川江化學品船的輪機設計分析

任成德

【摘 要】某公司委托我單位設計化學品船：從重慶運輸至上海（川江），要求運輸原油、苯酚、苯乙烯、汽油、柴油、航空煤油、乙醇等液態(tài)化學品。我作為輪機設計師，承擔了本船輪機設計工作。

【關鍵詞】川江；化學品船；輪機設計

中圖分類號： U674.133.2 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）17-0046-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.17.022

【Abstract】A Co.Ltd asked my team to design a chemical carrier：Transport from Chongqing to Shanghai in Chuan- jiang River holding Crude oil，Phenol，Phenylethylene，Petrol，Diesel oil，Jet fuel，Alcohol etc..As a mechanical designer， Im responsible for the carrier mechanical design.

【Key words】Chuanjiang River；Chemical carrier；Mechanical design

船舶主要參數：

總長：105m 垂線間長：101m

型深：5.80m 型寬：16.20m

吃水：4.50m 船員：12人

艙容：6036m3 排水量：6644T

到港卸貨時間：10h

1 航區(qū)特性

根據CCS規(guī)范，航行于川江（C級航區(qū)）的船舶，必須設置雙機雙槳，舵效滿足左右35°滿舵時間不超過12S，舵機油泵為2臺交流油泵、1臺應急直流油泵。

2 貨物的物理特性

汽油、柴油、航空煤油、乙醇、苯乙烯常溫下為液態(tài)；原油和苯酚常溫下會凝固，呈粘稠狀。

國內原油的熔點，根據產地不同而對應的熔點約有差別，一般熔點為30℃-50℃；而苯酚熔點約為43℃，故駁運原油和苯酚適宜的溫度大約在60℃左右。當溫度低于50℃時，駁運泵就不能處于良好的運轉狀態(tài)了。

3 設計難點

本船的設計難點在于：采取措施，確保液態(tài)原油或苯酚在運輸過程中保持相應溫度，具有足夠的流動性，能順利從船艙駁運到目的地的岸基儲存容器中。

4 主要輪機設計要點

4.1 主機組選型配套

通過機槳匹配計算，為保證航速18km/h的需要，配置主機功率約在2×520kw左右。

經過比選，最終選用可燃燒30#重油的山東淄博柴油機廠生產的6210ZLC-3機型。

4.2 燃油系統(tǒng)

（1）主機使用30#重油；

（2）在主機排氣管上設廢氣熱水鍋爐，用廢氣熱水鍋爐加熱后的熱水來加熱30#重油艙及重油日用油柜；

（3）在設計廢氣熱水鍋爐傳熱面積時，通過鍋爐廠家熱量計算，確保加熱后的30#重油能正常燃燒，即30#重油進機溫度在55℃左右；

（4）在重油艙及重油日用油柜均設置無縫鋼管式（熱傳遞效果不及磷黃銅管好，但材料成本較低、制作工藝相對簡單）加熱盤管。

4.3 液貨艙

（1）本船液貨艙僅在運輸原油或苯酚時需加熱到60℃左右。通過對船體結構進行熱力分析計算得知，液貨艙加熱到60℃時對船體結構強度的影響很小，可忽略。從提高裝載率考慮，本船液貨艙采用整體液貨艙。

（2）本船按后期維護方便的原則，設獨立透氣管+高速透氣閥方式。

4.4 液貨系統(tǒng)

4.4.1 保溫加熱系統(tǒng)

本船設燃油蒸汽鍋爐，在各液貨艙內設蛇形無縫鋼管式加熱盤管。蒸汽從鍋爐出來進入蒸汽總管，再分成多路進入各艙蛇形加熱盤管。蒸汽在液貨艙內釋放熱能后匯總至凝水總管，再回到燃油蒸汽鍋爐加熱成蒸汽，形成一個不斷循環(huán)的加熱系統(tǒng)，使液態(tài)原油或苯酚溫度在運輸途中保持在50℃-60℃之間。

4.4.2 駁運泵

（1）駁運泵選擇：螺桿泵具有無攪動、無脈沖、能平穩(wěn)地輸送各種介質，且由于泵體結構保證了泵的工作元件內始終存有泵送介質作為密封液體，因此，該泵有很強的自吸能力，且能汽液混輸，其輸送介質范圍廣，介質粘度可以從1～1500mm2/s，降低轉速，則粘度可達3×106mm2/s，其壓力范圍可達到4MPa，流量范圍可達到1～2000m3/h。

（2）本船根據液貨管路設置情況，經過流量和壓力計算后，選用黃工機械集團生產的—

駁運主泵：雙螺桿泵2HM7000-150*2臺（一用一備），流量650m3/h，壓力1.0MPa。

駁運掃艙泵：雙螺桿泵2HM800-60*1臺，流量40m3/h，壓力1.0MPa。

4.4.3 液貨管路系統(tǒng)

