川江化學(xué)品船的輪機(jī)設(shè)計(jì)分析

任成德

【摘 要】某公司委托我單位設(shè)計(jì)化學(xué)品船：從重慶運(yùn)輸至上海（川江），要求運(yùn)輸原油、苯酚、苯乙烯、汽油、柴油、航空煤油、乙醇等液態(tài)化學(xué)品。我作為輪機(jī)設(shè)計(jì)師，承擔(dān)了本船輪機(jī)設(shè)計(jì)工作。

【關(guān)鍵詞】川江；化學(xué)品船；輪機(jī)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)： U674.133.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 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(shù)：

總長(zhǎng)：105m 垂線間長(zhǎng)：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(shí)間：10h

1 航區(qū)特性

根據(jù)CCS規(guī)范，航行于川江（C級(jí)航區(qū)）的船舶，必須設(shè)置雙機(jī)雙槳，舵效滿(mǎn)足左右35°滿(mǎn)舵時(shí)間不超過(guò)12S，舵機(jī)油泵為2臺(tái)交流油泵、1臺(tái)應(yīng)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(huì)凝固，呈粘稠狀。

國(guó)內(nèi)原油的熔點(diǎn)，根據(jù)產(chǎn)地不同而對(duì)應(yīng)的熔點(diǎn)約有差別，一般熔點(diǎn)為30℃-50℃；而苯酚熔點(diǎn)約為43℃，故駁運(yùn)原油和苯酚適宜的溫度大約在60℃左右。當(dāng)溫度低于50℃時(shí)，駁運(yùn)泵就不能處于良好的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)了。

3 設(shè)計(jì)難點(diǎn)

本船的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于：采取措施，確保液態(tài)原油或苯酚在運(yùn)輸過(guò)程中保持相應(yīng)溫度，具有足夠的流動(dòng)性，能順利從船艙駁運(yùn)到目的地的岸基儲(chǔ)存容器中。

4 主要輪機(jī)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 主機(jī)組選型配套

通過(guò)機(jī)槳匹配計(jì)算，為保證航速18km/h的需要，配置主機(jī)功率約在2×520kw左右。

經(jīng)過(guò)比選，最終選用可燃燒30#重油的山東淄博柴油機(jī)廠生產(chǎn)的6210ZLC-3機(jī)型。

4.2 燃油系統(tǒng)

（1）主機(jī)使用30#重油；

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

（3）在設(shè)計(jì)廢氣熱水鍋爐傳熱面積時(shí)，通過(guò)鍋爐廠家熱量計(jì)算，確保加熱后的30#重油能正常燃燒，即30#重油進(jìn)機(jī)溫度在55℃左右；

（4）在重油艙及重油日用油柜均設(shè)置無(wú)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(duì)簡(jiǎn)單）加熱盤(pán)管。

4.3 液貨艙

（1）本船液貨艙僅在運(yùn)輸原油或苯酚時(shí)需加熱到60℃左右。通過(guò)對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱力分析計(jì)算得知，液貨艙加熱到60℃時(shí)對(duì)船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(hù)方便的原則，設(shè)獨(dú)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(shè)燃油蒸汽鍋爐，在各液貨艙內(nèi)設(shè)蛇形無(wú)縫鋼管式加熱盤(pán)管。蒸汽從鍋爐出來(lái)進(jìn)入蒸汽總管，再分成多路進(jìn)入各艙蛇形加熱盤(pán)管。蒸汽在液貨艙內(nèi)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(gè)不斷循環(huán)的加熱系統(tǒng)，使液態(tài)原油或苯酚溫度在運(yùn)輸途中保持在50℃-60℃之間。

4.4.2 駁運(yùn)泵

（1）駁運(yùn)泵選擇：螺桿泵具有無(wú)攪動(dòng)、無(wú)脈沖、能平穩(wěn)地輸送各種介質(zhì)，且由于泵體結(jié)構(gòu)保證了泵的工作元件內(nèi)始終存有泵送介質(zhì)作為密封液體，因此，該泵有很強(qiáng)的自吸能力，且能汽液混輸，其輸送介質(zhì)范圍廣，介質(zhì)粘度可以從1～1500mm2/s，降低轉(zhuǎn)速，則粘度可達(dá)3×106mm2/s，其壓力范圍可達(dá)到4MPa，流量范圍可達(dá)到1～2000m3/h。

