小化的内侧面，以便避免屏蔽壁、甲板或顶的部分不受COW机52的直接冲击、喷流偏斜或喷洒作用。这种情况可以减小COW所需的时间以及机器数量。膨胀舱10可以由适用在油轮5的甲板7上的任何材料制成，但优选由与船只的甲板7相同的材料制成，并进行适当地加强以便抵挡作用于舱10结构上的海洋冲击力。 

再次参照图3-图5，依据罐6的尺寸，膨胀舱10可以是例如长度为10到40米、宽5到15米并且高2到3米。各舱10在其所服务的罐6的紧上方直接建造在甲板7上，因而能够将各罐6的液体货物携带容积安全增加大约2％或者大约100和1,800立方米之间。此外，这种改进允许船5的总液体运送容积增加多达大约2％或者在350,000+立方米的300,000顿dwt油轮上增加大约7000顿。 

现在再一次参照图1-图5，由膨胀舱10所封闭的甲板7的板材切割有足够的槽15以便在现有罐6和相关叠加膨胀舱10之间形成自由的流体连通。根据管理船只稳定性的验船协会规则以及平衡规则，在膨胀舱10所包围的足够数量的甲板7的板材上，在甲板7的纵向16之间切割槽15。槽15的尺寸和配置设计为减小甲板7板材的强度损失并且通常为2到3cm宽乘大约板材长度的1/2。并不是每个甲板7板材都必须切槽，但要设置足够的槽15，以便在罐6的最大荷载率的 200％时甲板7板材的相对侧面之间存在小于0.5psi的差值。槽15可以由大小足以允许在罐6和相关舱10之间限定流体运输率的备选形状孔所代替。 

图6所示的，由于对船舶要求的复杂性以及甲板7上有限的可用空间，舱10可以定位在相应罐6上方的甲板的任意备选位置处，例如包括，将舱10定位在罐6上方向后部尽可能远。舱10的备选位置还包括在罐6的最高点和舱10之间连接到罐6内的用于将聚集的气体从罐6的最高点排到舱10并随后排放到空气中的备选排气管道13。在这种结构中，舱10的后部备选位置还有助于船尾重量的略微增加，以利于艉倾。如图4和图5所示，各舱6设有包括防逆流阀门11的排气管线9，以防止液体流出排气管线9。阀门11还可以用于选择性控制蒸气从舱10和罐6的排出。 

现在参照图6-图9，应该理解，某些船舶5在许多场合下很难保持艉倾，例如低速时、装载或卸载过程中。在这些场合，罐6的最高点和舱10在罐6上方的备选位置还可以重合。由于甲板空间有限以及上述难以保持艉倾的场合，舱10可以在一个罐6上方包括舱10位置的一个或多个组合。这些在单个罐上的舱10的位置可以包括，例如使用备选排气管道13而处于流体连通的两个或更多个舱10(图6)；使用液体货物压力将罐6最高点处的蒸气压入到备选排气管道13内，该备选排气管道13，从罐6的最高点到达与舱10连通的罐6另一最高点位置(参见图6和图7)；一个向前尽可能远的舱10以及向后尽可能远的第二舱10(图8)。 

膨胀舱10可以通过任何工序建造，但是在一优选实施例中，它们可以通过以下方法建造：首先在纵向支柱16之间的现有甲板7的板材上切入槽15或者“进行切槽”，并在槽15周围与甲板处于流体密封关系地安装膨胀舱10。作为备选方案，槽15可以在设置不止一个或多个壁20或顶40后切入到甲板7内。 

如本领域技术人员所显而易见的，改造或新建船舶必须遵守验船 协会的强度和稳定性规则。各种设计变化必须在安装之前提交到船只验船协会进行批准。尽管该规则不允许船只携带重量在船只注册载重量以上的货物，但使用本发明可以允许装载船只现有注册载重量的100％。 

例如，在现有油轮5上改造的膨胀舱10定位在甲板7上，以便避开现有管道、导管以及结构并减小结构变化。如所需要的，经船只内部气体(IG)管线以及升气管进行的现有排气需要改道，以使罐6经膨胀舱10进行排气而不是经设置在舱10外部的现有配件进行排气。此外，原油洗舱(COW)管道50和洗舱机52必须根据验船协会要求以及纵倾稳定性记录薄改造到管线内，将必须进行重新计算以便包括所加的空间以及甲板结构。这种建造模式将遵守符合验船协会要求所可能的最大范围。 

