5.5萬(wàn)噸化學(xué)品船液貨掃艙系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

臧大偉 楊 念 崔曉敏 王 昆 楊卓祺 馬韶楠

（大連船舶重工集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院有限公司 大連116005）

船舶動(dòng)力裝置

5.5萬(wàn)噸化學(xué)品船液貨掃艙系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

臧大偉 楊 念 崔曉敏 王 昆 楊卓祺 馬韶楠

（大連船舶重工集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院有限公司 大連116005）

《1973年國(guó)際防止船舶造成污染公約及其1978年協(xié)定書(shū)（MARPOL）》附則II“控制散裝有毒液體物質(zhì)污染規(guī)則”2004年修正案對(duì)化學(xué)品船在每個(gè)艙內(nèi)及其相應(yīng)管路內(nèi)的液貨殘液量方面提出了更加嚴(yán)格的規(guī)定；此外，由于化學(xué)品船的特殊性，載運(yùn)貨品種類繁多，既可載運(yùn)有毒貨品，也可載運(yùn)食用油類貨品；并且，每次在卸貨特別是在更換貨品時(shí)，就對(duì)其液貨掃艙系統(tǒng)提出非常高的要求，將很大程度影響到掃艙系統(tǒng)設(shè)計(jì)。因此，采取有效措施減少掃艙殘液量是必須解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。文中基于防污公約要求，主要對(duì)5.5萬(wàn)噸 IMO（國(guó)際海事組織） II型化學(xué)品船液貨掃艙系統(tǒng)的選型方法、設(shè)計(jì)原理、掃艙步驟和管路設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)等方面進(jìn)行了研究分析，并且簡(jiǎn)要介紹掃艙試驗(yàn)程序。目前，該型船掃艙結(jié)果已成功通過(guò)船級(jí)社的檢驗(yàn)。［關(guān)鍵詞］化學(xué)品船；掃艙系統(tǒng)；殘液量

引 言

5.5萬(wàn)噸IMO II型化學(xué)品船是新加坡萬(wàn)邦船東建造的目前世界最大的II類化學(xué)品船。船旗國(guó)：新加坡；船級(jí)：第1艘、第2艘船為L(zhǎng)R+CCS雙船級(jí)，第3艘、第4艘船為ABS+CCS雙船級(jí)。船上設(shè)置了10對(duì)液貨艙和1對(duì)污油艙。該型船的液貨系統(tǒng)采用單艙單泵，液貨泵為Marflex廠家生產(chǎn)的電動(dòng)深井泵，各個(gè)液貨艙相對(duì)獨(dú)立，具有最大的貨品分隔能力。在貨物卸載結(jié)束后，需對(duì)液貨艙內(nèi)及液貨管內(nèi)的殘留貨品進(jìn)行最大程度的清除，因此必須采取有效的掃艙措施，以保障化學(xué)品船運(yùn)輸安全和防止化學(xué)品污染［1］。掃艙程序由兩部分組成：一是對(duì)液貨艙內(nèi)殘留物的清除，二是對(duì)液貨管內(nèi)殘留物的清除。本文將對(duì)掃艙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和掃艙程序進(jìn)行闡述和分析［2］。

1 設(shè)計(jì)依據(jù)

1.1 規(guī)范對(duì)掃艙后殘液量的要求

73/78防污公約（MARPOL 73/78 ）經(jīng)過(guò)多次修改， 其附則II“控制散裝有毒液體物質(zhì)污染規(guī)則”2004 年修正案于2007 年1 月1 日生效。該版本對(duì)海洋環(huán)境造成危害威脅的物質(zhì)分類由原來(lái)的5類（A，B，C，D和III類）改為4類（X，Y，Z和OS類），對(duì)化學(xué)品船液貨掃艙殘液量要求也作了相應(yīng)修改。

