塑料管在漁船魚艙艙底水管系中的應用探討

◎ 文/李閻華 韓海斌 許應國

漁船艙底鋼制水管系極易受到腐蝕，而塑料管有條件應用于艙底管系可有效減少腐蝕，增加管系使用壽命。作者立足現(xiàn)有規(guī)范，結合漁船實際情況，從管材設計壓力、設計溫度、管系等級、防火、防護、防凍等多個角度，針對國內(nèi)45m 以下、冷藏方式為冰保鮮的海洋漁船，探討了在魚艙使用塑料管替代鋼管作為艙底水管系的可能性以及應用注意事項，為塑料管在船舶上更大范圍地運用提供科學依據(jù)。

一、引言

（一）漁船艙底水系統(tǒng)簡介

艙底水是指機艙或貨艙艙底積水，專門用于排出艙底積水的管路系統(tǒng)稱為艙底水系統(tǒng)，它包括艙底泵、管系等。

艙底水系統(tǒng)的作用是及時將機艙、貨艙等艙室的艙底積水排至舷外；當船舶破損時，艙底水系統(tǒng)可用于應急輔助排水。

（二）研究背景

目前，江蘇省群眾性漁船魚艙冷藏方式通常是冰制冷加發(fā)泡保溫層對漁獲物進行保鮮，艙底水管系普遍使用的是無縫鋼管和有縫鋼管。艙底水一般為冰水、海水、漁獲物腐敗后的硫化物及有機酸等的混合物，實驗測得其pH值為4.9～7.2，對船體和鋼管具有較強腐蝕性。漁船管系通常沒有任何保護措施，艙底空間狹窄，除銹保養(yǎng)困難，再加上船舶建造時管系預處理工藝不到位，造成魚艙艙底水管系極易受到腐蝕，一般2年～3年就必須重新更新艙底水管。更換管系時，還必須清除部分魚艙的發(fā)泡保溫層以防發(fā)生火災。很多漁船船主在營運期間發(fā)現(xiàn)艙底水管腐蝕報廢后，直接放棄安裝艙底水管系統(tǒng)，雖然在驗船師提醒下臨時安裝，日后還可能自行割除，繼而使用電動潛水泵替代原有的艙底水系統(tǒng)，埋下更大安全隱患。故開展更耐腐蝕的塑料管在魚艙艙底水管系中的應用探討十分必要。

二、塑料管材的種類及應用領域

（一）塑料管材種類

按材料可分為聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚丁烯（PB）、玻璃纖維增強塑料（GRP玻璃鋼）等管材。

1.聚氯乙烯（PVC）管

PVC管物理化學性質穩(wěn)定，具有一定抗化學腐蝕性、耐酸堿，對鹽類相對穩(wěn)定；其次是具有相對較高機械強度，有一定抗壓和抗沖擊性；第三點是具有阻燃性和絕緣性，不易燃燒和導電。

硬質聚氯乙烯（UPVC）管是使用普遍的一種塑料管，其特點有較高的硬度和剛度、較高的抗沖擊性能和耐化學性能。許用應力一般在10MPa以上，價格比其他塑料管低，硬質聚氯乙烯管產(chǎn)量居第一位。

2.聚乙烯（PE）管

按密度不同分為高密度聚乙烯（HDPE）管、中密度聚乙烯（MDPE）管和低密度聚乙烯（LDPE）管。HDPE管具有較高的強度和剛度；MDPE管除了有HDPE管的耐壓強度外，還具有良好的柔性和抗蠕變性能；LDPE管柔性、伸長率、耐沖擊性能較好，尤其是耐化學穩(wěn)定性和抗高頻絕緣性能良好。

3.交聯(lián)聚乙烯（PE-X）管

交聯(lián)聚乙烯是通過化學方法或物理方法將聚乙烯分子的平面鏈狀結構改變?yōu)槿S網(wǎng)狀結構，使其具有優(yōu)良的理化性能。PE-X管主要用于建筑室內(nèi)冷熱水供給和地面輻射采暖。

4.三型聚丙烯（PP-R）管

三型聚丙烯是第三代改性聚丙烯，即采用氣相共聚法使PE在PP分子鏈中隨機地均勻聚合，使其具有較好抗沖擊性能、耐溫性能和抗蠕變性能，PP-R管主要應用于建筑室內(nèi)冷熱水供給和地面輻射采暖。

