46 000 DWT成品油/化學(xué)品船液貨系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

馮樹才 王 英

(七〇八研究所 上海 200011)

46 000 DWT成品油/化學(xué)品船液貨系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

馮樹才 王 英

(七〇八研究所 上海 200011)

液壓深井泵;液貨系統(tǒng);集管區(qū);OCIMF;USCG;MARPOL;IBC

對46 000 DWT深井泵式油船/化學(xué)品船的液貨系統(tǒng)及相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)做了較好總結(jié),滿足OCIMF、USCG、MARPOL、IBC的要求,對同類型船的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)和參考價(jià)值。

0 引 言

46 000DWT成品油/化學(xué)品船(3類化學(xué)品)是由七〇八研究所設(shè)計(jì),南京金陵船廠為臺灣臺塑集團(tuán)建造的,入ABS船級社。本船設(shè)置12個(gè)液貨艙和2個(gè)污油水艙。從安全性和操作性出發(fā),采用液壓深井泵,每艙一泵。設(shè)計(jì)為每一對液貨艙裝載一種液貨,能夠同時(shí)裝載6種不同的液貨。每一根液貨注入管裝載速率設(shè)計(jì)值為1 000m3/h,總裝載速率為6 000 m3/h。對船東來說,雖說初投資較大,但是增加了裝載液貨的種類,提高了靈活性;縮短了港口?？繒r(shí)間,節(jié)約了營運(yùn)成本。

1 設(shè)計(jì)概況

46000DWT成品油/化學(xué)品船每個(gè)液貨艙均設(shè)置液壓式深井泵,每臺深井泵有獨(dú)立的液貨管輸送至船體中部的集管區(qū)。液貨集管區(qū)的設(shè)計(jì)滿足OCIMF、USCG、ISGOTT的要求。

液貨艙區(qū)采用縱骨架式,設(shè)置強(qiáng)橫梁,所有縱骨及強(qiáng)橫梁均布置在上甲板面上。液貨艙區(qū)域設(shè)縱向步橋,連接船尾A甲板和船首首樓甲板。

該船的主尺度和主要參數(shù)如下:

總 長 LOA184.95m

垂線間長 LPP176.00 m

型 寬 B 32.20m

型 深 D 18.20m

設(shè)計(jì)吃水 T 11.00 m

結(jié)構(gòu)吃水 Ts12.10m

載重量40 000/46 000 t

液貨艙No.1～No.6(P/S)

污油水艙SLOP TANK(P/S)

掛旗國LIBERIA

續(xù)航力10 000 nmile

服務(wù)航速14.4 kn

(在設(shè)計(jì)吃水11.0m,CSR+15%海上風(fēng)浪裕度)

2 液貨輸送及掃艙系統(tǒng)

(1)該船采用FRAMO浸沒式無級調(diào)速液壓深井泵,液貨泵布置于每個(gè)液貨艙/污油水艙后艙壁靠近船舯處,液貨泵底部的吸入口位于液貨艙底部結(jié)構(gòu)上的液貨吸油井內(nèi),以保證系統(tǒng)能高效掃艙且使掃艙后的液貨殘余量小于75 L。其數(shù)量配置見表1:

表1

根據(jù)液貨泵的排量,液貨排出管徑選擇DN 250,管內(nèi)最大流速為3.5m/s,污油水排出管徑選擇DN125,管內(nèi)最大流速為4.5 m/s,并采取適當(dāng)?shù)姆漓o電措施。

