雙燃料化學(xué)品船液貨系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)及安裝

芮曉松 汪朝暉

（中航鼎衡造船有限公司 揚(yáng)州225217）

引 言

化學(xué)品船的液貨系統(tǒng)，一般有兩種形式，即一艙一泵式和集中貨泵式。一艙一泵是每個(gè)液貨泵服務(wù)于一個(gè)液貨艙，每個(gè)液貨艙均可獨(dú)立裝載一種貨品，每個(gè)液貨泵配置單獨(dú)的超級(jí)掃艙管，保證液貨殘留滿(mǎn)足規(guī)范要求，營(yíng)運(yùn)靈活性大大提升，但初期投入較高，目前化學(xué)品船基本采用一艙一泵的布置。而集中貨泵式是通過(guò)同一液貨管路進(jìn)行液貨輸送，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，操作方便，但裝運(yùn)貨品單一，營(yíng)運(yùn)靈活性差，液貨殘留難以滿(mǎn)足規(guī)范要求，目前已逐漸被淘汰。［1］

16 300 t化學(xué)品船屬于G型貨艙可裝載滿(mǎn)足IMO-Ⅱ貨品要求的化學(xué)品船。該船采用兩艙一泵式液貨泵布置方案，同時(shí)裝卸7種不同貨物。每個(gè)液貨泵同時(shí)為兩個(gè)液貨艙分別進(jìn)行液貨輸送。在滿(mǎn)足船東對(duì)裝卸時(shí)間以及裝載液貨品種要求的情況下，該系統(tǒng)能保證液貨殘留量滿(mǎn)足規(guī)范小于75 L的要求。充分考慮了綠色環(huán)保和低成本消耗的設(shè)計(jì)理念，以達(dá)到并減少設(shè)備投入及滿(mǎn)足簡(jiǎn)化系統(tǒng)布置的要求。

1 兩艙一泵和一艙一泵的液貨系統(tǒng)分析

16 300 t化學(xué)品船是為北歐船東設(shè)計(jì)的雙燃料化學(xué)品船，在特定的航區(qū)運(yùn)營(yíng)。總長(zhǎng)147 m，型寬22 m，設(shè)計(jì)吃水8.7 m，設(shè)計(jì)和建造滿(mǎn)足BV船級(jí)社的規(guī)范和要求。液貨艙總?cè)萘繛?6 802.6 m3，主要包括2個(gè)污油艙，2個(gè)貨物泄放艙，14個(gè)獨(dú)立液貨艙，其中，液貨艙分為7組，每組分為左右舷各一個(gè)，每組液貨艙的容量均不相同，其中以第5組艙（左右艙）的容量最大，為2 967.6 m3。液貨艙分布見(jiàn)圖1。

圖1 液貨艙分布圖

液貨泵的排量取決于卸貨所需時(shí)間，化學(xué)品船的總卸貨時(shí)間一般為8~20 h，根據(jù)碼頭裝卸貨時(shí)間而定。本船根據(jù)船東實(shí)際操作要求，全船貨物的一次性排放時(shí)間為9 h，即所有液貨泵同時(shí)工作并通過(guò)各自總管卸貨的總時(shí)間為9 h。液貨泵的排量設(shè)計(jì)，必須保證所有液貨艙在規(guī)定時(shí)間內(nèi)卸載完畢。其中第1組液貨艙（827+821）與第5組液貨艙（1 482+1 480）的艙容差距最大，大約相差1 300 m3，理論上第1組液貨艙和第5組液貨艙的液貨泵應(yīng)該選擇不同型號(hào)，然而為保證船舶設(shè)備及其零部件的通用性，以及備件的采購(gòu)和后期的維護(hù)保養(yǎng)，在工程實(shí)際中通常會(huì)統(tǒng)一選取滿(mǎn)足最大液貨艙裝卸排量要求的液貨泵。［2］

隨著電機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，電動(dòng)液貨泵因系統(tǒng)簡(jiǎn)單、成本低廉、維修簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越被船東接受。本船液貨泵選用電動(dòng)泵。電動(dòng)泵的選型由排量、功率等主要參數(shù)確定。

1.1 兩艙一泵液貨泵的總排量計(jì)算

（1） 液貨泵的總排量按式（1）計(jì)算［3］：

式中： qvp 為液貨泵總排量，m3/h；Gw為裝卸貨油總質(zhì)量，t；T 為 要求總卸貨時(shí)間（包括掃艙），h；ρ∞為液貨油密度，ρ∞=1.025 t/m3；b1為貨油排出系數(shù)，b1=1.1；b2為考慮掃艙在內(nèi)的時(shí)間系數(shù)，b2=1.1~1.2。