（2）本船根據(jù)液貨管路設(shè)置情況，經(jīng)過(guò)流量和壓力計(jì)算后，選用黃工機(jī)械集團(tuán)生產(chǎn)的—

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

駁運(yùn)掃艙泵：雙螺桿泵2HM800-60*1臺(tái)，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(dú)立兩套系統(tǒng)。裝載系統(tǒng)總管設(shè)在主甲板上，各分艙設(shè)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(nèi)不會(huì)殘留液貨而堵塞管路；卸載系統(tǒng)設(shè)有總管，并連接設(shè)在各艙內(nèi)的吸入支管，各支管安裝在每個(gè)液貨艙的吸液井內(nèi)，各艙液貨通過(guò)吸入支管進(jìn)入卸貨總管，再經(jīng)過(guò)雙螺桿泵駁運(yùn)到岸基儲(chǔ)存容器中。

（2）設(shè)膨脹節(jié)來(lái)補(bǔ)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(xué)品冷卻后堵塞液貨管道，必須對(duì)整個(gè)管系進(jìn)行清掃，以保證系統(tǒng)的暢通。由于苯乙烯與空氣接觸會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，影響苯乙烯的質(zhì)量，故本船采用壓縮氮?dú)庾鳛閽呔€介質(zhì)，在液貨管路系統(tǒng)中設(shè)高壓氮?dú)馄拷M30瓶（50L/3MP），其容積滿(mǎn)足液貨艙封艙氮?dú)庋a(bǔ)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(nèi)危規(guī)》11.3.5

（1）按液貨艙甲板區(qū)域的面積計(jì)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(jì)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(nèi)危規(guī)》11.3.7最大泡沫炮保護(hù)的區(qū)域面積計(jì)算，10L/min.m2：本船泡沫炮最大保護(hù)區(qū)域的縱向長(zhǎng)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?。号菽芤汗┙o率q1≥ 2494.8L/min

4.5.2 泡沫柜容積計(jì)算

按《內(nèi)危規(guī)》11.3.6規(guī)定，供應(yīng)時(shí)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(duì)合成泡沫濃縮液，通常取0.03）

t—施放泡沫時(shí)間（min）

考慮1.1倍系數(shù)后的泡沫液總量

則1.1Smin=1.1×2245.32=2469.85L

本船實(shí)配泡沫柜容積為V=2500L， 滿(mǎn)足要求。

4.5.3 泡沫炮選取

按每門(mén)泡沫炮所保護(hù)液貨艙甲板區(qū)域面積計(jì)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(mén)泡沫炮能保護(hù)的最大縱向長(zhǎng)度為：

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

泡沫炮的數(shù)量：N=（186-32）×0.5/11.8=6.53門(mén)

本船實(shí)際在尾樓上甲板左右兩舷各設(shè)泡沫炮1門(mén)，共8門(mén)，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(mǎn)足要求。

4.5.4 泡沫泵選取

根據(jù)泡沫炮供給率，則泡沫泵的最小排量為

本船實(shí)配：泡沫泵CLH100-315B，流量117m3/h，揚(yáng)程92m，電機(jī)功率45kw。

4.5.5 泡沫炮系統(tǒng)阻力計(jì)算

通過(guò)泡沫系統(tǒng)管路阻力計(jì)算，其泡沫炮進(jìn)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(mǎn)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(shí)取：空氣泡沫比例混合器，型號(hào)：PH48·C，混合液流量：16-48L/s，滿(mǎn)足要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

該船出廠后，運(yùn)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(xiàng)技術(shù)指標(biāo)令船東滿(mǎn)意，運(yùn)營(yíng)成本低、裝載能力強(qiáng)、具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

【參考文獻(xiàn)】

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