1.1.1 修改前的殘液量要求

A類污染貨品：因其對(duì)海洋環(huán)境污染的威脅最大，故殘液貨物必須全部排至岸上的接收設(shè)備，所以沒(méi)有規(guī)定最大允許殘液量。

B類和C類污染貨品：其殘液貨物可在某種條件下排放入海，故對(duì)其最大殘液量規(guī)定分別為150 L和350 L。

D類污染貨品：由于其對(duì)海上環(huán)境威脅最低，因此不規(guī)定掃艙標(biāo)準(zhǔn)。

1.1.2 修改后的殘液量要求

修改后的規(guī)范中對(duì)于X、Y、Z類污染貨品的最大允許殘液量要求均為75 L。

新規(guī)范對(duì)化學(xué)品船在每個(gè)艙內(nèi)及其相應(yīng)管路內(nèi)液貨殘液量的要求更加嚴(yán)格。掃艙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)直接影響到化學(xué)品船運(yùn)輸安全以及防止化學(xué)品污染和船舶運(yùn)輸效率等方面。本文將針對(duì)掃艙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理、方法以及管系設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)等進(jìn)行闡述［3］。

1.2 規(guī)范對(duì)掃艙試驗(yàn)的要求

MARPOL附則II附錄5中關(guān)于掃艙試驗(yàn)要求主要為：掃艙期間，船舶的尾傾不應(yīng)超過(guò)3°，橫傾不應(yīng)超過(guò)1°；在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，集管排出管需要有不低于100 kPa的背壓；需記錄每個(gè)艙的掃艙時(shí)間，并對(duì)掃艙結(jié)果進(jìn)行修正。掃艙結(jié)束后，計(jì)算所有能收集到的殘液量，包括以下各處：貨艙吸口及周圍、任何貨艙底部凹處區(qū)域、液貨泵泄放低點(diǎn)、所有和主管連接處的泄放點(diǎn)［4］。

2 掃艙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)規(guī)范要求，液貨艙內(nèi)殘液量以及為該艙服務(wù)的管系內(nèi)殘液量總和要小于75 L，故在設(shè)計(jì)過(guò)程中需著重考慮這兩方面。

2.1 掃艙的基本原理

化學(xué)品船掃艙一般可使用壓縮空氣，但針對(duì)特殊貨品（如硫化物等）則需用氮?dú)?。為滿足掃艙殘液量低于75 L的要求，常規(guī)掃艙分為如下三個(gè)階段。

2.1.1 第一階段：液貨泵內(nèi)殘留貨品的掃艙

深井泵甲板部分通常廠家會(huì)設(shè)置一個(gè)掃艙閥，通過(guò)壓縮空氣或氮?dú)膺M(jìn)行掃艙。此階段掃艙時(shí)，關(guān)閉液貨泵排出閥，打開(kāi)掃艙閥，緩慢運(yùn)轉(zhuǎn)液貨泵，泵內(nèi)殘留貨品通過(guò)掃艙管路排至集管區(qū)排出。

2.1.2 第二階段：連接管路內(nèi)殘留貨品的吹除

該階段首先需關(guān)閉液貨泵主排出閥以及液貨泵自身掃艙排出閥，通過(guò)液貨泵主管路排出口閥后第一個(gè)掃艙閥，用壓縮空氣或氮?dú)鈱?duì)連接管路的掃艙。管路中的殘留液貨通過(guò)集管區(qū)主管予以排出。

2.1.3 第三階段：集管區(qū)主管殘留貨品的吹除

該階段主要針對(duì)集管區(qū)主管殘留貨品的吹除。此時(shí)，關(guān)閉所有連接管路閥門(mén)，通過(guò)開(kāi)啟集油管一端連接主管的掃艙管路，通過(guò)壓縮空氣或氮?dú)獯党凸苈分袣埩糌浧分良軈^(qū)另一端排出。

