1700TEU 集裝箱船輔助系統(tǒng)管系設(shè)計(jì)

孫成琪，李凱

（廣東海洋大學(xué) 航海學(xué)院輪機(jī)系，廣東 湛江 524025）

1700TEU 集裝箱船由我國自主設(shè)計(jì)研發(fā)，船舶動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì)主要包括機(jī)艙中主要設(shè)備的選型及布置，四大動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以及輔助管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，每個(gè)系統(tǒng)和設(shè)備都要通過計(jì)算合理來確定其型號(hào)，這是保證船舶安全航行，防止造成海洋環(huán)境污染的重要基礎(chǔ)。船舶的輔助管路系統(tǒng)主要包括壓載水管路系統(tǒng)、艙底水管路系統(tǒng)和消防水管路系統(tǒng)。壓載水管路系統(tǒng)是配合船舶貨物積載的重要系統(tǒng)，用來調(diào)節(jié)船舶的吃水、縱傾及橫傾，壓載水管路系統(tǒng)中設(shè)備配置是否合理直接影響著貨物的裝卸效率；艙底水管路系統(tǒng)用來處理機(jī)艙及貨艙累積的污水，機(jī)艙中污水累積過多會(huì)影響到機(jī)艙的安全，貨艙污水累積過多會(huì)影響到貨物的裝載，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響到船舶的穩(wěn)定性；消防水系統(tǒng)用來撲滅火災(zāi)，由于用水來撲滅火災(zāi)，因此，滅火的水就要有足夠的揚(yáng)程，對(duì)消防泵提出了具體的要求。本文針對(duì)以上3 個(gè)管路系統(tǒng)的具體特點(diǎn)，依據(jù)公式結(jié)合實(shí)際情況通過計(jì)算給出壓載泵的排量和排出壓力、艙底水泵的排量和排出壓力與消防泵的排量和排出壓力，并對(duì)各自管路的直徑進(jìn)行了計(jì)算，給出了相應(yīng)的型號(hào)。

1 壓載水管系的設(shè)計(jì)與分析

壓載水管路系統(tǒng)用來調(diào)節(jié)船舶的吃水、縱傾及橫傾。一般選擇雙層底和頂邊艙作為壓載艙，艏艉尖艙也經(jīng)常作為壓載艙。本船1700TEU 的集裝箱船一共有18 個(gè)艙室作為壓載艙，總壓載水量為6800m3。

海水從海底閥進(jìn)入海水總管，壓載泵把海水總管中的海水打入各個(gè)壓載艙，各個(gè)壓載艙可通過液壓遙控蝶閥進(jìn)行開關(guān)，同時(shí)壓載泵也可以把各個(gè)壓載艙中的海水打出到舷外。

1.1 壓載泵的排量和排出壓力

壓載泵一般設(shè)置2 臺(tái)，選用葉輪式的離心泵作為壓載泵，壓載泵的排量按式（1）計(jì)算，如下：

通過以上分析本船總壓水量為6800m3，根據(jù)本集裝箱船的裝貨特點(diǎn)，排水時(shí)間選擇13h，帶入式（1）得到壓載泵總排量為654m3/h，因此，每臺(tái)泵的排水量至少為330m3/h，查離心泵的流量-揚(yáng)程曲線得到泵的揚(yáng)程為0.22MPa。當(dāng)壓載艙中的水很少，而低于壓載水管路進(jìn)口管徑時(shí)，由于離心泵沒有自吸能力，將會(huì)出現(xiàn)排水困難的現(xiàn)象，因此壓載水系統(tǒng)中必須配備掃艙泵，以把壓載艙中殘余的水盡快排到舷外。

掃艙泵排量的計(jì)算公式如下：

式中：qs為掃艙泵的排量（m3/h）；K 為比例系數(shù)；qv為壓載泵的排量（m3/h）。前面已經(jīng)算出qv為330m3/h，通常K 取0.1 ～0.2，這里取0.18，則掃艙泵qs為60m3/h。

1.2 壓載水管路口徑的計(jì)算

一般壓載水管路選用鋼管，如果管內(nèi)海水流速過快會(huì)對(duì)鋼管造成腐蝕問題。經(jīng)過分析測(cè)試，為避免腐蝕吸入和排出管路內(nèi)，海水流速不得大于3m/s。而采用玻璃鋼管（GRP）管路，流速可采用2 ～4m/s。

管徑的計(jì)算一般按照式（3）計(jì)算：

式中：di為管子內(nèi)徑，m；qv為體積流量，m3/h；v 為流體流速，m/s。依據(jù)經(jīng)驗(yàn)取海水流速為2.2m/s，并帶入式（3），計(jì)算得到壓載水總管內(nèi)徑為235mm，壁厚選擇7mm。

1.3 壓載水管路管材和附件

航行在大海上的船舶壓載水一般都是海水，而海水具有腐蝕性，為了防止管路腐蝕，管子材料的選擇就顯得尤為重要。碳鋼不耐腐蝕，價(jià)格便宜，鍍鋅鋼管耐海水腐蝕性能相比碳鋼有所改善，但價(jià)格稍貴，玻璃鋼管耐腐蝕性能最好，壓頭損失最小。綜合以上考慮，貨艙段的壓載水管路選擇玻璃鋼管，機(jī)艙段的壓載水管路選擇碳鋼。

