淺析壓載水系統(tǒng)設(shè)計要點

紀(jì)雅微 顏建軍

摘 要：壓載水系統(tǒng)在船舶以及海工項目的系統(tǒng)配置中承擔(dān)著重要的不可或缺的位置，本文從該項目的系統(tǒng)配置，設(shè)計要點，壓載水處理單元的應(yīng)用等方便闡述了系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)該注意的問題及解決方法。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)配置 計算要點 壓載水處理單元

1系統(tǒng)組成及概述

壓載水系統(tǒng)主要由海底門，海底門聯(lián)通管，壓載水泵，壓載水處理單元，壓載水艙，掃艙泵，閥門附件，控制儀表組成，該系統(tǒng)的主要作用是根據(jù)船舶運營的需要，通過壓載水泵，壓載水處理單元，閥門，壓載管路對壓載艙進行壓載水的注入和排出，調(diào)整船舶的橫傾，縱傾，吃排水減小過大的彎矩和剪切力以降低船體震動，以保證船舶在航行時能夠達到一定的航行能力。

2計算要點

壓載水系統(tǒng)的計算可以分為三部分，首先為海底門的確定，其次為壓載泵大小的確定，最后為系統(tǒng)管徑的確定.

2.1海底門濾網(wǎng)流通面積要求

以DNV-GLJuly2016（Part4Chapter6Section52.3.2）規(guī)范的要求為例，所有的海底門都要安裝濾網(wǎng)，并且濾網(wǎng)上面孔的總流通面積應(yīng)該至少大于2倍的海水進口閥門的流通面積。不同的規(guī)范對此流通面積的要求各不相同，其中ABSMarch2018（Part4Chapter6Section29.13.5）濾網(wǎng)孔的總流通面積應(yīng)至少大于1.5倍的海水進口閥門的流通面積。具體的流通面積應(yīng)因項目滿足規(guī)范的不同而查找相應(yīng)的規(guī)范，并滿足要求。

2.2壓載泵的選擇

（1）壓載泵類型的選擇。主壓載泵通常選用普通離心泵，也有的項目因泵的工況點過多會選用變頻泵，其中南通中遠船務(wù)設(shè)計建造的N829風(fēng)車安裝船的壓載泵因由三個工況點而選用了變頻泵，工況點1為正常打壓載水不經(jīng)過壓載水處理單元的時候，此時需水量為1500m3/h@2.5bar。工況點2為壓載水經(jīng)過壓載水處理單元的時候（壓載水處理單元的處理量為750m3/h），此時需水量為750m3/h@3.7bar。工況點3為系統(tǒng)掃艙的時候壓載泵會給掃艙的噴射泵作為驅(qū)動水，此時壓載泵的需水量為620m3/h@5bar。

對大型船舶及海工項目壓載系統(tǒng)除了主壓載泵外還會配備一臺或多臺掃艙泵，用來清除大排量的壓載泵不能吸出的殘留壓載水，通常此泵會選用噴射泵，噴射泵的驅(qū)動水來源因項目的不同而不同，大部分項目會選用壓載泵作為掃艙泵的驅(qū)動水，也會有項目會選用消防水作為掃艙泵的驅(qū)動水。掃艙泵如果技術(shù)規(guī)格書中沒有做額外的要求，其排量可以按照如下公式進行計算Q=K×壓載泵排量（m3/h），K通常取0.1-0.2。

（2）壓載泵排量及個數(shù)的確定。壓載泵的排量首先要滿足規(guī)范的要求，例如半潛式的平臺壓載系統(tǒng)的排量要滿足從操作水線到風(fēng)暴水線的排除時間要在3小時之內(nèi)，這個要求會對泵的大小選擇產(chǎn)生決定性的影響，Theballastsystemistoprovidethecapabilitytobringtheunitorinstallation，whileinanintactcondition，fromthemaximumnormaloperatingdraughttoaseverestormdraught，within3hours。（規(guī)范摘自DNVGL-OS-D101Part2Section33.1.2）南通中遠船務(wù)建造的N380圓筒形生活平臺當(dāng)時跟DNV澄清壓載水排出時間的時候，DNV也要求按照半潛式的3小時來進行計算泵的排量，所以遇到非常規(guī)形狀的海工項目時壓載泵排量的計算可以事先跟各船級社進行溝通，確定需要滿足的規(guī)范要求，然后進行計算。

壓載泵的排量在滿足規(guī)范要求的前提下還需要跟船東進行壓載水注排水時間的確定，不同的船東因船舶的工況和實際操作的不同，對注排水時間的要求也不一樣，有的船東要求為12小時，有的船東要求為24小時，具體以跟船東確定的時間

為準(zhǔn)。

泵的總排量=總壓載水量÷所需要的排水時間×1.25

（3）壓載泵壓頭的確定。壓載泵的壓頭跟管子的阻力損失，壓載水經(jīng)過壓載水處理單元的阻力損失及壓載水排弦外的高度有關(guān)系，確定泵的壓頭是否足夠需要將各部分的管子阻力損失加起來來確定，通常泵的壓頭不會超過5Bar。

2.3壓載管路的確定方法

（1）海底門與壓載水泵之間的管路尺寸。這部分管路分為兩部分，一部分為海底門聯(lián)通總管，其尺寸需要將此根管路上所有的取水用戶水量需水量之和加起來，然后計算系統(tǒng)的流速，海水系統(tǒng)的流速以項目規(guī)格書為準(zhǔn)，通常流速按照最大2m/s進行計算。