2.2 液貨艙內(nèi)掃艙的介紹

5.5萬(wàn)噸化學(xué)品船采用的是Marflex廠生產(chǎn)的電動(dòng)深井泵。電動(dòng)液貨泵系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)裝置（電動(dòng)馬達(dá)）、泵體、中間活動(dòng)支架、中間固定座、變頻器等組成。變頻器布置于機(jī)艙內(nèi)，根據(jù)船東要求及船舶電站容量配置變頻器數(shù)量。變頻器是矩陣組合的形式，一般為兩組配電板，每組配電板中的任何一個(gè)變頻器能選擇和控制任何一臺(tái)液貨泵或污油泵。最大液貨泵運(yùn)行數(shù)量受船舶電站容量影響。

掃艙過(guò)程主要是利用壓縮空氣或氮?dú)獯等胍贺洷脙?nèi)，通過(guò)掃艙管系將剩余的部分液貨輸送到岸上的液貨接收裝置或污油水艙，具體分為以下四個(gè)步驟：

（1）當(dāng)某液貨艙結(jié)束常規(guī)的液貨排放程序時(shí)，關(guān)閉泵出口的主液貨閥②、停止液貨泵、用軟管①將壓縮空氣或氮?dú)庠磁c掃艙進(jìn)氣口相連、并檢查氣源③的供給壓力不能小于0.6 MPa。

最小供給壓力是為了平衡軟管和接頭等的阻力損失。低轉(zhuǎn)速啟動(dòng)電動(dòng)液貨泵，保證通過(guò)液貨主管路泵出殘余液貨，需要避免泵過(guò)熱和超過(guò)泵干轉(zhuǎn)限制。建議掃艙液貨泵轉(zhuǎn)速不超過(guò)最大轉(zhuǎn)速的60%～75%。

（2）當(dāng)液貨壓力②升高至液貨泵工作壓力時(shí)，開(kāi)啟掃艙閥①，殘余液貨將通過(guò)掃艙管路排出。

（3）當(dāng)液貨艙集油井內(nèi)殘液量達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，開(kāi)啟壓縮空氣或氮?dú)夤┙o閥①，通過(guò)掃艙吹氣進(jìn)口輸入掃艙氣體，緩慢升高掃艙氣體的壓力，避免泵體管道中的液貨被排放得太快。在此過(guò)程中，要避免未完全空艙前就進(jìn)行泵的吹除，建議泵體管道中最大壓力為0.3 MPa。

（4）當(dāng)泵體內(nèi)殘貨被排空后，關(guān)閉掃艙閥②、停止壓縮空氣或氮?dú)夤┙o閥①。

上述掃艙的四個(gè)步驟中，可視具體情況重復(fù)最后兩個(gè)掃艙步驟，以確保泵體內(nèi)所有殘余液貨被排空。當(dāng)掃艙作業(yè)結(jié)束后，即停止液貨泵并斷開(kāi)掃艙氣源的連接。

2.3 液貨管路掃線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

液貨管路掃線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是為滿足MARPOL附則II的要求，設(shè)置單獨(dú)的掃線管路，通過(guò)軟管連接壓縮空氣或氮?dú)鈱?duì)管路內(nèi)殘液吹除至集管區(qū)通岸管處。掃線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要根據(jù)液貨系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行布置吹除管路。

下文以某5.5萬(wàn)噸化學(xué)品船為例，對(duì)掃艙介質(zhì)設(shè)備選型及掃線管路的設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。本船的掃線管路采用的是DN25法蘭連接SUS316L不銹鋼管；吹除閥為SUS316快速接頭閥，帶蓋和鏈。

2.3.1 掃艙系統(tǒng)設(shè)備選型簡(jiǎn)介

5.5萬(wàn)噸化學(xué)品船液貨掃艙系統(tǒng)掃艙所用介質(zhì)為壓縮空氣或者氮?dú)?。壓縮空氣來(lái)源于機(jī)艙雜用空壓機(jī)，氮?dú)鈦?lái)源于獨(dú)立的氮?dú)獍l(fā)生裝置。該船機(jī)艙雜用空壓機(jī)基本參數(shù)如表1所示。該船氮?dú)獍l(fā)生裝置為膜滲透式，基本參數(shù)如表2所示。

