3.5萬噸級多功能穿梭油船液貨系統(tǒng)的設(shè)計

李白　李方　柳國勝

【摘 要】 為提高化學(xué)品船運行的經(jīng)濟性和操作的方便性，以3.5萬噸級多功能穿梭油船液貨系統(tǒng)為例，介紹化學(xué)品船的獨立式液貨系統(tǒng)在液貨泵選型、液貨管系、殘余物排放和掃艙管系、加設(shè)吸井等方面的設(shè)計特點，分析液貨系統(tǒng)的設(shè)備配置及安裝注意事項，為船廠生產(chǎn)設(shè)計和系統(tǒng)安裝調(diào)試工作提供幫助，也為后續(xù)化學(xué)品船的開發(fā)提供重要的技術(shù)支持和技術(shù)儲備。

【關(guān)鍵詞】 化學(xué)品船；液貨系統(tǒng)；掃艙

穿梭油船是專門用于從海上油田向原油港口運送原油的一種油船，用以取代海底輸油管路。3.5萬噸級多功能穿梭油船具有常規(guī)穿梭油船、化學(xué)品船、海洋工程平臺供給船和海洋工程工作船等功能。本文以3.5萬噸級穿梭油船（以下簡稱本油船）液貨系統(tǒng)為例，介紹該系統(tǒng)的設(shè)計特點和系統(tǒng)組成。

1 液貨系統(tǒng)的設(shè)計

化學(xué)品船的液貨系統(tǒng)有其特殊要求，即對各種液貨實施嚴(yán)格的隔離。該系統(tǒng)對各種液貨的載運有盡可能高的適應(yīng)性和靈活性，且具有高度的可靠性和安全性，同時對貨品具有高度的保質(zhì)性。這些都有助于提高船舶運行的經(jīng)濟性和操作的方便性。

化學(xué)品船的液貨系統(tǒng)主要有兩種形式：獨立式和主管式。獨立式是每個液貨艙設(shè)置1臺液貨泵，且設(shè)置單獨的甲板液貨管，不設(shè)置泵艙；獨立式?jīng)]有單獨的掃艙泵，而是利用壓縮空氣或氮氣吹掃方式，這種掃殘方式更徹底。主管式是使用常規(guī)的液貨泵，設(shè)置泵艙，并有較長的吸入管，適用于液貨品種固定的專用化學(xué)品船；主管式設(shè)置獨立的掃艙泵和管線，利用泵的自吸能力，這種掃艙方式不徹底。

本油船主要用于運輸成品油、化學(xué)品和原油，入挪威船級社（DNV），選用獨立式液貨系統(tǒng)。全船共設(shè)置15個液貨艙、2個污油水艙和1個回收艙。液貨艙分為7組，能同時裝載7種不同的液貨。液貨艙的分組見圖1。

1.1 液貨泵的選型

獨立式液貨系統(tǒng)中的液貨泵主要有液壓潛液泵和電動長軸深井泵。由于電動深井泵需要使用防爆和變頻調(diào)速電機，排量最大只能到 m3/h，成本較高，安全性和操作性不佳。因此，本油船選用液壓潛液泵。本油船的液貨泵選型見表1。

液壓潛液泵組由泵和液壓馬達(dá)單元、管組單元以及甲板法蘭組裝單元等部分組成。潛液泵通過液壓控制管路或本地控制閥可實現(xiàn)無級調(diào)速，掃艙作業(yè)方便，排量范圍廣。本油船的液壓馬達(dá)單元最大能夠同時驅(qū)動8臺液貨泵（5臺600 m3/h，2臺200 m3/h和1臺350 m3/h），允許的最大卸貨率為 m3/h，卸貨時間大約為16 h。

1.2 液貨管系

液貨管系的設(shè)計應(yīng)遵循貨物隔離的原則，每個（對）液貨艙設(shè)置獨立的液貨管系。同時，應(yīng)考慮盡量減少靜電，管子壁厚和材料應(yīng)考慮腐蝕余度，滿足《國際散貨運輸危險化學(xué)品船舶構(gòu)造和設(shè)備規(guī)則》（《IBC規(guī)則》）的要求。

液貨管系管材采用規(guī)格為316L的不銹鋼。液貨閥的主要型式為蝶閥和球閥。蝶閥本體和閥盤材質(zhì)為316L不銹鋼，密封材質(zhì)為聚四氟乙烯（PTFE）；球閥的閥體和閥芯都采用316L不銹鋼。液貨艙內(nèi)部與外部的管路間應(yīng)為根部全焊透的對接焊連接，但截止閥與膨脹接頭的認(rèn)可型連接和主管機關(guān)特別許可的其他例外情況除外。在管路系統(tǒng)中，一般應(yīng)設(shè)有膨脹環(huán)或膨脹彎管，以應(yīng)對管路膨脹，符合公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)的波紋管可予特別考慮，不得使用滑動式膨脹接頭。法蘭應(yīng)為焊頸型、套裝焊接型或插入焊接型。當(dāng)管子的直徑大于50 mm時，不得采用插入焊接型法蘭。在管路組裝完畢后，每一液貨管系應(yīng)經(jīng)至少為1.5倍設(shè)計壓力的靜水壓試驗。

