載運(yùn)危險(xiǎn)貨物船舶的艙底水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王 萍，趙瑋頡

（中船重工船舶設(shè)計(jì)研究中心有限公司設(shè)計(jì)部，遼寧大連 116001）

載運(yùn)危險(xiǎn)貨物船舶的艙底水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王 萍，趙瑋頡

（中船重工船舶設(shè)計(jì)研究中心有限公司設(shè)計(jì)部，遼寧大連 116001）

以某兩條多用途船舶為例，介紹了船舶載運(yùn)危險(xiǎn)貨物對(duì)艙底水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特殊要求，分析了艙底泵排量計(jì)算的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，探討了艙底泵、閥件及其管路的布置方法，總結(jié)提出了一些注意事項(xiàng)，以期為今后載運(yùn)危險(xiǎn)貨物船舶的艙底水系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

危險(xiǎn)貨物；艙底水；艙底泵排量；管路布置

0 引言

艙底水系統(tǒng)是重要的保船系統(tǒng)，在船舶正常航行時(shí)，對(duì)水密艙室內(nèi)生成的艙底水能有效排除；在應(yīng)急情況下，對(duì)水密艙室在有限進(jìn)水情況下也能進(jìn)行有效的排水[1]。貨船常規(guī)的艙底水系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括艙底水管路布置方式、管徑的確定、艙底水管的壁厚要求、機(jī)器處所支吸口和直通艙底泵的吸口位置和數(shù)量、貨艙吸口的位置和數(shù)量、應(yīng)急吸口的位置，以及其他處所，包括管隧、軸遂、首部干艙和錨鏈艙的排水要求等，已經(jīng)有一套成熟的設(shè)計(jì)方法，按照相應(yīng)規(guī)范和規(guī)則的要求和經(jīng)驗(yàn)公式，逐項(xiàng)進(jìn)行計(jì)算和選取即可。

有些貨船有時(shí)會(huì)要求在某一指定的貨艙內(nèi)載運(yùn)危險(xiǎn)貨物，例如多用途船，這種情況下可將貨物放在甲板上的集裝箱內(nèi)，或盡量將危險(xiǎn)貨物裝在離機(jī)艙前壁之前3米之外的貨艙內(nèi)[2]。設(shè)計(jì)艙底水系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)充分考慮到防止由于誤操作而使危險(xiǎn)貨物進(jìn)入安全區(qū)域。本文所要討論的是除了常規(guī)艙底水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，各項(xiàng)參數(shù)通過計(jì)算已經(jīng)確定外，由于危險(xiǎn)貨物的載運(yùn)，對(duì)艙底水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特殊要求，機(jī)器處所的艙底泵和危險(xiǎn)區(qū)域?qū)Ｓ门摰妆玫脑O(shè)計(jì)要點(diǎn)，以及需要注意的地方。

1 危險(xiǎn)貨物的等級(jí)劃分

危險(xiǎn)貨物是指“國(guó)際海運(yùn)危險(xiǎn)貨物運(yùn)送規(guī)則”（IMDG Code）中所涵蓋的物質(zhì)及材料。它在運(yùn)輸?shù)倪^程中有可能對(duì)人員、動(dòng)物及環(huán)境造成不利的影響。因此國(guó)際海事組織出臺(tái)了有關(guān)法令，對(duì)危險(xiǎn)貨物的裝運(yùn)制定了一系列的要求，盡可能地加強(qiáng)危險(xiǎn)貨物的運(yùn)輸安全，以保護(hù)人員安全及環(huán)境安全[3]。

危險(xiǎn)貨物的形式很廣泛，包括包裝或散裝固體危險(xiǎn)貨物，散裝危險(xiǎn)化學(xué)品貨物，液化氣等。本文所說的危險(xiǎn)貨物，是指載運(yùn)包裝或散裝固體危險(xiǎn)貨物的船舶艙底水系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