表1 雜用空氣壓縮機(jī)基本參數(shù)

表2 氮?dú)庀到y(tǒng)基本參數(shù)

氮?dú)庀到y(tǒng)帶有5 m3的氮?dú)獯鎯?chǔ)罐，并且擁有兩套減壓閥組，一套可以將氮?dú)鈴?0 kg減壓至7 kg，另一套可以從7 kg減壓至0.15 kg壓力。輸出0.15 kg的氮?dú)庵饕糜诩装逡贺浥摱杌a(bǔ)氣使用，輸出7 kg氮?dú)庵饕糜诩装咫s用以及為液貨掃艙時(shí)輸入氣源。

2.3.2 液貨管路主要掃線管系的設(shè)計(jì)

本船設(shè)置10對(duì)液貨艙、1對(duì)污油艙、貨油艙及污油艙等共計(jì)22個(gè)。單艙、單泵、單獨(dú)液貨管路完全獨(dú)立。每個(gè)液貨艙液貨管為DN200不銹鋼管對(duì)焊連接，掃線管采用D25不銹鋼管法蘭連接。每個(gè)液貨艙液貨管都配置有單獨(dú)的掃線管路。

2.3.2.1 液貨泵排出口區(qū)域掃線管路設(shè)計(jì)

在掃艙過(guò)程中，液貨泵排出口蝶閥關(guān)閉，通過(guò)掃線管路直接將艙內(nèi)殘液排至液貨主管中。因此，液貨泵掃艙排出管應(yīng)連接至液貨泵排出口蝶閥后，以便殘液排至主管。

2.3.2.2 液貨縱向主管掃線管路的設(shè)計(jì)

當(dāng)掃艙結(jié)束后，艙內(nèi)液體全部排至液貨縱向主管，對(duì)縱向主管內(nèi)殘液進(jìn)行吹除。因此，在縱向主管端部應(yīng)設(shè)置吹除閥。

2.3.2.3 集管區(qū)掃線管路的設(shè)計(jì)

當(dāng)縱向主管吹除結(jié)束時(shí)，需要吹除液貨集管區(qū)液貨管殘留液體。由于根據(jù)液貨艙布置不同和液貨管布置不同，船舶處于尾傾狀態(tài)；因此該部分掃艙管設(shè)計(jì)也不盡相同。以集管區(qū)為界，前部的縱向主管向后傾斜，縱向主管殘液可直接排至集管區(qū)，僅在集管設(shè)置吹除閥即可；后部縱向主管向后傾斜，縱向主管內(nèi)殘留液體部分未被吹除殘液需要設(shè)置單獨(dú)的掃線管，通過(guò)縱向主管端部吹至集管區(qū)并排至舷外。