液貨泵系統(tǒng)是一個(gè)以液壓傳動(dòng)為動(dòng)力裝置的系統(tǒng),由泵組、液壓泵站以及控制單元三大塊組成。其中,泵組分為液貨泵、洗艙泵和專用壓載泵。液壓泵站布置在機(jī)艙內(nèi),它由2×420 kW的柴油機(jī)組動(dòng)力單元、2×420 kW的電動(dòng)液壓動(dòng)力單元和液壓泵等組成:兩臺電動(dòng)液壓泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí),可確保四臺液貨泵同時(shí)運(yùn)行;兩臺電動(dòng)液壓泵和兩臺柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的液壓泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí),可確保六臺液貨泵同時(shí)運(yùn)行;在卸貨作業(yè)時(shí),還能保證一臺壓載泵能投入運(yùn)行。液壓比例閥組布置在液壓泵間,通過設(shè)在貨控室的貨控臺控制所有的液貨泵。

所有的液貨泵和其他液壓驅(qū)動(dòng)設(shè)備都通過液壓油環(huán)路由高壓液壓油驅(qū)動(dòng),系統(tǒng)中的每一個(gè)用戶都可以通過一個(gè)控制閥實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的無級調(diào)速。液壓油分配系統(tǒng)根據(jù)負(fù)荷情況自動(dòng)調(diào)節(jié)并達(dá)到節(jié)能的效果。該裝置可根據(jù)系統(tǒng)所需的液壓油流量來調(diào)節(jié)液壓泵的排量,并使系統(tǒng)壓力維持在設(shè)定點(diǎn)。

(2)液貨泵本體布置在液貨艙內(nèi),艙內(nèi)管段通過中間支撐環(huán)進(jìn)行固定(見圖1),中間支撐環(huán)的布置位置見表2:

表2

該船設(shè)置2個(gè)支撐環(huán)。支撐環(huán)只是起到固定艙內(nèi)液貨泵的作用,基本上不承受橫向剪切力,所以支撐環(huán)的布置可根據(jù)實(shí)際情況做上下調(diào)整,這不影響支撐環(huán)的作用。

圖1 液貨泵典型安裝圖

(3)液貨甲板管系的布置:集管區(qū)液貨管布置在步橋平臺下面,如圖2所示,液貨管通過設(shè)置雙道隔離閥(防止液貨相混現(xiàn)象的發(fā)生),與布置在步橋上面的橫跨管連通,這樣通過橫跨管可以將所有的液貨管相連通。橫跨管上另外連接三條支管,一條支管接至洗艙系統(tǒng),可以用液貨泵進(jìn)行液貨洗艙;一條支管接自專用壓載系統(tǒng),為滿足空載航行時(shí)的風(fēng)暴壓載工況,可由專用壓載泵將壓載水注入配載所需的液貨艙;一條支管接自上甲板面上的惰性氣體總管,可以通過橫跨管對液貨管路進(jìn)行充惰。

該船將集油槽和操作平臺做成一體,集管、集油槽及工作平臺之間的相對位置尺寸如圖3所示。操作平臺由格柵組成,殘油可以通過格柵進(jìn)入集油槽,同時(shí)格柵也能夠起到防滑作用。

圖2 液貨集管區(qū)布置圖

圖3 液貨集管區(qū)布置橫剖面圖

液貨集管區(qū)的布置要滿足OCIMF的“油船裝卸總管和附屬設(shè)備”要求,集管區(qū)液貨管(燃油管、蒸發(fā)氣回收管)之間的水平間距為2.0 m。本船在設(shè)計(jì)過程中,考慮到液貨甲板管線采用的是一艙一泵一管的形式,如果將所有的液貨管在集管區(qū)一字排開,裝卸集管區(qū)兩端的距離很長,將占據(jù)很大甲板面積,因此采用雙層、交叉布置,將裝卸集管區(qū)縮短。OCIMF推薦液貨管與操作平臺的高度為900mm,我們將NO.1～NO.6液貨艙(右)的液貨管布置在NO.1～NO.6液貨艙(左)上600mm處,上下層兩管之間各自滿足OCIMF的管間距2.0m的要求,從而在不增加集管區(qū)長度的基礎(chǔ)之上,又合理地滿足了OCIMF的要求。