壓載水管路口徑很大，因此，管路上的閥門不適合使用價(jià)格昂貴的青銅，一般選用性價(jià)比高的球墨鑄鐵作為閥門。

開關(guān)每一個(gè)壓載艙的閥門類型都選用液壓遙控蝶閥，使用液壓遙控蝶閥閥組控制各個(gè)壓載艙是當(dāng)前非常成熟的技術(shù)。

2 艙底水管系的設(shè)計(jì)與分析

艙底水是一般船舶正常營運(yùn)中的必然產(chǎn)物，所以在船舶中設(shè)置了艙底水系統(tǒng)，主要用來排出艙底積水，以及在船體破損時(shí)的大量進(jìn)水，以保證船舶安全正常航行。艙底水管路系統(tǒng)分為機(jī)艙和貨艙兩部分。

2.1 艙底水泵的排量

艙底水主要作用時(shí)用來抽吸貨艙和機(jī)艙的艙底污水，同時(shí)，當(dāng)船舶的消防泵啟動(dòng)不了時(shí)，艙底水泵要能夠替代消防泵的功能，因此，對(duì)其排量和揚(yáng)程也做了相應(yīng)的要求。按要求艙底水泵的排量按照如下公式計(jì)算：

式中：Q 為艙底水泵排量，m/h；為總管內(nèi)徑，mm；帶入式（4）得到艙底水泵的排量Q=170m3/h。

2.2 艙底水管路口徑的設(shè)計(jì)

本船艙底水總管的內(nèi)徑按如下公式計(jì)算：

式中：d1為總管內(nèi)徑，mm；L 為船長，m；B 為型寬，m；D 為型深，m。計(jì)算得到的直徑是艙底水總管的最小值。機(jī)艙和貨艙中艙底水的支管直徑計(jì)算公式如下：

式 中：d2為 支 管 內(nèi) 徑，mm；l 為 艙 室 長 度，m；l=24.65m；B 為型寬，m；D 為型深，m。由于船長L=189m，型寬B=27.4m，型深D=14.3m。公式計(jì)算的結(jié)果也是管徑的最小值。通過計(jì)算得到艙底水總管內(nèi)徑174mm，艙底水支管內(nèi)徑為94mm，壁厚分別選擇6mm 和4mm。

2.3 艙底水的處理

為了清潔海洋，根據(jù)國際公約的要求艙底污水是不能直接排放入海的，必須要經(jīng)過油水分離器處理，處理后污水中的含油量必須要小于15ppm，方可排放入海，如果處理后含油量依然大于15ppm，那么，含油污水要回流至艙底污水柜，等待重新處理。

3 消防水管系的設(shè)計(jì)與分析

各種海難事故中，火災(zāi)的危害是最大的，因此，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，利用船上現(xiàn)有條件第一時(shí)間把火災(zāi)撲滅就顯得尤為重要。用來滅火的水必須要有足夠的揚(yáng)程和流量，因此，這就對(duì)消防泵以及消防管路的選擇提出要求，以下針對(duì)消防泵和消防管路的選型進(jìn)行計(jì)算。

3.1 消防泵的選型

不同于壓載泵，消防泵主要用來滅火，根據(jù)船級(jí)社的要求船用消防泵揚(yáng)程不能小于40m，消防泵排量要遠(yuǎn)小于壓載泵，但最小不能小于艙底水泵的排量。本船計(jì)算得到艙底水泵的排量為170m3/h，因此，本船消防泵排量170m3/h，揚(yáng)程為40m。

3.2 消防水管路口徑的計(jì)算

消防總管的內(nèi)徑根據(jù)以下公式計(jì)算：

式中：L 為船舶垂線間長，m；本船垂線間長L=176m，則d=172mm。對(duì)于貨船d 不超過125mm，但任何情況下應(yīng)不小于50mm。通過以上分析消防管內(nèi)徑應(yīng)為125mm，壁厚為5mm。

4 結(jié)語

本文主要目的在于優(yōu)化集裝箱船舶管系的設(shè)計(jì)、加快船舶管系設(shè)計(jì)的進(jìn)度、加深船舶管系設(shè)計(jì)的程度和降低船舶管系的建造成本。獲得最適合船舶安全航行且能降低造船成本的管系設(shè)計(jì)方案，加快生產(chǎn)，提高造船效率，為企業(yè)創(chuàng)造更多的效益。本文主要結(jié)論如下。

（1）計(jì)算得到壓載水泵排量為330m3/h，排出壓力為0.22MPa，掃艙泵排量為60m3/h。壓載水總管內(nèi)徑為235mm，壁厚為7mm。閥門采用球墨鑄鐵材料的液壓蝶閥。

（2）計(jì)算得到艙底水泵的排量為170m3/h，總管內(nèi)徑174mm，機(jī)艙艙底水支管內(nèi)徑94mm。

（3）消防泵的排量為170m3/h，揚(yáng)程40m。消防總管內(nèi)徑為125mm。