具體掃艙過(guò)程及管路設(shè)計(jì)參見(jiàn)圖8。

2.3.3 液貨系統(tǒng)及掃艙管系設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

（1）液貨管路及掃線管路布置應(yīng)平直，盡量減少?gòu)澒芏耍冶M量不采用90°彎管，而采用45°彎管，因管路彎曲部分不易清洗干凈；

（2）在液貨管路端部和彎曲部分應(yīng)設(shè)置吹除閥；

（3）液貨深井泵將液貨直接排至管路最高處，使殘存在管路內(nèi)液貨能沿著管路順利流到集管內(nèi)；

（4）液貨深井泵排出閥及裝艙閥應(yīng)靠近總管，并設(shè)置在管路最高點(diǎn)；

（5）管路內(nèi)異徑接頭不應(yīng)制成通常所用的錐形，而應(yīng)制成下端水平的楔形及偏心異徑接頭，以防止液貨在該接頭處滯留；

（6）T型三通管段中支管的閥件應(yīng)盡可能靠近直通安裝，如支管閥未裝于靠近T型三通處，則應(yīng)在T型三通與閥件之間安裝吹除閥；

（7）合理布置小通徑掃殘吹除管，利用氮?dú)饣蚩諝庾畲罂赡艿拇党门c管路內(nèi)的殘液；

（8）液貨管路的截止閥應(yīng)設(shè)置放泄閥或放泄旋塞，以減少閥盤(pán)殘存物。

3 掃艙實(shí)驗(yàn)介紹

根據(jù)MARPOL 73/78附則II附錄5的要求，結(jié)合掃艙管系布置，為達(dá)到掃艙結(jié)果75 L的要求，設(shè)計(jì)液貨系統(tǒng)掃艙程序，本節(jié)針對(duì)5.5萬(wàn)噸化學(xué)品船掃艙程序進(jìn)行介紹。

3.1 實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備

掃艙實(shí)驗(yàn)屬于法定項(xiàng)目，船級(jí)社必須全程跟蹤檢驗(yàn)并記錄結(jié)果，登記在本船P&A手冊(cè)中。掃艙結(jié)果直接影響船東未來(lái)營(yíng)運(yùn)成本，船東也需全程進(jìn)行跟蹤。船廠方面要全力配合并積極有效開(kāi)展試驗(yàn)程序，盡量達(dá)到最優(yōu)效果。船廠試驗(yàn)前需作以下準(zhǔn)備：

（1）液貨管路安裝完好，并且管路保持清潔，掃艙管系及壓載系統(tǒng)安裝完好，液貨泵可以正常運(yùn)行。

（2）船上需要準(zhǔn)備0.7 MPa壓縮空氣及吹除閥的連接軟管。集管區(qū)排出管應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求，準(zhǔn)備連接10 m高度軟管。

（3）在淡水艙或污水艙準(zhǔn)備充足的實(shí)驗(yàn)用淡水，并且檢測(cè)液貨艙安全，可以保證人員自由出入。用于檢測(cè)艙內(nèi)及管路內(nèi)殘液量容器需準(zhǔn)備好。

（4）船檢、船東及液貨泵服務(wù)工程師均應(yīng)召集至實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。

3.2 實(shí)驗(yàn)條件

（1）掃艙實(shí)驗(yàn)時(shí)，船尾傾不應(yīng)超過(guò)3°，橫傾不應(yīng)超過(guò)1°。根據(jù)被實(shí)驗(yàn)艙，通過(guò)壓載水調(diào)整船舶狀態(tài)［5］。

（2）連接臨時(shí)集管排出10 m高軟管（見(jiàn)圖9）。

（3）連接壓縮空氣吹除軟管。

（4）被實(shí)驗(yàn)液貨艙內(nèi)在吸入井附近存有100 mm深的淡水。

3.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)過(guò)程按上頁(yè)圖8所示進(jìn)行。掃艙過(guò)程中，集管排出閥憋壓時(shí)間要嚴(yán)格控制。根據(jù)實(shí)船掃艙經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)為首次憋壓時(shí)間控制在5 min左右，全開(kāi)該閥。反復(fù)2次，再憋壓3 min以上，而后開(kāi)啟排出閥，有水排出后需快速關(guān)閉該閥，以防回流，如此反復(fù)2～3次便基本能滿足掃艙要求。

3.4 實(shí)驗(yàn)檢測(cè)內(nèi)容

（1）需檢測(cè)艙內(nèi)殘余量（包括井內(nèi)及艙底存水），以及相應(yīng)的液貨管內(nèi)所有低點(diǎn)泄放水量；

（2）掃艙時(shí)間；

（3）初始狀態(tài)，艙內(nèi)水深。

檢測(cè)結(jié)果需要由船級(jí)社記錄，并由船東船檢簽字確認(rèn)后，記錄在程序布置手冊(cè)中。

4 結(jié) 論

5.5萬(wàn)噸化學(xué)品船通過(guò)“有效的管路優(yōu)化設(shè)計(jì)，合理的掃艙操作步驟，規(guī)范的掃艙實(shí)驗(yàn)程序”這三個(gè)階段的常規(guī)掃艙程序，確保液貨艙、泵及相關(guān)管路內(nèi)的液貨殘液量不超過(guò)75 L，從而順利通過(guò)船級(jí)社的檢驗(yàn)并滿足國(guó)際公約的相關(guān)要求。

