2 000 t級化學(xué)品運輸船液貨裝卸速率計算分析

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(武漢金鼎船舶工程設(shè)計有限公司，武漢 430062)

散裝危險化學(xué)品運輸船的特種系統(tǒng)——液貨艙透氣系統(tǒng)的設(shè)計合理性直接影響船舶的安全性、防污染效果及裝卸效率。以排出液貨蒸汽與空氣/惰氣的混合氣體和吸入空氣為條件，進行最大裝卸貨速率、蒸發(fā)氣生成率、透氣管路壓力降的計算，以此為據(jù)考慮散裝危險化學(xué)品運輸船的液貨泵的選取是否與液貨艙透氣能力相匹配，液貨泵的裝卸效率是否合理。本文對武漢金鼎船舶工程設(shè)計有限公司新設(shè)計的2 000 t級化學(xué)品運輸船的透氣系統(tǒng)及液貨裝卸速率計算方法進行探討。

1 液貨艙設(shè)計壓力和高速透氣閥整定壓力的確定

新設(shè)計的2 000 t級化學(xué)品運輸船的液貨艙設(shè)計壓力取的是30 kPa，初選CF80 型高速透氣閥，通徑DN80，壓力釋放閥整定壓力定為20 kPa，對應(yīng)壓力下的空氣流量為740 m3/h，真空閥整定壓力定為-3.5 kPa，對應(yīng)壓力下的空氣流量為440 m3/h。

2 高速透氣閥透氣能力允許的最大裝卸速率

在設(shè)定溫度為46 ℃和設(shè)定壓力為貨艙透氣閥釋放壓力(p=20 kPa,空氣流量為740 m3/h)的工況下，進行貨艙透氣能力計算來決定液貨裝卸速率。

2.1 蒸發(fā)氣生成率

每貨種準確的蒸發(fā)氣生成率(VVGR)可由式(1)求得

VVGR=1+0.25×pv,46/86.18

(1)

式中：pv,46——液貨在46 ℃下的絕對飽和蒸氣壓力，kPa。

該船各貨種蒸發(fā)氣生成率計算結(jié)果見表1。

表1 各貨種蒸發(fā)氣生成率

2.2 液貨蒸發(fā)氣和空氣混合物的容積流量

液貨蒸發(fā)氣和空氣混合物的容積流量為Qv-a,是計算液貨允許裝卸速率及透氣管路壓力降的基本參數(shù),按式(2)計算

Qv-a=Q1×VVGR

(2)

式中：Q1——液艙的液貨裝卸速率。

由于液貨艙透氣系統(tǒng)壓力釋放閥的透氣能力是在壓力閥釋放壓力(20 kPa)下的最大空氣流量(即Qa，Qa= 740 m3/h)，而并非液貨蒸發(fā)氣和空氣混合物的流量，在計算裝卸速率的過程中，需將液貨蒸發(fā)氣和空氣混合物的流量進行密度修正，按式(3)修正。

(3)

式中:ρv-a,46——在46 ℃和貨艙壓力釋放閥設(shè)定壓力下的蒸發(fā)氣濃度，(kg/m3);

ρa,46——在46 ℃和貨艙壓力釋放閥設(shè)定壓力下的空氣密度，ρa,46=1.336 kg/m3;

ρa,0——在 0 ℃和1 013 kPa時的空氣密度，ρa,0=1.292 kg/m3。

2.3 蒸發(fā)氣濃度的計算

在46 ℃和貨艙壓力釋放閥設(shè)定壓力下的蒸發(fā)氣濃度ρv-a,46按式(4)計算。

ρv-a,46=[(ρS.G.V-1)×Pv,46/Pt,46+1]×

0.011×Pt,46

(4)

