33000t化學(xué)品船液貨二次加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

曹 云

（新世紀(jì)船舶設(shè)計(jì)研發(fā)（上海）有限公司，上海 201203）

0 引 言

33000t雙相不銹鋼化學(xué)品船可用來(lái)裝載《散裝運(yùn)輸危險(xiǎn)化學(xué)品船舶構(gòu)造與設(shè)備規(guī)范》[1]第十七章中規(guī)定的三百多種貨品（覆蓋了大部分適載的化學(xué)品）。該船共有28個(gè)雙相不銹鋼結(jié)構(gòu)液貨艙，其中2個(gè)兼做污油水艙。該船可同時(shí)裝載28種貨品，所有貨艙均可由二次熱水加熱系統(tǒng)加熱，艉部8個(gè)貨艙還可由二次熱油系統(tǒng)加熱。

與普通化學(xué)品船貨艙由蒸汽直接一次加熱相比，二次加熱系統(tǒng)加熱后液貨表面溫度較低，因此可裝載酚、苯等對(duì)溫度控制要求較高的貨品；另外，有些劇毒或危險(xiǎn)性較高的貨品必須由二次熱油加熱系統(tǒng)加熱，如二苯甲烷二異氰酸酯、硫酸、氯磺酸、異丙氰醇和甲苯二異氰酸酯等。這些貨品不僅對(duì)運(yùn)輸?shù)囊筝^高，而且運(yùn)價(jià)相對(duì)較高，能運(yùn)輸此類(lèi)貨品是該 33000t雙相不銹鋼化學(xué)品船的優(yōu)勢(shì)所在，利于船東在各碼頭間選擇所要運(yùn)輸?shù)呢浧贰?/p>

本文主要對(duì)化學(xué)品船液貨艙的加熱特點(diǎn)、液貨二次加熱與普通蒸汽直接貨艙加熱的對(duì)比和該33000t化學(xué)品船的二次加熱設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行介紹。

1 概 述

1.1 化學(xué)品船液貨艙加熱的特點(diǎn)

與普通油船相比，化學(xué)品船裝載的貨品種類(lèi)繁多且復(fù)雜，有些貨品具有易燃性、易爆性、易反應(yīng)性、凝結(jié)性、腐蝕性、有毒性和放射性等，不僅容易對(duì)人體和環(huán)境造成損害，而且容易造成財(cái)產(chǎn)損失。因此，在港口裝卸貨過(guò)程中和航行過(guò)程中均要注意安全，特別要注意某些特殊貨品的加熱（保溫）特性。

化學(xué)品船的液貨艙加熱需考慮以下特點(diǎn)：

1) 液貨艙加熱溫度應(yīng)控制在允許的范圍內(nèi)，且有些貨品的加熱速度不能太快，如食用油的 24h溫升應(yīng)為3～5K；

2) 在對(duì)某些液貨進(jìn)行加熱時(shí)，液貨表面的溫度不能過(guò)高，以免因局部過(guò)熱而使液貨發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或引發(fā)結(jié)焦、變質(zhì)等貨損或危險(xiǎn)；

3) 要對(duì)液貨艙進(jìn)行溫度控制，一般在液貨艙內(nèi)的不同高度處布置2～3個(gè)帶高溫報(bào)警的溫度傳感器，用以檢測(cè)各部位的溫度；

4) 有些貨品不能與水或蒸汽接觸，需采用熱油作為加熱介質(zhì)，通常選用一次熱油或二次熱油加熱系統(tǒng)[2]。

1.2 化學(xué)品船液貨艙的加熱介質(zhì)

化學(xué)品船要求加熱介質(zhì)與被加熱液貨有化學(xué)相容性，并與液貨的加熱溫度相匹配。同時(shí)，要避免有毒物質(zhì)進(jìn)入機(jī)艙。加熱介質(zhì)通常為飽和蒸汽、熱煤油、熱水和乙二醇等。