现在参照图1-图6，在操作时具有气体膨胀舱10的罐6通过填充到甲板头而加满，因而在装载限度内使各罐的容积最大化。由于船只的艉倾，罐的最高点位于舱10优选定位的罐6的前部。罐6的现有排气管线9通过舱10并与之流体连通，以便向外排放蒸气。对槽15进行设置和配置成使得在任何装载液体产品为最大荷载率的200％时在舱10和罐6之间的任何压力差小于0.5psi。 

在完成罐6的装载时，液体货物船只5在罐6内运输其最大额定负载。在到达预期港口后，对罐6进行卸载减小由于槽15的配置产生的任何压力差。在完成卸载后，如规则所需的，使用一个或多个COW机52来清洗舱10内部。舱10还在舱10内部的甲板7上和/或壁20或顶40上包括一个或多个用于对舱10进行物理检验和维护的舱口。 

本发明提供各种新型以及现有油轮5，该油轮遵循MARPOL设计规则并补偿损失的体积。一个优点是由于具有更多装载货物的空间，使得运费增加。例如，现有世界油轮船队携带容积增加2％，将在未来数十年内减小所需VLCC的数量，并因而减少为了满足世界石油需求增加油轮5数量对环境的影响。 

此外，根据本发明的增加被评价为将原油输送成本降低大约2.5％。这种成本减小转化成等于每2,000,000桶免费运送大约50,000桶。 

已经通过参照所公开的优选实施例描述了本发明，但本领域技术人员显而易见在不脱离仅由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下可以对本发明进行各种修改和变化。例如，可以没有在本质上改变本发明的情况下，修改许多元件-例如罐6、舱10、槽15、现有排气管9、备选排气管13、COW管线50以及COW机52的尺寸与形状以及它们各自的位置。同样舱10的材料并不限于甲板7的材料。此外，本发明的舱10可以用在其它船只上，例如液体运送游艇或较小的油轮船只5上。最后，依据甲板上的阻碍条件和/或船只的平衡条件，例如艉倾或艏倾，舱相对各自罐的位置可以变化。由于这些以及其它原因，所显示和描述的实施例仅是说明性而不是限制性的。 

Claims (7)

1.一种海洋船舶，其具有定位于甲板板材下方的多个独立液体货物罐，所述罐在船基线上方具有最高的点，所述甲板板材的至少一部分定位于各罐的上方，并且各罐具有位于所述船基线上方的可用最高点，改进包括处于所述甲板板材内的与各自下方的罐连通的多个孔，所述多个孔设置成靠近所述船基线上方的罐的最高点；以及设置在所述甲板板材上和所述孔上方的至少一个分离的且独立的膨胀舱，所述舱以流体密封关系与所述甲板板材相固定并且包围各罐上方的所述甲板板材内的多个孔以防止所述舱与所述甲板板材之间的泄漏，以便由此形成用于其下各自罐内的液体货物的专用膨胀空间，所述膨胀舱与仅用于对所述罐进行排气的管道处于流体连通中，

其中，各所述膨胀舱直接定位在所述各自下方的罐的上方并且向前尽可能远。

2.根据权利要求1所述的船舶，其特征在于，所述多个孔是配置成提供具有足够面积的开口的槽，以便当所述罐装载到其最大荷载率的200％时，所述甲板板材的相对的罐侧面和舱侧面之间的压力差小于每平方英寸0.5磅。

3.根据权利要求2所述的船舶，其特征在于，所述槽的宽度在2和3厘米之间并且为甲板板材长度的一半。

4.根据权利要求1所述的船舶，其特征在于，各所述膨胀舱的内部体积为所述各自下方的罐的液体货物存储体积的至少2％。

5.根据权利要求1所述的船舶，其特征在于，所述甲板内的孔设置在一个或多个甲板板材内。

6.根据权利要求1所述的船舶，其特征在于，所述甲板内的所述孔直接定位在各相关罐的上方并且在所述罐上向后尽可能远。

7.根据权利要求1所述的船舶，其特征在于，各所述舱的大小为长度在10到40米之间、宽度在5到15米之间而高度在2到3米之间。

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