冬季低溫下船舶建造防凍方案設(shè)計研究

米毛毛　陳冬

摘 要：在冬季低溫環(huán)境下，船舶設(shè)備及部件極易受損。一旦設(shè)備受損，不僅會對船舶建造產(chǎn)生不良影響，還會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。造成船舶設(shè)備及部件受損的原因較多，比如存留水結(jié)冰膨脹而使船舶部件脹裂、流體結(jié)冰而使管路受損等。因此，做好冬季低溫下船舶建造的防凍方案設(shè)計工作至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：低溫；船舶建造；防凍方案；存水泄放

中圖分類號：U672.7+2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.03.100

船舶建造是一項艱巨的工程，尤其是在冬季低溫環(huán)境下，船舶設(shè)備和管路內(nèi)很可能存留液體，造成銹蝕，甚至被凍壞，不但經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重，現(xiàn)場施工和維護(hù)難度增加，而且船舶建造也會受到影響。因此，查明船舶設(shè)備和管路受損的原因，并制訂合理的防凍方案，對保證船舶的正常建造至關(guān)重要。

1 船舶部件和管路被凍壞的原因

船舶主要由船體、電氣部分、舾裝部分和輪機(jī)等組成。其中，舾裝部分包括管路系統(tǒng)、自動化設(shè)備和特種系統(tǒng)等。管路系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)將各種機(jī)械設(shè)備連接起來，并對流體進(jìn)行輸送。燃油，海、淡水，空氣和滑油為常見的流體介質(zhì)。船舶建造使用的燃油又分為輕油和重油兩種，在冬季低溫環(huán)境下，溫度的變化會引起燃油密度發(fā)生變化，最終凝固，體積變??；海、淡水在低溫條件下則會結(jié)冰膨脹；滑油由于凝點(diǎn)低，一般不會出現(xiàn)凝固現(xiàn)象。因此，在冬季低溫條件下，燃油和滑油凝固后體積變小，不會出現(xiàn)凍裂現(xiàn)象；而海、淡水體積膨脹則會導(dǎo)致船舶部件脹裂。

2 船舶防凍方案設(shè)計及優(yōu)劣對比

對于低溫環(huán)境下船舶出現(xiàn)的存留水結(jié)冰，海、淡水結(jié)冰脹裂損壞船舶部件等情況，采用加熱保溫方法可使海、淡水凝點(diǎn)低于環(huán)境溫度；采用添加防凍液的方法可使海水的物理特性改變，預(yù)防海、淡水在低溫下凝固而膨脹，進(jìn)而損壞船舶部件。對于存留在船舶中的積水，采用泄放處理的方法將其清理干凈，或者干式存放，可有效預(yù)防結(jié)冰。一般來說，在低溫環(huán)境下，船舶防凍方案的設(shè)計應(yīng)從以下幾方面考慮。

2.1 方案設(shè)計

2.1.1 改變環(huán)境溫度

采用加熱保溫方法使海、淡水凝點(diǎn)低于環(huán)境溫度，則不會出現(xiàn)低溫凝固現(xiàn)象。在船舶建造中，如果未安裝船用鍋爐，可通過岸上蒸汽管路接入。安裝并調(diào)試正常后，則將船用鍋爐開啟，使其產(chǎn)生蒸汽，通過增加暖氣設(shè)備或蒸汽管路的方式達(dá)到改變環(huán)境溫度的目的。需要注意的是，借助蒸汽作用改變環(huán)境溫度時，要將開口區(qū)域封堵好，以免產(chǎn)生熱損失。另外，在設(shè)計時，還應(yīng)注意預(yù)留冬季防凍蒸汽的進(jìn)出口。

2.1.2 清除介質(zhì)