另外,在甲板液貨管系的縱向管路上,每隔17 m左右設(shè)置一只波紋膨脹接頭,以補(bǔ)償管子的冷熱應(yīng)力變化。

(4)液貨卸載后,用壓縮空氣將殘留在液貨管路內(nèi)的液貨進(jìn)行吹除,殘油通過小管徑掃艙管線(DN25)排出。FRAMO的液貨泵本身已設(shè)有掃艙管,通過降低液貨泵轉(zhuǎn)速可將液貨艙內(nèi)的液貨吸得比較干凈。為了將液貨盡可能泵出,可以通過設(shè)在泵體上的快速接頭連接壓縮空氣將泵內(nèi)管路的液貨吹出,液貨泵葉輪和吸油井地板間的間隙可以小到40 mm,因此使得液貨艙內(nèi)的液貨殘余量控制在75 L以下,滿足MARPOL ANNEX II的要求,不再另外配置便攜式真空抽吸裝置。

(5)USCG對于12”及以上的裝卸油管,每根油管應(yīng)具有636 L的集油槽容積,本船單側(cè)集油槽凈容積～23 000 L,完全滿足USCG的要求。集油槽內(nèi)殘油通過氣動(dòng)隔膜泵(10 m3/h×0.4 MPa)輸送到污油水艙(右)。

(6)根據(jù)OCIMF的要求,液貨管集管區(qū)異徑接頭配置數(shù)量見表3:

表3

(7)根據(jù)國際油輪和油碼頭安全指南(ISGOTT)的推薦,該船集管區(qū)閥、短管及異徑接頭的法蘭按照ANSIB16.5 CLASS150的標(biāo)準(zhǔn)制造。

3 液貨艙加熱系統(tǒng)

(1)該船采用蒸汽作為加熱介質(zhì),設(shè)置一臺燃油鍋爐(25 000 kg/h×0.7 MPa)和一臺組合鍋爐(廢氣側(cè):1 200 kg/h×0.7 MPa,燃油側(cè):2 000 kg/h×0.7 MPa)。根據(jù)蒸汽耗量計(jì)算,鍋爐容量滿足航行工況下液貨艙保溫的熱量需求,也滿足洗艙工況下洗艙加熱器(管殼式)的熱量需求(將淡水或海水從20℃加熱到80℃);

(2)污油水艙加熱:該船設(shè)置兩個(gè)污油水艙,污油水艙(右)為I級沉淀艙,注入管接入一多孔管,以減慢注入速度,減小攪拌或乳化,利于油水分離?；谶@個(gè)要求,污油水艙的加熱采用DN50(?60.5×3.5)的耐海水腐蝕不銹鋼(316L)盤管加熱。污油水艙(左/右)艙容為2×1 360 m3/h,經(jīng)蒸汽耗量計(jì)算,每艙盤管長度為2×110m;

(3)液貨艙加熱:該船液貨艙的加熱采用艙外加熱方式,利用液貨泵將液貨從艙內(nèi)抽出,泵經(jīng)甲板上的加熱器后回入液貨艙,加熱后液貨進(jìn)艙管盡量遠(yuǎn)離液貨泵吸口。同時(shí)這條管路也是碼頭向各液貨艙加注液貨時(shí)的注入管,其出口應(yīng)使液貨沿艙壁流下并盡可能接近艙底,以減少產(chǎn)生靜電。該加熱方式的優(yōu)點(diǎn)是艙內(nèi)無加熱盤管,有利于艙內(nèi)的清洗,減少艙內(nèi)液貨殘留。

4 液貨洗艙系統(tǒng)

該船設(shè)置浸沒式液壓離心洗艙泵(200m3/h×120mlc帶真空自吸裝置)一臺,保證能夠同時(shí)對其中任一對液貨艙(4臺固定式洗艙機(jī))進(jìn)行清洗。

