硫磺船改造液貨管路設(shè)計

劉兆丹，陳建梅，苗 洋，楊 薇

(天津新港船舶重工有限責(zé)任公司，天津 300457)

2017年春，我公司修船廠承接了一項化學(xué)品船改造項目。該船技術(shù)參數(shù)如下：船長99.00 m，型寬14.80 m，型深7.30 m，吃水6.20 m。

現(xiàn)將該油船改為成品液態(tài)硫磺運輸船，硫磺運輸船屬于三類化學(xué)品船，硫磺閃點>60 ℃，最大運輸密度≤1.8 t/m3，最大加熱溫度≤150 ℃。原船為雙殼雙底、單機、單槳、單舵的油船，硫磺船改造是將貨艙區(qū)域的老管路拆除，將原船的油艙改為5個獨立的大艙，內(nèi)裝有5個獨立的硫磺罐體，罐體內(nèi)的中縱垂直艙壁將每個罐體分為2個液貨艙(左右艙靠聯(lián)通閥聯(lián)通)，一共10個液貨艙。貨艙區(qū)域的所有管路重新敷設(shè)，對于液貨管路的設(shè)計，我們邊探索邊研究，最終找出合理的方案。

1 改造技術(shù)方針

1)硫磺船的硫磺罐是活動式的，這樣一方面可以方便罐體外部絕緣保溫材料的敷設(shè)，另一方面也保證了罐體在載貨時受熱膨脹后能伸縮自如。但是由于船舶的波動、搖擺，會導(dǎo)致罐體產(chǎn)生橫向、縱向以及上下方向的竄動，并且罐體本身也會因為受熱而自身產(chǎn)生膨脹。雖然罐體外的船體結(jié)構(gòu)上有限制前后左右移動的止搖裝置和上下竄動的止浮裝置，但其空載時最大偏差會達到50 mm。因此與罐體相連的管路布置必須具有一定彈性和伸縮量，以免罐體的竄動造成管子斷裂、橫艙壁以及凸甲板的損壞。罐體止搖和防搖裝置如圖1所示。

圖1 罐體止搖和防搖裝置

為了保護管路、大艙之間的橫艙壁及凸型甲板，在管路中合適的位置布置膨脹節(jié)、膨脹彎和金屬彈性軟管，讓管路具備足夠的彈力以滿足罐體的竄動。

2)由于硫磺的物理化學(xué)性能，液態(tài)硫磺儲存和輸送的適宜溫度為135～145 ℃，溫度大于153 ℃以后，液態(tài)硫磺的黏度會逐漸加大，隨之它的流動性會減弱。因此對于液態(tài)硫磺儲存和輸送的溫度把控較為嚴(yán)格，不宜過高也不宜過低。

(1)硫磺罐內(nèi)底布置滿足需要的加熱盤管，所有運輸硫磺的泵、液貨管路、閥件、附件都有熱油加熱。熱油最大加熱溫度≤150 ℃，同時熱油加熱管布置必須合理，使得輸送管路的夾套管里充滿熱油，并且熱油系統(tǒng)能夠充分循環(huán)流動起來，使其對液貨管的加熱全面，不存在加熱不到的地方。在液貨艙里還裝有溫度傳感器，對液態(tài)硫磺實時溫度進行監(jiān)測和把控。除了液貨管路有夾套伴熱，液貨艙通風(fēng)管路也有夾套伴熱，為的是防止硫磺蒸氣進入通風(fēng)管后遇冷固化，久而久之堵塞管路。

(2)液態(tài)硫磺卸貨后，熱油加熱系統(tǒng)會停止運行，必須做到不管是硫磺罐還是液貨管里殘留的液態(tài)硫磺應(yīng)盡可能少，以免低溫下液態(tài)硫磺固化。在每個硫磺罐體底部設(shè)有沉降的吸油井，液貨泵的吸口設(shè)在吸油井中，可以大大降低硫磺罐體內(nèi)殘留的硫磺。液貨管路和通風(fēng)管路的水平管路內(nèi)底一定要平齊，這樣可以自由輸送、流動順暢，不會存有積液。液貨艙通風(fēng)管布置時還需有一定的斜度,液體能自動回流回艙，并在管路最低處裝有泄放閥。

2 改造技術(shù)亮點

2.1 保護橫艙壁選用膨脹節(jié)

布置在罐頂?shù)墓苈反┻^橫艙壁時，改變了以往使用的三法蘭式鋼質(zhì)通艙管件，采用了非標(biāo)的橡膠膨脹節(jié)，它具有彈性好、耐高溫、水密等優(yōu)點。當(dāng)管子隨著罐體發(fā)生竄動時不至于牽動橫艙壁，對橫艙壁造成損壞。

管路穿艙節(jié)點如圖2所示。

圖2 管路穿艙節(jié)點

2.2 保護凸型甲板選用彈性軟管

硫磺罐體的上下竄動會帶動液貨管路、液貨艙通風(fēng)管路、液貨艙熱空氣供給管路對凸型甲板產(chǎn)生拉力，為了保護凸型甲板不受損壞，我們在液貨管路、液貨艙通風(fēng)管路、液貨艙熱空氣供給管路去往凸型甲板的總管上加裝了金屬彈性軟管或膨脹節(jié)，它們將抵消管路對凸型甲板的拉力。金屬彈性軟管布置如圖3所示。

