內河雙燃料船LNG儲氣罐位置的確定

陳 峰，李岳洋

(1．宿遷宿城地方海事處，江蘇宿遷223800;2．江蘇現代造船技術有限公司，江蘇鎮江212003)

0 引言

在當今節能環保與可持續發展的必然趨勢下，在傳統的內河航運方面，要想有效地優化動力系統，提高運輸效率，減少對環境和生態的影響，需要發展新型能源作為內河航運動力的燃料，替代現有柴油發動機動力。內河柴油-LNG雙燃料動力船舶正是應這一要求而產生的。確定LNG儲氣罐的安放位置是柴油-LNG雙燃料動力船首先要解決的問題。LNG儲氣罐可以安放的位置有:貨艙處、艉部甲板處，或者是機艙處所。如果艙容有剩余，可以將剩余艙容部分建一個隔離空艙，單獨安放LNG儲氣罐。LNG儲氣罐是一個圓柱型的桶狀物，LNG儲氣罐的安放形式有:水平放或者是豎立放。本文將對內河散裝貨船利用模糊層次綜合分析法確定LNG儲氣罐的安放位置及安放形式。

1 模糊層次分析法(FAHP)

層次分析法是美國運籌學家，匹茲堡大學的A．L．Saaty教授于20世紀70年代提出的一種定性分析和定量分析相結合的系統分析方法。層次分析法通過明確問題，建立層次分析結構模型，構造判斷矩陣，層次單排序和層次總排序5個步驟計算各層次構成要素對于總目標的組合權重，從而得出不同可行方案的綜合評價值，為選擇最優方案提供依據。

2模糊層次分析法的具體應用

本文以某典型的內河運砂船為設計對象。由于內河柴油-LNG船較傳統的船舶來說，只是增加了1套LNG供氣系統(LNG儲氣罐是本文考慮的重點)，因此本篇重點考慮LNG儲氣罐對內河運砂船的影響。本文選擇貨艙、艉部甲板、機艙等位置利用模糊層次分析法對上述的3個位置進行模糊綜合評判，以確定LNG儲氣罐的安放位置。

本文所建立的評價指標體系如圖1所示。

圖1 多層次模糊綜合評價指標體系

本文所選取的運砂船的設計要素為:

總長 68．00 m

滿載水線長 67．176 m

兩柱間長 64．80 m

總寬 15．14 m

型寬 15．00 m

型深 4．50 m

設計吃水 3．80 m

梁拱 0．18 m

肋距 0．50 m

方型系數 0．877

水線面系數 0．975

剖面系數 0．995

2．1 貨艙位置多層次模糊綜合評價

2．1．1 構造判斷矩陣

根據各專項的評價，按圖1的層次結構，構造判斷矩陣。其中λmax為判斷矩陣最大特征根;n為不確定常數;CI為度量判斷矩陣偏離一致性指標;RI為判斷矩陣的平均隨機一致性指標;CR為判斷矩陣具有滿意的一致性;E為總體評價矩陣;W為各指標的權重;R為特殊因素(單項指標)的評價矩陣;U為評價指標體系，U的總體評價矩陣E的公式E=WR。采用DELPHI法由數位專家利用1～9標度法進行各指標重要度打分，利用AHP法計算各指標的權重W，并進行一致性檢驗。第1層判斷矩陣結果見表1，第2層判斷矩陣結果見表2～表4。

表1 判斷矩陣A～B數值

表2 判斷矩陣B1～C數值

表3 判斷矩陣B2～C數值

表4 判斷矩陣B3～C數值

由以上可知，貨艙位置處的第1層判斷矩陣和第2層判斷矩陣均滿足一致性的要求。

2．1．2 評語集計算

根據實際情況和經驗，確定隸屬函數的閾值為(3，7，10)，專家對LNG儲氣罐安放位置艏部甲板處評價指標體系的打分為 U={4，3，5，4，5，3，2，4}。根據隸屬函數公式得評價矩陣為:

由U的總體評價矩陣E中按判斷矩陣B1、B2、B3得到總體評價矩陣 EB1、EB2、EB3:

根據評價等級的劃分，V=(3，7，10)，則 W貨艙=EA1V=3．861 2

2．2 艉部甲板位置多層次模糊綜合評價

2．2．1 構造判斷矩陣

根據各專項的評價，按圖1的層次結構，構造判斷矩陣。采用DELPHI法利用1～9標度法進行各指標重要度打分，利用AHP法計算各指標的權重W，并進行一致性檢驗。第1層判斷矩陣結果見表5，第2層判斷矩陣結果見表5～表8。

表5 判斷矩陣A～B數值

表6 判斷矩陣B4～C數值

表7 判斷矩陣B5～C數值

表8 判斷矩陣B6～C數值

由以上可知，艉部甲板處的第1層判斷矩陣和第2層判斷矩陣均滿足一致性。

2．2．2 評語集計算

根據實際情況和經驗，確定隸屬函數的閾值為(3，7，10)，專家對LNG儲氣罐安放位置艏部甲板處評價指標體系的打分為 U={4，3，5，4，5，3，2，4}。根據隸屬函數公式得評價矩陣為:

由U的總體評價矩陣E中按判斷矩陣B4、B5、B6得到總體評價矩陣 EB4、EB5、EB6:

根據評價等級的劃分，V=(10，7，3)，則W艉部甲板=EAV=7．095 8

2．3 機艙位置多層次模糊綜合評價

2．3．1 構造判斷矩陣

根據各專項的評價，按圖1的層次結構，構造判斷矩陣。采用DELPHI法利用1～9標度法進行各指標重要度打分，利用AHP法計算各指標的權重W，并進行一致性檢驗。第1層判斷矩陣結果見表9，第2層判斷矩陣結果見表10～表12。

表9 判斷矩陣A～B數值

表10 判斷矩陣B7～C數值

表11 判斷矩陣B8～C數值

表12 判斷矩陣B9～C數值

由以上可知，機艙處的第1層判斷矩陣和第2層判斷矩陣均滿足一致性的要求。

2．3．2 評語集計算

根據實際情況和經驗，確定隸屬函數的閾值為(3，7，10)，專家對LNG儲氣罐安放位置艏部甲板處評價指標體系的打分為 U={4，3，5，4，5，3，2，4}，根據隸屬函數公式得評價矩陣為:

由U的總體評價矩陣E中按判斷矩陣B7、B8、B9得到總體評價矩陣 EB7、EB8、EB9:

根據評價等級的劃分，V=(10，7，3)，則 W機艙=EA3V=3．846 9

W貨艙=3．861 2，W艉部甲板=7．095 8，W機艙=3．846 9。W艉部甲板明顯大于其他的模糊綜合評價，故本文選擇第2種方案，即將LNG儲氣罐安放在艉部甲板處。

由于艉部甲板處的面積較小，且考慮到LNG儲氣罐在船舶航行過程中的穩定性，故將其放在艉部甲板沿船寬方向，即橫放在船舶的艉部甲板上。

3 結語

本文將模糊層次分析法應用到具體設計上，選擇貨艙、艉部甲板、機艙位置，利用模糊層次分析法對上述的3個位置進行模糊綜合評判，以確定LNG

儲氣罐的安放位置。最后得到的具體結論對此類型散貨船來說，將LNG儲氣罐沿船寬方向安放到艉部甲板的中心線上。

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