式中：ρS.G.v—— 液貨蒸發(fā)氣相對密度；

Pv,46——46 ℃時的飽和蒸發(fā)氣壓力,kPa。

Pt,46——在46 ℃時的總的蒸發(fā)氣-空氣混合物壓力為Pp/v(貨艙壓力釋放閥設(shè)定壓力),Pt,46=Pp/v=20 kPa。

各貨種蒸發(fā)氣濃度見表2。

表2 各貨種蒸發(fā)氣濃度

由貨艙透氣系統(tǒng)壓力釋放閥能力全開時的單艙最大允許液貨裝卸速率Q1按式(5)計算。

Q1=Qv-a/VVGR=

(5)

各種單艙最大允許液貨裝卸速率見表3。

表3 各貨種單艙最大允許液貨裝卸速率

3 按規(guī)范要求計算的最大裝卸速率

該船液貨艙設(shè)置了下列報警：

艙高位報警,95%艙容的液位；超高位報警,98%艙容的液位。

當液貨艙充裝到95%艙容的液位高位報警時，操作人員按預(yù)先計劃準備應(yīng)急處置程序。

當液艙超高位報警時，操作人員在實際充裝速率下，在1 min內(nèi)可立即關(guān)閉有問題的液艙充裝閥門，同時打開其他液艙的充裝閥或者停止整個充裝作業(yè)。

按《內(nèi)河散裝運輸危險化學(xué)品船舶構(gòu)造與設(shè)備規(guī)范》第15章15．19．8公式，允許充裝速率為

VLR=U/t

(6)

式中：U——2%的液艙艙容；

t——從發(fā)出信號到貨物安全被停止注入貨艙所需的時間。

液貨艙允許充裝速率見表4。

表4 液貨艙允許充裝速率

4 液貨裝卸系統(tǒng)流量的選定

表3表明最小允許裝卸速率Q1為845.7 m3/h，而按規(guī)范要求的允許充裝速率VLR為408 m3/h，所以本船的最大液貨裝卸速率需小于408 m3/h即可，但從液貨泵艙的空間大小、液貨泵的經(jīng)濟投入成本及裝卸報警時間的充裕性等方面的考慮，該船的液貨泵實際流量選為300 m3/h。

該船有4對液貨艙，裝卸管系采用雙總管式，既NO.1和NO.3液貨艙聯(lián)通用一根總管，NO.2和NO.4液貨艙聯(lián)通用一根總管，每對液貨艙又分左右液貨艙，按單艙300 m3/h的裝卸速率，液貨裝卸管的最小通徑按式(7)反算出來。

Q=v×(π×d2/4)×3 600

(7)

式中：Q——液貨的輸送速率，取300 m3/h；

v——最大允許速度,3 m/s；

d——液貨裝卸管內(nèi)徑， m。

由此計算出液貨裝卸管的內(nèi)徑d=0.188 m，該船液貨裝卸管實際取通徑DN=200的不銹鋼管，內(nèi)徑為200 mm，大于計算內(nèi)徑d=0.188 m。

綜上所述，該船的液貨泵流量選定為300 m3/h，液貨裝卸管徑為DN200。

5 結(jié)論

經(jīng)上述的最大允許液貨裝卸速率計算，該船在300 m3/h的流量速率下充裝，不會造成液貨艙的結(jié)構(gòu)損壞。由計算分析可以看出，散裝危險化學(xué)品運輸船的裝卸速率受到液貨艙透氣系統(tǒng)的透氣能力制約較大，且本文計算出來的最大裝卸速率只是針對單液貨泵對單艙的裝卸速率計算，對于單液貨泵對多艙裝卸的情況并不很適用，因為實際作業(yè)中單個艙裝載支管的分流不可能保證裝卸速率的均衡性，今后還應(yīng)開展單液貨泵對多艙裝載速率的計算方法的研究。

[1] 中國船舶工業(yè)總公司.船舶設(shè)計實用手冊[M].北京：國防工業(yè)出版社，2000.

[2] 《輪機工程手冊》編委會.輪機工程手冊[M].北京：人民交通出版社,1993.

[3] 中國船級社.內(nèi)河散裝運輸危險化學(xué)品船舶構(gòu)造與設(shè)備規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2008.

[4] 馮永芳.實用通風空調(diào)風道計算法[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,1995.