為了滿足MARPOL要求,該船設(shè)置液貨洗艙,從集管區(qū)的橫跨管上接一管路到洗艙系統(tǒng)進(jìn)行閉式洗艙。另外,本船還設(shè)置了開式海水洗艙和閉式淡水洗艙,洗艙泵從工作淡水艙和專用壓載海水門吸水,經(jīng)過洗艙加熱器加熱至80℃,進(jìn)入洗艙管路供給洗艙機(jī)進(jìn)行漂洗。用過的洗艙水通過液貨泵抽出并排至污油水艙(右),經(jīng)過沉淀后溢至污油水艙(左),清水經(jīng)排油監(jiān)控裝置排至舷外(符合排放標(biāo)準(zhǔn)值)或排至污油艙(超過排放標(biāo)準(zhǔn)值)。洗艙管系原理見圖4。

圖4 洗艙管系簡圖

在使用液貨泵進(jìn)行洗艙時(shí),通過調(diào)節(jié)液貨泵的排量來控制洗艙油壓,滿足洗艙機(jī)的壓力要求。

洗艙機(jī)廠家根據(jù)陰影圖,污油水艙(P/S)各布置一個(gè)固定式洗艙機(jī)和兩個(gè)移動(dòng)式洗艙機(jī)接口;每個(gè)液貨艙各布置兩個(gè)固定式洗艙機(jī)和兩個(gè)移動(dòng)式洗艙機(jī)接口。根據(jù)廠家陰影圖計(jì)算,該船艙內(nèi)被清洗到的垂直壁面達(dá)到96.9%,水平面壁達(dá)到99.7%,符合規(guī)范的清洗要求。固定式洗艙機(jī)采用單噴嘴型式,移動(dòng)式洗艙機(jī)采用雙噴嘴型式。

5 排油監(jiān)控系統(tǒng)

為滿足“1973年國際防止船舶造成污染公約”及“1973年國際防止船舶造成污染公約的1978年議定書”的要求,本船設(shè)置排油監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由取樣泵、試樣處理裝置、試樣檢測裝置、計(jì)算機(jī)控制裝置以及流量檢測裝置等組成。

通過本系統(tǒng)使污油水艙排放的污水,滿足公約要求,并在計(jì)算機(jī)裝置上顯示和記錄每海里油排放量和含油濃度等;若排放污水超過規(guī)定值時(shí)就發(fā)出報(bào)警,同時(shí)又返回至污油水艙。

本船為3類化學(xué)品船,根據(jù)MARPOL要求,設(shè)置了水下排放口,污油水可按《程序和布置手冊》的要求直接向水下排放。

根據(jù)公約的要求,船上備有2臺移動(dòng)式油水界面探測儀,用以探測污油水艙內(nèi)油水分界面。

6 液貨艙透氣系統(tǒng)

在液貨裝卸和驅(qū)除油氣的過程中,為使大量氣體進(jìn)出液貨艙,該船設(shè)置獨(dú)立式透氣系統(tǒng),每個(gè)液貨艙設(shè)置認(rèn)可型高速透氣閥,排氣速度為30m/s。排氣出口布置在步橋以上2m處,離開含有火源的圍壁處所的最近進(jìn)氣口和開口,以及可能構(gòu)成著火危險(xiǎn)的甲板機(jī)械和設(shè)備的水平距離均不小于10 m,滿足規(guī)范的要求。見圖5。

圖5 高速透氣閥布置圖

該船單個(gè)液貨艙設(shè)計(jì)最大裝載率為1 000m3/h,高速透氣閥的開啟設(shè)定值為1 400mmWG,吸入閥開啟設(shè)定值為-350mmWG。

7 蒸發(fā)氣收集系統(tǒng)

按USCG要求,該船配置了液貨蒸發(fā)氣收集系統(tǒng),把在裝卸作業(yè)中液貨艙逸出的蒸發(fā)氣輸送到岸上的蒸發(fā)氣處理系統(tǒng)。