1.3 液貨艙的加熱方式

化學(xué)品船液貨艙加熱系統(tǒng)通常采用甲板上加熱器循環(huán)加熱和液貨艙內(nèi)加熱盤(pán)管加熱2種方式[3]。

1) 甲板上加熱器循環(huán)加熱是將液貨艙內(nèi)的貨物泵出至加熱器加熱，之后通過(guò)注入管將加熱后的貨物注入液貨艙。這種加熱方式比較安全、方便，且貨艙內(nèi)無(wú)加熱盤(pán)管，對(duì)提高洗艙效果有利。缺點(diǎn)是加熱時(shí)需啟動(dòng)貨油泵進(jìn)行循環(huán)加熱，經(jīng)濟(jì)性較差。

2) 液貨艙內(nèi)加熱盤(pán)管加熱可分為一次循環(huán)加熱和二次循環(huán)加熱，其中：一次循環(huán)加熱需布置帶取樣裝置的凝水觀察柜，以免有毒物質(zhì)進(jìn)入機(jī)艙，加熱介質(zhì)主要是蒸汽或熱油；二次循環(huán)加熱的初級(jí)加熱裝置布置在機(jī)艙內(nèi)，二次加熱裝置和循環(huán)泵設(shè)置在液貨甲板區(qū)域房間內(nèi)，初級(jí)加熱介質(zhì)通過(guò)熱交換器將熱量傳遞給二次加熱介質(zhì)，主要變換形式有蒸汽-熱油、蒸汽-乙二醇與水、熱油-熱油和熱油-乙二醇與水。

2 液貨加熱系統(tǒng)

2.1 液貨加熱方式選擇

33000t雙相不銹鋼化學(xué)品船是各項(xiàng)配置均較高的全球無(wú)限航區(qū)的I/II類(lèi)化學(xué)品船，可裝載的化學(xué)品達(dá)三百多種，其液貨加熱系統(tǒng)的選擇特別重要。各種加熱介質(zhì)和加熱方式的比較見(jiàn)表1。

表1 各種加熱介質(zhì)和加熱方式的比較

通過(guò)與船東進(jìn)行多次討論，考慮到該船主要往來(lái)于歐洲各港口，航程短，單船裝載的貨品種類(lèi)多，且

大部分貨品具有毒性，不能采用一次蒸汽直接加熱的方式加熱；此外，有些貨物不能與水或蒸汽接觸，必須采用熱油加熱，但貨物總量不是很大。最終從安全性和經(jīng)濟(jì)性的角度綜合考慮，采用以下2種二次加熱系統(tǒng)：

1) 第1種是全船28個(gè)液貨艙均采用蒸汽-熱水加熱系統(tǒng)加熱，二次加熱介質(zhì)為淡水，成本較低，能滿足大部分貨品的要求；

2) 第2種是最艉部8個(gè)液貨艙采用蒸汽-熱油加熱系統(tǒng)加熱，二次加熱介質(zhì)為礦物油，成本較高，但能滿足特殊貨品的要求。

雖然整個(gè)液貨二次加熱系統(tǒng)前期投入成本較高，但可裝載的貨品種類(lèi)多，方便船東在各港口間選擇更多種類(lèi)的貨品，回報(bào)率相對(duì)較高。

液貨艙的加熱條件為：海水溫度5℃，大氣溫度2℃，貨物保溫80℃，按普通成品油加熱能力計(jì)算，從44℃加熱到75℃需96h。熱水/熱油進(jìn)艙溫度為140℃，出艙溫度為110℃。根據(jù)液貨艙各面積的散熱和整個(gè)液貨艙的加熱計(jì)算出各液貨艙的加熱盤(pán)管盤(pán)面比約為0.03m2/m3，整個(gè)液貨艙的加熱量為11500kW/h，最艉部8個(gè)液貨艙的加熱量約為2400kW/h[4]。

機(jī)艙內(nèi)設(shè)有2臺(tái)給水量各為10t的立式水管式蒸汽鍋爐，作為液貨加熱系統(tǒng)的一次循環(huán)加熱系統(tǒng)。保溫時(shí)使用1臺(tái)鍋爐，加熱時(shí)使用2臺(tái)鍋爐。

2.2 二次熱水加熱系統(tǒng)