將管路系統(tǒng)或船舶設(shè)備中的存留水清理干凈，使其處于干燥狀態(tài)，能夠有效防止設(shè)備和管路被凍壞。根據(jù)管路系統(tǒng)及設(shè)備的特點(diǎn)，常用于清理存留水的方法主要有以下三種：①存水泄放。在設(shè)計時，船舶管路系統(tǒng)應(yīng)包含有管路泄放部分，且泄放點(diǎn)應(yīng)盡可能地設(shè)于系統(tǒng)最低點(diǎn)，以保證存水能夠泄放干凈。同時，應(yīng)設(shè)置泄放口，并確保泄放口能夠排干凈存留水。另外，對新船、新設(shè)備及新管路也應(yīng)進(jìn)行專門的泄放設(shè)計。②借助壓縮空氣吹除。在水壓試驗或已泄放殘水后，還可借助壓縮空氣的作用吹除存留水。③改善設(shè)計方案，防止殘水存留。如果是設(shè)備或管路原因?qū)е職埶媪簦芍匦聦ζ溥M(jìn)行設(shè)計，比如將管路布置方向由豎直改成水平，保證徹底清除殘留水。

2.1.3 添加防凍液

在水中添加防凍液能夠有效減少因冬季低溫而導(dǎo)致的水結(jié)冰脹裂設(shè)備或管路事件的發(fā)生。冰點(diǎn)是判斷防凍液防凍的重要指標(biāo)，一般情況下，防凍液的冰點(diǎn)應(yīng)比環(huán)境最低溫度至少低10～15 ℃。因此，選用防腐、防銹和除垢能力較強(qiáng)的防凍液能有效保護(hù)管路系統(tǒng)。防凍液類型多種多樣，在船舶建造中使用較多的是含乙二醇母液的防凍劑。另外，管路系統(tǒng)往往遍布全船區(qū)，對于改變環(huán)境溫度的條件無法達(dá)到的情況，防凍設(shè)計時應(yīng)考慮選用防凍液。

2.1.4 存水管理

在冬季低溫環(huán)境下，船體水艙很容易因為存水而結(jié)冰或膨脹、崩裂。如果艙室面積較大，很難布置加熱設(shè)備，那么在防凍設(shè)計時必須注意為存水留足膨脹的空間。結(jié)合實際建造經(jīng)驗，應(yīng)優(yōu)先考慮上層邊水艙、前后尖艙等部位的防凍設(shè)計，一般要求存水量應(yīng)少于滿艙的85%；如果艙室低于水線，艙室存水量應(yīng)少于滿艙的95%.另外，測深管和水艙空氣管的艙室艙頂上部也不得出現(xiàn)存水。

2.2 方案優(yōu)劣對比

不同的防凍方案都有各自的特點(diǎn)，在經(jīng)濟(jì)性、適用性等方面也存在差異。改變環(huán)境溫度和添加防凍液的防凍方案雖能取得良好的防凍效果，但費(fèi)用高、適用區(qū)域有限；泄放設(shè)備或管路中存留水的防凍方案能夠有效達(dá)到防凍效果，且可重復(fù)利用、費(fèi)用較低，但部分管路可能存在泄放不徹底或泄放困難的現(xiàn)象；存水管理方案適用對象有限，只能用于存水艙室防凍。在清除介質(zhì)的防凍方案中，每一種方法又有各自的特點(diǎn)。存水泄放方法適用性、操作性均較強(qiáng)，且費(fèi)用較低，但部分管路則可能出現(xiàn)泄放不徹底的現(xiàn)象；借助壓縮空氣吹除的方法適用性不強(qiáng)，僅限用于小管徑管路，且無法完全吹出彎管處的積水；改善設(shè)計方案的方法能夠有效防止因積水存留膨脹而損壞設(shè)備的情況，但如果需要更改設(shè)計，則難度較大。綜合來看，存水泄放方法適用性較強(qiáng)，在冬季低溫防凍設(shè)計中的使用率也較高。

3 總結(jié)

船舶建造的質(zhì)量與設(shè)計方案密切相關(guān)，特別是在冬季低溫環(huán)境下，防凍設(shè)計方案的效果如何會直接影響到船舶建造的質(zhì)量，進(jìn)而影響到船舶的正常航行。因此，設(shè)計人員應(yīng)首先了解哪些因素會對船舶建造質(zhì)量產(chǎn)生影響，然后綜合多方面的情況對冬季低溫下船舶建造的防凍方案進(jìn)行合理設(shè)計，盡可能地避免各種不良情況對船舶造成損壞，保證船舶的正常運(yùn)行。

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〔編輯：劉曉芳〕