如今的船舶航運(yùn)市場(chǎng)中，化學(xué)品運(yùn)輸已占有重要地位，而減少掃艙殘液量是化學(xué)品船運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)。隨著化學(xué)品船的設(shè)計(jì)要求日益提高，液貨掃艙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)從安全性、可靠性及船員操作使用方便等方面綜合考慮，并作進(jìn)一步深入探討。

［1］ 馮樹(shù)才. 46 000 DWT成品油/化學(xué)品船液貨系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.船舶，2010（3）： 35-36.

［2］ 程軍. 散裝化學(xué)品船的清掃系統(tǒng) ［J］.船舶，2003（6）：35-36.

［3］ 中國(guó)船舶工業(yè)集團(tuán)公司.船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)［M］. 3版.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2013.

［4］ 周忠輝.化學(xué)品船新公約·規(guī)則符合性研究 ［D］. 大連：大連理工大學(xué)，2008.

［5］ IMO. Annex II of MARPOL 73/78 ［S］. London：1973.

Design and application of cargo stripping system for 55 000 t chemical tanker

ZANG Da-wei YANG Nian CUI Xiao-min WANG Kun YANG Zhuo-qi MA Shao-nan
(Dalian shipbuilding industry design and research institute Co., Ltd., Dalian 116005, China)

Annex II of the International Convention for the Prevention of Pollution from Ships, 1973, as modif i ed by the Protocol of 1978 (MARPOL73/78), and as further amended to "Regulations for the Control of Pollution by Noxious Liquid Substances in Bulk" at 2004 (hereafter referred to as Annex II), provided more strict regulations of the residues in tank and corresponding pipelines for Chemical tankers. The chemical tankers can carry various cargo, such as the noxious cargo and edible oils. This particularity brings very high requirement of the liquid cargo stripping system during the unloading especially replacing cargo, which impacts a lot the design of the liquid cargo stripping system. Therefore, it is critical to fi nd an ef f ective solution to reduce the residues of the liquid cargo stripping system. Base on the requirements of MARPOL73/78, the selection, design principle, stripping process and notices of pipeline design of the cargo stripping system for a 55 000 t IMO type II chemical tanker are studied and analyzed in the paper. It also brief l y introduces the stripping test procedure. The stripping results of this ship have been successfully checked by the classif i cation society.

chemical tanker; cargo stripping system; residue

U674.13+3

A

1001-9855（2017）04-0058-06

10.19423 / j.cnki.31-1561 / u.2017.04.058

2017-02-13；

2017-03-06

臧大偉 （1983-），男，碩士，工程師。研究方向：船舶與海洋工程輪機(jī)管系設(shè)計(jì)與研究。

楊 念（1987-），女，碩士，助理工程師。研究方向：船舶與海洋工程輪機(jī)管系設(shè)計(jì)與研究。

崔曉敏（1980-），女，碩士，高級(jí)工程師。研究方向：船舶與海洋工程輪機(jī)管系設(shè)計(jì)與研究。

王 昆（1978-），男，碩士，高級(jí)工程師。研究方向：船舶與海洋工程輪機(jī)管系設(shè)計(jì)與研究。

楊卓祺（1982-），男，工程師。研究方向：船舶與海洋工程輪機(jī)管系設(shè)計(jì)與研究。

馬韶楠（1979-），男，助理工程師。研究方向：船舶與海洋工程輪機(jī)管系設(shè)計(jì)與研究。