危險(xiǎn)貨物分為以下9類：

1類：爆炸物；

2類：氣體；

3類：易燃液體；

4類：易燃固體；

5類：氧化物和有機(jī)過氧化物；

6類：有毒和傳染性的物質(zhì)；

7類：放射性的物質(zhì)；

8類：腐蝕性的物質(zhì)；

9類：雜類危險(xiǎn)貨品；

每一類具體還分為幾小類，在此不詳細(xì)贅述。

2 對(duì)船舶艙底水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特殊要求

在船舶設(shè)計(jì)初期，應(yīng)和船東商定擬裝危險(xiǎn)貨物的清單，根據(jù)清單查找相關(guān)規(guī)范規(guī)則，分析其對(duì)船舶布置、結(jié)構(gòu)和設(shè)備的影響，確定設(shè)計(jì)方案。包裝或散裝固體危險(xiǎn)貨物裝運(yùn)對(duì)船舶艙底水系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要有以下特殊要求：

1）應(yīng)設(shè)有固定式噴霧器設(shè)備或用水浸入貨物處所的設(shè)備，以使指定甲板下的貨物處所按貨物處所水平區(qū)域面積每平方米至少5L/min的水量得到有效冷卻。所要求的總供水量按最大的指定貨物處所同時(shí)計(jì)算。

2）排水系統(tǒng)的尺度所達(dá)到的排量應(yīng)不低于水霧系統(tǒng)泵和所要求數(shù)量（4具）的消防水槍的組合容量的125%。排水系統(tǒng)的閥門應(yīng)能從所保護(hù)位置的外部靠近滅火系統(tǒng)控制裝置的位置進(jìn)行操作。

3）如果在圍蔽貨物處所內(nèi)載運(yùn)易燃或有毒液體，艙底泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)能防止由于疏忽而將這種液體輸往機(jī)器處所的可能。

4）如果艙底排放系統(tǒng)是機(jī)器處所內(nèi)艙底泵系統(tǒng)的附加系統(tǒng)，則對(duì)于所服務(wù)的每個(gè)貨物處所，該系統(tǒng)的排量不得小于 10m3/h。如果附加系統(tǒng)是公用的，則其排量不必超過25m3/h。

5）只要載運(yùn)易燃或有毒液體，通往機(jī)器處所的艙底泵管路就應(yīng)安裝盲板法蘭或可鎖的封閉閥門予以隔離。

6）污水井應(yīng)具有足夠的容量，并應(yīng)布置在船側(cè)，其在每一水密艙內(nèi)相互間的距離不得超過40m[4]。

3 艙底水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 機(jī)器處所內(nèi)艙底泵排量的確定

以為瑞士某船東設(shè)計(jì)的17000噸多用途船舶為例，探討艙底水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在這條船上，1號(hào)貨艙和甲板上裝載危險(xiǎn)等級(jí)為1、2、3、4.1、4.2、4.3、5.1、5.2、6.1、8和9類的危險(xiǎn)品；在2號(hào)和3號(hào)貨艙內(nèi)裝載危險(xiǎn)等級(jí)為2、3.3、4.1、4.2、4.3、5.1、5.2、6.1（固體）和9類的危險(xiǎn)品。

通常，每一艙底泵的排量應(yīng)小于按下式計(jì)算之值：

式中，d為艙底水總管內(nèi)徑。按下述公式計(jì)算：

式中，L是船長(zhǎng)；B是船寬；D是型深。以實(shí)船參數(shù)帶入公式，L=134m，B=22.8m，D=13.35m，得到：

但是由于在1號(hào)貨艙內(nèi)載運(yùn)了1類危險(xiǎn)品，按照規(guī)則的要求，需要配備固定噴淋（或水系統(tǒng)）有效冷卻貨艙，并設(shè)置相應(yīng)的排水系統(tǒng)。需要配備的貨艙噴淋泵的容量為：

式中，m代表每平方米至少5 l/min的水量，S1為指定甲板下貨物處所水平區(qū)域面積之和529m2。

則Q1=158.7（m3/h）。

排水系統(tǒng)的尺度所達(dá)到的排量應(yīng)不低于水霧系統(tǒng)泵和所要求數(shù)量的消防水槍的組合容量的125%。所以，機(jī)器處所內(nèi)艙底水泵的總?cè)萘恐辽賾?yīng)為：

此處50表示4個(gè)消防水槍水量總和，按慣例，通常每個(gè)消防水槍的容量是12.5m3/h。

按照各船級(jí)社的要求，船長(zhǎng)大于91.5m的船舶，需要配備2臺(tái)獨(dú)立動(dòng)力泵做為艙底泵，則每臺(tái)艙底泵的排量至少是131m3/h。