（2）壓載泵后的管路尺寸。壓載泵后的管路尺寸根據(jù)泵的流量進行計算，管子的流速根據(jù)實際項目規(guī)格書保持一致，如果規(guī)格書沒有界定系統(tǒng)流速，系統(tǒng)選用了碳鋼鍍鋅管，最大流速為3m/s，如果系統(tǒng)選用了玻璃鋼管，系統(tǒng)的最大流速可按照4m/s進行計算并提交系統(tǒng)流速給船東進行確認(rèn)。

因為離心泵的特性曲線的關(guān)系，所以泵的實際排量可能不是原先的預(yù)定值，此時需要對系統(tǒng)的管子進行阻力計算以確保泵的實際排量是符合要求的預(yù)定泵排量，此過程需要反復(fù)修正管子的尺寸以達到預(yù)先計算的泵排量.

3壓載水處理單元

壓載水處理單元的類型分為紫外線消毒形式，電解催化形式，膜分離法等形式，通常紫外線消毒形式因為其安全性和經(jīng)濟性更為常用。

南通中遠船務(wù)工程有限公司設(shè)計建造的N829項目為一艘5000噸海上風(fēng)電安裝船，該風(fēng)電安裝船滿足全球海域作業(yè)，入籍挪威船籍社，風(fēng)電安裝船按DP3級別要求裝備8臺的推進器，并具備DP2環(huán)網(wǎng)運行功能，每臺發(fā)電機由雙燃料的主機直接驅(qū)動，可進行柴油和燃氣兩種模式的互換。該類型的主機滿足IMOTierIII的要求，能滿足無限航區(qū)的要求。系統(tǒng)設(shè)計要求高，在壓載水系統(tǒng)上需要滿足BWM-T的要求，該項目采用了紫外線消毒形式的壓載水處理單元，該單元主要由濾器，反沖洗泵，UV，控制閥門儀表等組成（圖1示例了系統(tǒng)的內(nèi)部組成及原理）。其中反沖洗泵排出來的反沖洗水排舷外應(yīng)盡可能的單獨排放并遠離其它排舷外點，如果因特殊情況必須要跟壓載水拍弦外管路合并時需要放在圖3取樣點的下游。

上述僅為其中一種UV類型的壓載水處理單元，圖3示列了另外一種UV壓載水處理單元，以AlfaLaval廠家為例，該種類型的壓載水處理單元主要由濾器，濾器旁通管，反應(yīng)器，控制箱，流量計，溫度傳感器，壓力傳感器，控制箱等組成，該種類型較上述類少了出水管的增加泵，故在系統(tǒng)設(shè)計的時候要充分考慮各排出口的壓力大小是否滿足排出點所需壓力要求，除此之外此種類型的壓載水處理單元的安裝要求，設(shè)備檢修要求等都與上述有所區(qū)別，在設(shè)計的時候需要詳加注意并予以區(qū)分。

壓載水處理單元在系統(tǒng)設(shè)計的時候需要給出旁通管，以便在應(yīng)急情況下壓載水仍然能夠通過旁通管路進行注入和排出（圖2給出了旁通管路的示例）。壓載水從壓載艙吸入經(jīng)過壓載水泵及壓載水處理單元以后的排舷外水管路上要設(shè)有取樣點，取樣點的安裝位置應(yīng)盡可能的靠近排舷外的點，并遠離T字口（圖4示意了取樣點的安裝位置要求）。為了監(jiān)測系統(tǒng)打壓載水的水量，通常在壓載泵的后面會裝有流量計，以檢測系統(tǒng)打壓載水的水量是否跟壓載水的處理量相匹配，管路系統(tǒng)在進行流量計的布置時應(yīng)按照流量計的類型充分考慮流量計前后直管段要求，以保證流量計的監(jiān)測更加準(zhǔn)確。

壓載系統(tǒng)在任何工況下都不允許有沒經(jīng)過處理的壓載水進入壓載艙，排舷外或作為掃艙泵的驅(qū)動水，這一點在系統(tǒng)設(shè)計的時候需要多加注意.另外此系統(tǒng)通常會跟掃艙系統(tǒng)有所關(guān)聯(lián)，當(dāng)船舶處于壓載狀態(tài)和掃艙狀態(tài)所需要的開啟的閥門各不相同，為了能直觀方便的觀看各狀態(tài)的開啟閥門開啟關(guān)閉是否正確，可在系統(tǒng)圖內(nèi)將每種操作狀態(tài)相關(guān)的閥門開關(guān)情況進行羅列。

結(jié)語：壓載系統(tǒng)是船舶及海洋工程項目中最基本也是最重要的系統(tǒng)之一，此文所述僅為本人自工作以來在此系統(tǒng)設(shè)計中涉及的設(shè)計要點以及船東，船檢意見，后續(xù)系統(tǒng)設(shè)計時不應(yīng)局限于本文所述，更應(yīng)結(jié)合項目規(guī)格書，規(guī)范以及掛旗國的要求進行設(shè)計。

參考文獻：

[1] 船舶設(shè)計實用手冊（輪機分冊）

[2] WartsilaAQUARIUSUVInstallationinstructions

作者簡介：顏建軍（1975-），男，江蘇泗陽人，工程師，主要從事海洋工程平臺建造及研究方面工作。