該船將惰性氣體總管兼作蒸發(fā)氣排出管,中間設(shè)置隔離閥和盲板法蘭,平時(shí)(航行工況)將惰性氣體的供應(yīng)管與蒸發(fā)氣排出管隔離;裝液貨時(shí)則將隔離閥和盲板法蘭打開,關(guān)閉惰性氣體總管上游的隔斷閥。見圖6。

蒸發(fā)氣收集管的排出接口布置符合OCIMF的要求,有4個(gè)排出接口,每舷2只,法蘭中心高度與液貨岸接口法蘭中心高度相同,一根裝在液貨管的前部,一根裝在液貨管的后部(見圖2)。

蒸發(fā)氣的接岸管上裝設(shè)氧份傳感器及壓力傳感器,且具有高、低壓聲光報(bào)警的功能。氧份傳感器安裝于距排岸接口3 m以內(nèi)。

蒸發(fā)氣接岸管按OCIMF要求配置異徑接頭數(shù)量見表4:

圖6 蒸發(fā)氣收集系統(tǒng)

表4

8 液貨艙液位遙測系統(tǒng)

對于裝有固定惰氣系統(tǒng)的液貨船,液貨艙應(yīng)裝設(shè)認(rèn)可型閉式測量裝置。該船采用雷達(dá)式液位傳感器(本安型),它由安裝于液貨艙頂部的雷達(dá)發(fā)射器、發(fā)射器連接組件、中央處理單元等組成,另外還配置了液貨溫度傳感器及惰氣壓力傳感器。該系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是無任何部件與液貨接觸,能在甲板上對其進(jìn)行維修,測量精度高,液位測量不受液貨溫度和密度的影響。

雷達(dá)式液貨艙液位遙測系統(tǒng)的顯示功能包括:液貨艙液位高度、液貨艙溫度(每艙2個(gè)溫度測量點(diǎn))、惰性氣體壓力、液貨質(zhì)量、液貨體積、單位換算等。

該船設(shè)置了獨(dú)立的高位報(bào)警(設(shè)在95%液位處)和獨(dú)立的高高位報(bào)警(設(shè)在98%液位處),高位報(bào)警設(shè)在左舷燈桅,有黃色報(bào)警燈和短聲電笛;高高位報(bào)警設(shè)在右舷燈桅,有紅色報(bào)警燈和長聲電笛。

9 結(jié) 語

液貨船設(shè)計(jì)過程中除了要滿足規(guī)范的要求外,還要滿足相關(guān)規(guī)則和指南的要求。OCIMF明確了不同噸位船舶集管區(qū)管路之間的相對位置以及集油槽的尺寸等,方便液貨船與碼頭之間對接,預(yù)防在液貨裝卸的過程中污染環(huán)境。我們在參照OCIMF推薦布置的同時(shí),也要根據(jù)船舶的具體情況合理安排集管區(qū)的液貨管布置。

[1] 中國船舶工業(yè)總公司.船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(輪機(jī)分冊)[M].北京:國防工業(yè)出版社.

[2] OCIMF.對油船裝卸總管和附屬設(shè)備的建議[S].1991年第四版.

[3] 國際油輪和油碼頭安全指南(ISGOTT)[S].1998年第五版.

Cargo Oil System Design for a 46 000 DWT Product Oil/Chemical Tanker

Feng Shucai Wang Ying

hydraulic deep-well pump;cargo oil system;manifold;OCIMF;USCG;MARPOL;IBC

This paper introduces the design of the cargo oil system and related systems for a 46 000 DWT product oil/chemical tanker,which is complied with the requirements of OCIMF,USCG,MARPOL＆IBC,has a guidance and reference value to the design of similar ship type.

U674.13+3

A

1001-9855(2010)03-0035-06

2009-12-11

馮樹才(1981.08-),男,漢族,貴州人,工程師,主要從事船舶輪機(jī)設(shè)計(jì)工作。王 英(1972.11-),女,漢族,上海人,工程師,主要從事船舶輪機(jī)設(shè)計(jì)工作。