（1）本船裝載管系和卸載管系為獨立兩套系統(tǒng)。裝載系統(tǒng)總管設在主甲板上，各分艙設裝載支管和防沖板，裝載支管下端高于液貨艙最高液面，裝載支管內不會殘留液貨而堵塞管路；卸載系統(tǒng)設有總管，并連接設在各艙內的吸入支管，各支管安裝在每個液貨艙的吸液井內，各艙液貨通過吸入支管進入卸貨總管，再經過雙螺桿泵駁運到岸基儲存容器中。

（2）設膨脹節(jié)來補償液貨管路的伸縮變形。

（3）液貨管在卸載完成后，為防止化學品冷卻后堵塞液貨管道，必須對整個管系進行清掃，以保證系統(tǒng)的暢通。由于苯乙烯與空氣接觸會發(fā)生氧化反應，影響苯乙烯的質量，故本船采用壓縮氮氣作為掃線介質，在液貨管路系統(tǒng)中設高壓氮氣瓶組30瓶（50L/3MP），其容積滿足液貨艙封艙氮氣補充及液貨管的掃線需要。

4.5 泡沫滅火系統(tǒng)

4.5.1 甲板泡沫系統(tǒng)

泡沫溶液供給率，按《內危規(guī)》11.3.5

（1）按液貨艙甲板區(qū)域的面積計算，2L/min.m2：本船液貨艙區(qū)域在32#-186#位置，已知貨油艙甲板寬16.2m，肋距0.5m，

則q1=（186-32）×0.5×16.2×2=2494.8L/min

（2）按最大液貨艙水平截面積20L/min.m2計算：本船液貨艙最大水平截面積為51#-70#位置，艙寬6.9m，

則q1=（70-51）×0.5×6.9×20=1311L/min

（3）按《內危規(guī)》11.3.7最大泡沫炮保護的區(qū)域面積計算，10L/min.m2：本船泡沫炮最大保護區(qū)域的縱向長度為11.8m，液貨艙甲板寬16.2m，

則q1=11.8×16.2×10=1911.6L/min

取以上較大值，即取：泡沫溶液供給率q1≥ 2494.8L/min

4.5.2 泡沫柜容積計算

按《內危規(guī)》11.3.6規(guī)定，供應時間不小于30min

則Smin=q.s.t=0.03×2494.8×30=2245.32L

式中：q—泡沫溶液供給率（L/min）

s—加藥率（對合成泡沫濃縮液，通常取0.03）

t—施放泡沫時間（min）

考慮1.1倍系數后的泡沫液總量

則1.1Smin=1.1×2245.32=2469.85L

本船實配泡沫柜容積為V=2500L， 滿足要求。

4.5.3 泡沫炮選取

按每門泡沫炮所保護液貨艙甲板區(qū)域面積計算：擬選取PP32.C型泡沫炮，其流量：32L/S（1920L/min）

已知船寬16.2m，肋距0.50m，則每門泡沫炮能保護的最大縱向長度為：

1920/（16.2×10）=11.85m>11.8m，故所選泡沫炮滿足要求。

泡沫炮的數量：N=（186-32）×0.5/11.8=6.53門

本船實際在尾樓上甲板左右兩舷各設泡沫炮1門，共8門，其縱向布置間距為：11.8m。

PP32·C型泡沫炮，流量32L/s，射程40m，工作壓力0.6-0.8MPa，滿足要求。

4.5.4 泡沫泵選取

根據泡沫炮供給率，則泡沫泵的最小排量為

本船實配：泡沫泵CLH100-315B，流量117m3/h，揚程92m，電機功率45kw。

4.5.5 泡沫炮系統(tǒng)阻力計算

通過泡沫系統(tǒng)管路阻力計算，其泡沫炮進口壓頭為：h=H-H1=9.8064×92-242.81=658.8kpa=0.66MPa，其中H1=242.81kpa為系統(tǒng)管路阻力。

故泡沫泵滿足泡沫炮的使用要求。

4.5.6 泡沫比例混合器選型：

泡沫炮的流量為32L/s。實?。嚎諝馀菽壤旌掀鳎吞枺篜H48·C，混合液流量：16-48L/s，滿足要求。

5 結束語

該船出廠后，運行情況良好，特別是燃油系統(tǒng)、液貨艙保溫系統(tǒng)、液貨裝卸管路系統(tǒng)各項技術指標令船東滿意，運營成本低、裝載能力強、具有很強的市場競爭力。

【參考文獻】

[1]《鋼質內河船舶入級與建造規(guī)范》（2016）.

[2]《內河散裝運輸危險化學品船舶構造與設備規(guī)范》（2008）.

[3]《內河船舶法定檢驗技術規(guī)則》（2011）及其修改通報（2015、2016）.