此處需要特別注意的是，所要求的總供水量按最大的指定貨物處所同時(shí)計(jì)算。多用途船貨艙內(nèi)通常設(shè)有中間甲板，艙蓋為吊離式，中間甲板上面和下面可同時(shí)載運(yùn)貨物，這種布置可以載運(yùn)不同種類的危險(xiǎn)貨物。水霧噴淋管布置在主甲板艙口蓋下和中間甲板艙口蓋下，這樣在計(jì)算供水量時(shí)，貨物處所水平區(qū)域的面積，應(yīng)是主甲板下面積和中間甲板下面積之和，這一點(diǎn)非常重要，它直接決定了供水泵的排量確定，直至影響到艙底泵的排量確定。

以為德國(guó)某船東設(shè)計(jì)的19000噸多用途船為例，本船在設(shè)計(jì)初期，按照規(guī)格書的要求，3號(hào)貨艙也裝有1類危險(xiǎn)品，3號(hào)貨艙是容量最大的貨艙，主甲板下面水平區(qū)域面積是945m2，中間甲板下面也是945m2，總面積就是1890m2，需要的供水量就是:

艙底泵的總?cè)萘渴?

正常只需要128×2=256（m3/h），按照船長(zhǎng)148m，船寬23.4m，型深13.5m計(jì)算所得。

對(duì)于這種萬噸級(jí)的船舶來說，供水泵和艙底泵的排量是比較大的，需要的電機(jī)功率也大，泵的外形尺寸也非常大，安裝、維護(hù)都不方便，而且使用效率低，不經(jīng)濟(jì)。船東看了給出的計(jì)算和結(jié)果，聽了詳細(xì)分析，主動(dòng)取消了在3號(hào)貨艙載運(yùn)1類危險(xiǎn)貨物的要求，為船廠節(jié)省了人力、物力和財(cái)力，降低了造船成本。

3.2 艙底水系統(tǒng)附加系統(tǒng)的配置

如果擬在圍蔽貨物處所內(nèi)載運(yùn)大量易燃或有毒液體，應(yīng)考慮為這些處所配備附加的排放裝置。比較好的解決方法就是為這些處所配備獨(dú)立的艙底泵。

按照危險(xiǎn)貨物的等級(jí)分類，3類是易燃液體，6類是有毒液體，本條船上2號(hào)和3號(hào)貨艙雖然裝載這類物質(zhì)，但細(xì)分之下，3.3類液體的閃點(diǎn)小于23℃，不屬于易燃液體；6.1類（固體）不屬于有毒液體，因此，2號(hào)和3號(hào)貨艙不需要考慮配備附加的排放裝置。1號(hào)貨艙標(biāo)明裝運(yùn)3類、6.1類物質(zhì)，沒有上述的閃點(diǎn)和固體的具體要求，所以必須考慮設(shè)置獨(dú)立的艙底泵，作為機(jī)艙艙底泵的附加系統(tǒng)。按照規(guī)定，對(duì)于所服務(wù)的每個(gè)貨物處所，該系統(tǒng)的排量不得小于10m3/h。噴射泵由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，維護(hù)方便，能產(chǎn)生一定的真空，具有自吸能力，可以抽送污濁或含有雜質(zhì)的液體等特點(diǎn)[5]，最終選用1臺(tái)容量為10m3/h的噴射泵，作為1號(hào)貨艙的專用艙底泵，專門用于載運(yùn)易燃和有毒液體貨物時(shí)艙底水的排出。