以第5組艙艙容計(jì)算，艙容為2 962 m3，取有效艙容（95%）2 813.9 m3，設(shè)計(jì)總排放時(shí)間為9 h，液貨泵排出系數(shù)為1.1，液貨比重按海水為1.025，粘度為1.0 CST，設(shè)計(jì)總壓頭1.20 MPa?？紤]掃艙在內(nèi)的時(shí)間系數(shù)取1.2［4］。將數(shù)據(jù)代入式（1），得qvp = 413.5 m3/h 。根據(jù)貨泵實(shí)際規(guī)格，選取液貨泵的排量為 450 m3/h。

1.2 兩艙一泵液貨泵的功率計(jì)算

液貨泵的功率按式（2）計(jì)算：

式中：Nb為 軸功率，kW；Ne為 有效功率，kW；Q 為泵的流量，m3/s；H 為泵的壓頭，m；η 為泵的效率，一般為0.75~0.85；ρ 為貨油密度，kg/m3；g 為 重力加速度，N/kg。

取液貨泵的效率為0.79，代入數(shù)據(jù)求得：液貨泵的有效功率為147 kW，所需的軸功率約為194 kW。

1.3 兩艙一泵液貨泵的型號(hào)及基本參數(shù)

根據(jù)液貨泵的流量、揚(yáng)程和功率等參數(shù)可選取深井泵的型號(hào)為瓦錫蘭DW200/250-2-K，具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 液貨泵性能參數(shù)表

1.4 一艙一泵的型號(hào)及基本參數(shù)

液貨系統(tǒng)采用一艙一泵，其他條件不變，液貨艙單艙艙容取5號(hào)艙右1 482 m3，重新計(jì)算qvp =207.8 m3/h 。根據(jù)貨泵實(shí)際規(guī)格可選取液貨泵的型號(hào)為瓦錫蘭DW132/150-3-K，具體參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 液貨泵性能參數(shù)表

1.5 一艙一泵與兩艙一泵液貨系統(tǒng)比較

兩艙一泵與一艙一泵式液貨系統(tǒng)相比，液貨泵數(shù)量減少50%，單泵相對(duì)功率及排量增加，液貨泵的成本提高并不大。輸送系統(tǒng)減少50%的管子，甲板面管路布置更加簡(jiǎn)單。降低了船舶設(shè)計(jì)建造工作的難度。在滿(mǎn)足裝載要求的情況下，經(jīng)濟(jì)性更高，船舶的初步投資成本最小。

2 兩艙一泵的布置特點(diǎn)及工作方式

兩艙一泵液貨系統(tǒng)每組液貨艙安裝1臺(tái)液貨泵，泵體布置在右舷液貨艙內(nèi)，單組艙液貨系統(tǒng)圖參見(jiàn)圖2。

圖2 1號(hào)艙貨油系統(tǒng)圖

液貨泵采用左右兩個(gè)吸口的深井泵，吸入口布置在左右艙的吸油井內(nèi)，如圖3所示。以第1組液貨艙左舷艙為例，液貨排放時(shí)，所有閥組初始狀態(tài)均為關(guān)閉，打開(kāi)1號(hào)液貨泵左舷主吸入口蝶閥、液貨泵出口蝶閥以及橫跨管蝶閥，管道構(gòu)成通路后啟動(dòng)液貨泵將左舷貨油排出；當(dāng)艙內(nèi)大部分液貨排放完畢后，關(guān)閉主吸入口蝶閥和液貨泵出口蝶閥，打開(kāi)掃艙管路上的球閥，剩余液貨經(jīng)掃艙管止回閥從掃艙管線排放至橫跨管蝶閥的排放端，或者是經(jīng)掃艙管線直接排入污油艙。液貨裝載時(shí)，所有閥組初始狀態(tài)均為關(guān)閉，打開(kāi)橫跨管遙控蝶閥和貨油艙內(nèi)液貨主管上的支管蝶閥，液貨經(jīng)橫跨管和主排放管直接裝載至液貨艙內(nèi)。