1.3 殘余物排放和掃艙管系

《國際防止船舶造成污染公約》（《MARPOL 73/78公約》附則Ⅱ規(guī)定，每艘船舶應(yīng)設(shè)置泵吸和管路，以確保核準(zhǔn)裝運的X，Y或Z類物質(zhì)在每個艙內(nèi)及相關(guān)管路內(nèi)的殘余物不超過75 L，并根據(jù)附則Ⅱ的要求進(jìn)行性能試驗。

《MARPOL 73/78公約》附則Ⅱ還規(guī)定，已被卸完X類物質(zhì)的貨艙，在船舶離開卸貨港口之前，應(yīng)予以預(yù)洗。清洗的殘余物其質(zhì)量濃度等于或低于0.1%之前應(yīng)被排入接收設(shè)備。其濃度指標(biāo)由檢查員從排入接收設(shè)備的殘余物中提取樣品進(jìn)行分析后確定。當(dāng)濃度達(dá)到要求后，應(yīng)將艙內(nèi)剩余的洗艙水繼續(xù)排入接收設(shè)備，直至該艙排空。因此，對于裝載X類物質(zhì)的化學(xué)品船來說，液貨艙在洗艙后艙內(nèi)剩余的洗艙水應(yīng)為零，即無殘余物。

液壓潛液泵具有優(yōu)良的掃艙功能和有效的吹掃系統(tǒng)。掃艙管路的設(shè)計既要保證吹除液貨潛液泵內(nèi)卸貨后殘留的液貨，又要保證吹除液貨管路殘留的液貨。在卸貨的最后階段，貨艙幾乎卸空，此時降低液貨泵轉(zhuǎn)速，開始掃艙。泵的葉輪低速運轉(zhuǎn)起到止回閥的作用，防止液貨回流到液貨艙。

化學(xué)品船的掃艙過程如下：

（1）關(guān)閉液貨泵出口的主液貨閥，打開掃艙閥，通過連接軟管將壓縮空氣或氮氣吹入液貨泵的液貨排出管內(nèi)，液貨在壓縮空氣或氮氣的擠壓下通過掃艙管進(jìn)入液貨排出管，然后依次經(jīng)過液貨排出總管、液貨橫跨管，最終排岸。潛液泵泵腔剩余液貨的掃除見圖2。

（2）關(guān)閉液貨橫跨管排岸的主閥，通過連接軟管將壓縮空氣或氮氣吹入液貨橫跨管排岸的主閥內(nèi)側(cè)，將管內(nèi)剩余液貨依次經(jīng)過橫跨管、液貨排出總管、小通徑掃線管、液貨橫跨主閥外側(cè)，最終排岸，或經(jīng)過縱向公共掃線管注入污液艙或回收艙。液貨管路內(nèi)剩余液貨的掃除原理見圖3。

1.4 加設(shè)吸井

為了更好地將液貨艙內(nèi)的液貨全部吸出，液貨泵應(yīng)設(shè)置在殘存液貨容易集中的位置，并在液貨泵吸口下的貨艙內(nèi)底加設(shè)吸井。吸井的設(shè)計原則是保證液貨泵正常維修的前提下，體積盡可能小，在深度、形狀等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，以使吸井內(nèi)殘留量降到最少，盡可能使艙內(nèi)的液貨易于流入吸井內(nèi)。

1.5 超級掃艙

如果某些海域?qū)σ贺洑堄辔锱欧庞懈鼑?yán)格的要求，則必須進(jìn)一步減少液貨艙吸井內(nèi)的殘留量。因此，需配備超級掃艙裝置。例如，標(biāo)準(zhǔn)Framo液貨泵的設(shè)計滿足《MARPOL 73/78公約》附則Ⅱ所有對掃艙的要求。作為可選項，F(xiàn)ramo液貨泵可以裝配一根超級掃艙管，通過抽真空將吸井內(nèi)的液體徹底清空，快速裝載下一批貨物。由于設(shè)計能夠滿足規(guī)范和規(guī)格書的要求，本油船不考慮配備超級掃艙裝置。

2 液貨泵的安裝

液壓潛液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。對于液壓潛液泵來說，由于垂直安裝的泵體長，馬達(dá)與泵頭之間有一根驅(qū)動長軸，安裝時需要精確對線。機座焊接后由于沒有機加工修正，因此，要求嚴(yán)格控制焊接變形，使其不同心度在液壓潛液泵的允許范圍內(nèi)。船廠應(yīng)按照廠家安裝說明施工。液壓潛液泵的安裝分為吸井、甲板座、底部支撐和中間支撐等4個部分。吸井應(yīng)在分段預(yù)制前安裝；甲板座、底部支撐和中間支撐應(yīng)盡可能在船下水后，且主甲板上大部分重的東西都安裝好，大面積的焊接工作結(jié)束，即造成船體變形的工作結(jié)束后，才能上船安裝。應(yīng)遵循甲板座、底部支撐和中間支撐的先后順序依次安裝，從而保證泵的安裝精度。

3 結(jié) 語

本文介紹了化學(xué)品船液貨系統(tǒng)的設(shè)計特點，并以3.5萬噸級多功能穿梭油船為例，介紹了液貨系統(tǒng)的設(shè)備配置及安裝注意事項。通過上述分析和總結(jié)，可以為船廠生產(chǎn)設(shè)計和系統(tǒng)安裝調(diào)試工作提供有益的幫助。同時，也為后續(xù)化學(xué)品船的開發(fā)提供了重要的技術(shù)支持和技術(shù)儲備。