3.3 噴射泵及其閥件的設(shè)計(jì)選用

按照要求，如果附加系統(tǒng)是公用的，則其排量不必超過25m3/h，附加艙底系統(tǒng)的布置不需要冗余。是以19000噸船為例，這條船是在2號(hào)和3號(hào)貨艙載運(yùn)了易燃和有毒液體，為了降低造船成本，最初為這2個(gè)貨艙共配備了1臺(tái)艙底水噴射泵，排量為25m3/h，噴射泵布置在管隧里，在3號(hào)艙的尾部，靠近機(jī)艙。自消防系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)水通過1個(gè)手動(dòng)截止閥控制，布置在機(jī)艙側(cè)，噴射泵進(jìn)口處設(shè)置1個(gè)手動(dòng)截止閥，帶小軸傳動(dòng)裝置，也能在機(jī)艙側(cè)控制，噴射泵出口也設(shè)置1個(gè)手動(dòng)截止閥，帶限位開關(guān)，常開狀態(tài)，進(jìn)口閥和出口閥都布置在管隧里，排舷外閥設(shè)置1個(gè)遙控閥，浸沒在壓載艙內(nèi)，可在貨物辦公室遙控操作，見圖1。

但是船東不接受這個(gè)方案，他們堅(jiān)持每個(gè)貨艙配備1個(gè)噴射泵，并要求噴射泵的進(jìn)、出口閥是遙控的。見圖2。

船東認(rèn)為在管隧里，閥的操作和維護(hù)困難，小軸傳動(dòng)裝置不可靠。通過與船廠溝通，同意了船東的方案，并改進(jìn)了船東的方案，因?yàn)樽笥蚁?個(gè)污水井同時(shí)被抽水，容易造成噴射泵吸入空氣，損害噴射泵。而且，出口閥和舷外閥都是遙控閥，不僅增加成本，還容易誤操作，影響艙底水的排出，不如把舷外閥改為手動(dòng)閥，常開狀態(tài)，在甲板上通過小軸傳動(dòng)裝置控制。最終船東接受了這個(gè)修改，并加價(jià)把小軸傳動(dòng)裝置改為手動(dòng)液壓油泵控制。見圖3。

從最終的設(shè)計(jì)和最初的設(shè)計(jì)比較，增加了1個(gè)噴射泵，9個(gè)閥件，增加了造船成本。船級(jí)社對(duì)最初的設(shè)計(jì)并沒有異議，是認(rèn)可的。經(jīng)常地，船廠要盡可能地降低造船成本，船東要滿足自己的使用要求，設(shè)計(jì)人員就需要在設(shè)計(jì)中多動(dòng)腦筋，在保證滿足規(guī)范，滿足規(guī)格書的基礎(chǔ)上，平衡好船東和船廠之間的關(guān)系，盡量讓雙方都達(dá)到滿意，這也是設(shè)計(jì)人員的責(zé)任。

圖1 貨艙艙底水系統(tǒng)（送審船東前）

圖2 貨艙艙底水系統(tǒng)（船東方案）

圖3 貨艙艙底水系統(tǒng)（完工圖）

3.4 艙底水系統(tǒng)管路的布置

通常，管路的布置不僅僅是輪機(jī)管系設(shè)計(jì)者孤立地考慮問題，它需要和總體、船體結(jié)構(gòu)等專業(yè)溝通協(xié)商。以17000噸多用途為例，見圖4。

1號(hào)貨艙艙底水噴射泵布置在1號(hào)貨艙和2號(hào)貨艙之間的空艙內(nèi)，按最初的燃油艙結(jié)構(gòu)和1號(hào)貨艙污水井的位置來看，噴射泵艙底水的吸入管路需要穿過燃油艙才能進(jìn)入到空艙內(nèi)，雖然船級(jí)社原則上允許這樣布置，只要穿過燃油艙的艙底水管的壁厚滿足規(guī)范的壁厚要求。但一旦艙底水泄漏到燃油艙內(nèi)，對(duì)于船東來說就是災(zāi)難性的傷害。總體專業(yè)提出在船長(zhǎng)方向留出1個(gè)肋位的距離布置艙底水管路，但這樣燃油艙的容積就縮小了，經(jīng)濟(jì)效益下降了。同時(shí)也考慮管路先向船舷經(jīng)過邊壓載艙，再向下進(jìn)入到底壓載艙，從底壓載艙進(jìn)入到空艙內(nèi)，連接到噴射泵的進(jìn)口，見圖5云線處。

但這樣做管路彎頭太多，阻力大，噴射泵的吸高不夠，還要穿過多個(gè)水密艙壁，施工困難。最終與結(jié)構(gòu)專業(yè)溝通，在已經(jīng)送審的圖紙上修改，沿船舶橫向位置加大污水井的容積，讓艙底水管路繞過燃油艙，直接進(jìn)入到空艙內(nèi)進(jìn)行布置。見圖5.雖然造成了設(shè)計(jì)周期的延誤，但對(duì)于船廠在后期施工，船東在操作和維護(hù)上提供了便利。