圖3 實(shí)船液貨泵布置三維圖

化學(xué)品船的液貨殘留量是考核液貨系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功與否非常重要的指標(biāo)。MARPOL附則Ⅱ的基本原則是，貨品必須盡可能排放至無(wú)殘留液貨在貨艙內(nèi)，管路布置及系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要符合殘留量小于75 L的要求。兩艙一泵的液貨系統(tǒng)比一艙一泵減少一路液貨管，液貨管中的殘留量相比減少50%。系統(tǒng)在液貨泵末端增加一個(gè)吸油桶，通過(guò)吸油桶聯(lián)系位于左右兩個(gè)液貨艙的吸口，并在吸油桶中增加一套掃艙單元。系統(tǒng)通過(guò)正常液貨卸載后，掃艙單元將吸油桶內(nèi)抽成真空，打開(kāi)吸入管遙控閥將其吸入管內(nèi)的殘留液貨抽到吸油桶中，通過(guò)掃艙單元排出。兩艙一泵液貨系統(tǒng)有一路獨(dú)立的超級(jí)掃艙管路，并在管路末端設(shè)置一個(gè)可調(diào)整高度的掃艙吸口，初步掃艙完成后，超級(jí)掃艙系統(tǒng)開(kāi)始工作，將僅存在液貨管路吸口以下的殘留液貨排出艙內(nèi)。根據(jù)實(shí)船檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，單艙最大液貨殘留量小于10 L，遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)要求。

為保證系統(tǒng)正常，液貨泵、吸油桶和超級(jí)掃艙管的安裝顯得尤為重要。

3 液貨泵的安裝工藝

3.1 液貨泵的安裝條件

在船舶主體成型后開(kāi)始安裝，主體成型即是液貨泵所在的液貨艙室相鄰分段大合攏焊接/校正完畢，相應(yīng)分段中甲板上較大的設(shè)備擺放到位，周?chē)鸁o(wú)震動(dòng)性和敲打作業(yè)，無(wú)陽(yáng)光直射等條件。

3.2 貨泵安裝的前期主要安裝項(xiàng)目

吸油桶和中間支撐座吊裝進(jìn)艙并安放到位，液貨泵甲板基座安放到位，馬達(dá)基座安放到位。

3.3 對(duì) 中

液貨泵安裝前，需確保吸油桶的導(dǎo)環(huán)和液貨泵甲板基座法蘭對(duì)中。對(duì)中步驟如下：

（1）將吸油桶放于艙內(nèi)正確位置。

（2）將廠家提供的對(duì)中法蘭安放于液貨泵甲板基座上，激光器安裝于對(duì)中法蘭上。用激光器校準(zhǔn)液貨泵甲板基座，使其中心與導(dǎo)環(huán)中心在要求的范圍內(nèi)（見(jiàn)圖4）。測(cè)量并根據(jù)安裝圖調(diào)整液貨泵基座法蘭與艙底的距離。

圖4 液貨泵甲板基座校中示意圖

（3）將液貨泵基座點(diǎn)焊并對(duì)中檢查，液貨泵基座法蘭中心與導(dǎo)環(huán)中心允許的最大偏移為±10 mm，吸油桶需保證在每一側(cè)有最小10 mm的調(diào)整量。檢查安裝高度，如在要求范圍內(nèi)，可將貨泵基座滿(mǎn)焊，焊接時(shí)激光器不要移除，隨時(shí)檢查對(duì)中情況。

（4）檢查吸油桶與貨泵基座法蘭間的距離。如間距滿(mǎn)足液貨泵高度要求，可焊接吸油桶基座。

（5）精確對(duì)中前，需用塞尺檢查對(duì)中法蘭與貨泵基座法蘭的間隙，應(yīng)在0.4 mm內(nèi)。

3.4 液貨泵安裝

對(duì)中完成后，根據(jù)液貨泵甲板基座位置，將液貨泵吊裝到位，并固定完成。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文以16 300 t化學(xué)品船液貨系統(tǒng)為研究對(duì)象，進(jìn)行液貨泵系統(tǒng)選型的設(shè)計(jì)計(jì)算。闡述了兩艙一泵的布置特點(diǎn)和安裝工藝。兩艙一泵液貨系統(tǒng)通過(guò)減少液貨主管路，在液貨泵末端增加一個(gè)吸油桶和布置一路獨(dú)立的超級(jí)掃艙系統(tǒng)等手段，使掃艙后液貨殘留量小于10 L。通過(guò)對(duì)化學(xué)品船的兩種液貨系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比和研究，在滿(mǎn)足船東裝卸時(shí)間要求的情況下，兩艙一泵系統(tǒng)簡(jiǎn)化了甲板及液艙艙內(nèi)管路布置，降低了建造成本；并可為同船型的液貨系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。