圖3 金屬彈性軟管布置

2.3 液貨管合理布置

液貨裝卸共用1根總管，進罐靠重力自流，出罐由液貨泵抽出。在每個大艙中，罐體頂面布置的液貨管在罐體縱向的兩端與罐體中的泵和注入管相連接，而罐體這2處的連接點會使液貨管和罐體產(chǎn)生聯(lián)動，液貨管會隨著罐體的竄動而移動，因此每相鄰2個大艙的罐體一旦發(fā)生相對位移，與罐體相連的液貨管就會發(fā)生變形。在相鄰的2個大艙之間(例如：No.2艙的液貨泵和No.3艙的注入管之間)的管路中增加膨脹節(jié)。對于在同一大艙內(nèi)，罐體會因為自身的受熱膨脹而使液貨泵和注入管之間的液貨管發(fā)生拉伸的現(xiàn)象，可在中間管段上增加膨脹彎。

2.4 硫磺泵的布置

一個硫磺罐用垂直立板分隔成左右2個液貨艙，液貨艙底部設(shè)置隔離閥左右連通。在罐體內(nèi)設(shè)置了吸油井，泵的吸口布置在吸油井內(nèi)?？梢宰?個液貨艙共用1臺硫磺泵(立式深井式)來完成硫磺的向外輸送工作，也可以2個液貨艙單獨設(shè)計，當(dāng)任何1臺泵故障時，可開啟底部聯(lián)通閥，利用對應(yīng)的另1臺泵進行駁運，經(jīng)濟合理的配置卸貨系統(tǒng)。本船沒有單獨的掃艙系統(tǒng)，清艙工作直接由裝卸管路完成，液態(tài)硫磺卸貨時，吸油井的布置可以大大降低罐體內(nèi)剩余的硫磺量，這樣能夠達到殘余量很小的設(shè)計要求。硫磺泵的布置如圖4所示。

圖4 硫磺泵的布置

2.5 液貨管內(nèi)無殘液的處理

在硫磺船運輸?shù)叫敦浀攸c并將硫磺卸完貨后，熱油系統(tǒng)會停止運行，這時如果液貨管路里存有積液，殘留的液態(tài)硫磺就會在低溫下固化，日積月累就會堵塞管路。因此在液貨管路管徑發(fā)生變化時，為了避免硫磺流動有阻礙且管路里有積液這種情況，將水平管路中的異徑接頭都選用偏心異徑接頭，這樣可以保證管子與部件的內(nèi)底面平齊，液貨輸送順暢，無存液。

2.6 液貨夾套管路的伴熱管

在液貨管的外面焊上一段夾套管，通過熱油管路系統(tǒng)將熱油輸送到夾套管內(nèi)，并使其循環(huán)流動起來，完全運行無死角，不管是水平布置的管路還是豎直布置的管路，熱油走向都必須低進高出，這樣才能使夾套管內(nèi)熱油流動均勻。伴熱管的熱油走向布置如圖5所示。對于不能做成夾套形式的部件如90°彎頭及三通，可以選用銅管緊貼圍繞布置。

圖5 伴熱管的熱油走向布置

2.7 膨脹節(jié)上的加熱管

在2.3中提到在相鄰2個罐體之間的液貨管路上應(yīng)布置膨脹節(jié)，從而液貨管上的膨脹量會由膨脹節(jié)來承受。 這樣膨脹節(jié)處的熱油管的布置便不能如圖5形式，即圖6(a)所示。考慮到由于膨脹節(jié)的膨脹量會帶動該處的熱油管產(chǎn)生膨脹，最終導(dǎo)致夾套管上的管座焊道開裂，為了避免這種問題的發(fā)生，我們可以考慮將膨脹節(jié)處的節(jié)點改為圖6(b)形式，將熱油管做成環(huán)形彎來安裝，以抵消膨脹節(jié)的膨脹量。

2.8 液貨艙通風(fēng)管

凸型甲板上通風(fēng)管節(jié)點圖見圖7。

液貨艙通風(fēng)系統(tǒng)是一種特殊的安全系統(tǒng)，它控制了硫磺罐內(nèi)的真空和壓力，確保在硫磺罐裝卸及運輸過程中維持艙內(nèi)適當(dāng)?shù)膲毫?。液貨艙通風(fēng)管布置需在船長方向具有一定斜度，使得通風(fēng)管內(nèi)硫磺蒸氣液化后可以順利回流到罐內(nèi)，并在管路最低處須裝有放泄絲堵。同時硫磺受高溫汽化產(chǎn)生的蒸氣也會通過透氣管排向大氣。硫磺蒸氣具有很大的引燃性，它會因為火花、靜電而引燃，造成火災(zāi)或爆炸。因此要求將通風(fēng)管出口布置阻燃器，并必須布置在高出凸型甲板至少6 m以上的位置。

3 結(jié)束語

通過近一年的運行，船東反映船舶狀況很好。液態(tài)硫磺運輸船雖然沒有集裝箱船、散貨船的市場需求量大，但隨著硫磺市場的發(fā)展和環(huán)境保護的需求，硫磺船的需求會不斷增長。此文所述的液貨管路的布置要點對以后化學(xué)品船的改造和建造項目具有參考和指導(dǎo)意義。