圖4 艙底水系統(tǒng)管路布置圖（送審版）

圖5 艙底水系統(tǒng)管路布置圖（完工版）

4 其它需要注意和改進(jìn)的地方

1）艙底泵排量Q的計(jì)算，LR和GL規(guī)范中，Q=5.75×d2×10-3（m3/h）。

而CCS和ABS規(guī)范中，Q=5.66×d2×10-3（m3/h）[6]

2）因?yàn)檩d運(yùn)易燃和有毒液體，在通往機(jī)艙的艙底水管路上，機(jī)艙處應(yīng)設(shè)有帶鎖的截止止回閥，并設(shè)置警告牌。

3）即使載運(yùn)危險(xiǎn)貨物，每個(gè)貨艙污水井內(nèi)，只設(shè)置1個(gè)吸口即可，沒有必要設(shè)置2個(gè)，增加造船成本。

4）因?yàn)檩d運(yùn)1類危險(xiǎn)貨物而需要的艙底泵排量計(jì)算結(jié)果，是指總排量，包括貨艙區(qū)域內(nèi)噴射泵的排量，不是單個(gè)艙底泵的排量。

5）噴射泵的驅(qū)動(dòng)水閥（自消防系統(tǒng)水管）必須在開敞甲板上操作，或者將其布置在開敞甲板上易于接近的地方。

6）布置在空艙內(nèi)的噴射泵的艙底水吸入閥，如果不是遙控閥，應(yīng)布置在易于接近的地方，并且進(jìn)入這個(gè)空間不需要使用工具而進(jìn)入。

7）排舷外的短管因?yàn)榻]在壓載艙內(nèi)，壁厚不僅采用加厚管，GL規(guī)范還要求此管是II級(jí)管，提供船級(jí)社認(rèn)可證書。

5 結(jié)束語

本文以已經(jīng)交付使用的兩條多用途船舶為例，詳細(xì)分析了載運(yùn)危險(xiǎn)貨物船舶艙底水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，艙底泵及附加排水系統(tǒng)噴射泵的排量確定；探討了排水系統(tǒng)在危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的布置方式；并總結(jié)了艙底水系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要注意的地方，希望為今后類似載運(yùn)危險(xiǎn)貨物船舶的艙底水系統(tǒng)設(shè)計(jì)有所借鑒和幫助。

[1]黃恒祥等.船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)（第3版）輪機(jī)分冊(cè)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2013.

[2]楊葆和,等.船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)（第3版）總體分冊(cè)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2013.

[3]鄧凌.危險(xiǎn)貨物的裝運(yùn)對(duì)船舶設(shè)計(jì)的影響[J].船舶設(shè)計(jì)通訊,2012,131(增刊):69.

[4]國(guó)際海事組織.國(guó)際海上人命安全公約綜合文本[Z].北京:人民交通出版社,2009.

[5]朱德書,彭子通,彭東升.船舶輔助機(jī)械[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1988.

[6]王昆,蘇旭.2014中國(guó)大連國(guó)際海事論壇論文集[D].大連:大連海事大學(xué)出版社,2014.

Discussion on Design of Bilge System of Ships Carrying Dangerous Goods

WANG Ping,ZHAO Wei-jie
(Design Department of China Ship Design & Research Center Co.,Ltd.,Dalian 116001,China)

Taking two multi-purpose vessels for instance,the paper introduces the special requirements of ship bilge system design due to carriage of dangerous goods.The design points of the capacity calculation of bilge pumps are analyzed and the arrangement methods of bilge pumps,valves and pipes are discussed.The matters that need to be paid attention to are proposed,which provide some reference to the design of bilge system of ships carrying dangerous goods.

dangerous goods; bilge water; bilge pumps capacity; piping arrangement

U66

A

10.16443/j.cnki.31-1420.2015.05.008

王萍（1969-），女，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事船舶輪機(jī)及管系專業(yè)詳細(xì)設(shè)計(jì)工作。