該船的液貨艙均可由二次熱水加熱系統(tǒng)加熱，該系統(tǒng)主要包含2個(gè)管殼式熱交換器（蒸汽-熱水，換熱量各為60%的全船液貨加熱能力）和2臺(tái)熱水循環(huán)泵（其中一臺(tái)備用）；另外，還有膨脹柜、給水泵、閥附件和控制元器件等，主要設(shè)備布置在貨艙區(qū)甲板上單獨(dú)的加熱室內(nèi)，該房間配備有通風(fēng)量為20次/h的通風(fēng)防爆抽風(fēng)機(jī)[5]。

考慮到整個(gè)加熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，熱水主管采用普通熱浸鋅無(wú)縫碳鋼管，法蘭連接。為了減少管路熱損失，甲板主管路和室內(nèi)管路包覆防水型絕緣。各液貨艙內(nèi)的加熱盤(pán)管采用50mm通徑316L無(wú)縫不銹鋼管，含鉬量大于2.7%，材質(zhì)與液貨管一致，具有很好的耐酸堿性，能確保加熱系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間安全運(yùn)行。由于從熱水主管接至加熱盤(pán)管的各路支管是布置在露天甲板的，需具有較好的耐海水腐蝕性，故選擇成本較高的雙相不銹鋼管路，這樣能在海洋環(huán)境下使用多年。

二次加熱的主回管路布置在貨艙區(qū)步橋兩側(cè)，以適當(dāng)間距布置膨脹彎，各液貨艙加熱盤(pán)管的手動(dòng)截止閥布置在步橋兩側(cè)的膨脹彎內(nèi)，方便船員操作。另外，各控制閥后配有隔斷盲通法蘭和吹氣軟管閥，當(dāng)液貨無(wú)須加熱或不能與水接觸時(shí)，可將加熱盤(pán)管內(nèi)的加熱介質(zhì)（水）吹出艙外。

2.3 二次熱油加熱系統(tǒng)

該船最艉部的8個(gè)液貨艙可由二次熱油加熱系統(tǒng)加熱，主要包括2臺(tái)管殼式熱交換器（蒸汽-熱油，換熱量各為60%的最后8個(gè)艙的液貨加熱能力）和2臺(tái)熱油循環(huán)泵（其中一臺(tái)備用）；另外，還有膨脹柜、泄放柜、閥附件和控制元器件等設(shè)備。該二次熱油加熱系統(tǒng)與熱水二次加熱系統(tǒng)布置在同一間加熱室內(nèi)。

熱油主管為無(wú)縫碳鋼管酸洗，法蘭連接，包覆防水型絕緣。其余加熱盤(pán)管和支管的材質(zhì)與熱水二次加熱系統(tǒng)一致。管路的設(shè)計(jì)和布置思路也與熱水二次加熱系統(tǒng)一致。

最艉部8個(gè)液貨艙既可用二次熱水加熱系統(tǒng)加熱，又可用二次熱油加熱系統(tǒng)加熱。二次熱油加熱系統(tǒng)和二次熱水加熱系統(tǒng)示意見(jiàn)圖1，通過(guò)隔斷相應(yīng)盲板法蘭及截止閥、切換各進(jìn)出艙支管和吹除加熱盤(pán)管內(nèi)的加熱介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同方式的加熱。圖2為熱水/熱油主管和各控制閥、盲通法蘭、吹氣軟管閥等布置的節(jié)點(diǎn)圖。

圖1 二次熱油加熱系統(tǒng)和熱水加熱系統(tǒng)示意

圖2 二次熱水/熱油主管和各控制閥、盲通法蘭、吹氣軟管閥等布置的節(jié)點(diǎn)圖

3 結(jié) 語(yǔ)

化學(xué)品船加熱系統(tǒng)對(duì)可裝載的貨物清單有很大影響，在初始選型時(shí)要綜合考慮其經(jīng)濟(jì)性和安全性，結(jié)合貨艙的大小和船東的主要運(yùn)輸貨品清單，對(duì)各要素進(jìn)行評(píng)估，選擇適宜的加熱系統(tǒng)。

本文對(duì) 33000t雙相不銹鋼化學(xué)品船的二次加熱系統(tǒng)和普通化學(xué)品船采用的加熱方式進(jìn)行比較，介紹了二次加熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可供化學(xué)品船設(shè)計(jì)者選擇液貨加熱系統(tǒng)或設(shè)計(jì)加熱系統(tǒng)參考。