5.聚丁烯（PB）管

聚丁烯管具有獨特的抗蠕變性能，能長期承受高負荷而不變形，化學性能穩(wěn)定，可在-20℃～95℃安全使用，主要應用于自來水、熱水和采暖供熱管，但價格高昂。

6. ABS工程塑料（ABS）管

ABS是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的三元共聚物，具有比較高的耐沖擊強度和表面硬度，在-40℃～100℃仍能保持韌性和剛度，并不受電腐蝕和土壤腐蝕，使用溫度可達90℃。常用作潔具下水管、輸氣管、高腐蝕工業(yè)管道，國內(nèi)一般用于室內(nèi)冷熱水管和水處理的加藥管道、有腐蝕作用的工業(yè)管道。

7.玻璃鋼（GRP）管

GRP管是一種新型復合材料管，主要以玻璃纖維紗為增強材料和高分子成分的不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂為基體制成。具有耐腐蝕性能好、抗老化性能和耐熱性能好、抗凍性能好、重量輕強度高、運輸方便、水力條件好、可設計性好、維護成本低、耐磨性好、電熱絕緣性好等優(yōu)點。

三、塑料管應用現(xiàn)狀

近年來，隨著工業(yè)技術發(fā)展和進步，塑料管性能有了質的發(fā)展，在各個領域應用越來越廣泛，也逐漸衍生到船舶產(chǎn)業(yè)。據(jù)了解，塑料管已廣泛應用于商船生活飲用水管系、生活污水排放管系、壓載水管系等多個方面。

（一）塑料管在國內(nèi)船舶上的應用

玻璃鋼管在化學品船舶和火車渡船取代鍍鋅鋼管，應用于壓載系統(tǒng)和污水處理系統(tǒng)，取得了很好的使用效果。不過，對于玻璃鋼管在船舶上的應用，要符合規(guī)定的用途和使用范圍，如內(nèi)外壓力試驗；軸向拉伸強度；變形溫度；抗沖擊性能；耐老化性能；耐疲勞性能；防腐性能；立體吸附性；材料兼容性。根據(jù)其特殊用途或特殊使用處所，可能額外要求的性能有：耐火燒性能；表面播焰性；產(chǎn)煙性；毒性；導電性；防火涂層性能。玻璃鋼管除使用范圍須符合規(guī)范規(guī)則要求外，性能必須經(jīng)過船級社檢驗并最終獲得由船級社頒發(fā)的證書。

在57000DWT散貨船、82000DWT船和全球最大的汽車滾裝船8500PCTC全船艙底壓載系統(tǒng)上使用輔基斯玻璃鋼管和應用型玻璃鋼管均取得良好效果。盡管玻璃鋼管在安裝時的保護稍微有些麻煩，但很大程度降低了安裝勞動強度，減少了勞動力投入，因不必動用明火，在易燃易爆區(qū)域的后續(xù)維修比鋼管更顯優(yōu)勢。

（二）塑料管在漁船的應用上面臨著的規(guī)范障礙

《鋼質國內(nèi)海洋漁船建造規(guī)范（船長大于或等于12m但小于24m 2019）》（以下簡稱“《建造規(guī)范2019》”）對塑料管的描述為“3.1.1.1規(guī)定，除另有說明外，管子、閥和附件應使用鋼、鑄鐵、銅、銅合金或適用于其他用途的材料制造。鋁、鉛和塑料等熱敏材料不得用于對船舶安全關系重要的管系以及當管子泄漏或破損可能造成火災或水密艙室浸水的可燃液體或海水管系?！薄督ㄔ煲?guī)范2019》對塑料管的描述為“2.4.3.2 塑料管不得用于下列管系：（1）消防管系；（2）艙底水管系；（3）動力管系以及輸送油類或其他易燃液體的管系；（4）當管子泄漏或損壞后能使船舶增加浸水危險的海水管系”。新規(guī)范已認可了塑料管在飲用水管系中的應用，但對艙底水管系的應用仍不認可。作者認為塑料管在魚艙艙底水管系中或可有條件應用。

四、研究方法

作者立足現(xiàn)有規(guī)范，結合漁船實際，從管材設計壓力、設計溫度、管系等級、防火、防護、防凍等角度探討塑料管在漁船魚艙艙底水管中替代鋼管的可能性以及應用注意事項。

（一）幾種塑料管材的使用性能比較

幾種塑料管材的使用性能比較見表1。

表1 幾種塑料管材的使用性能比較

（二）漁船魚艙艙底水管等級

按照《建造規(guī)范2019》2.1.3.1管系等級要求，魚艙艙底水管系屬于Ⅲ級管系。

（三）魚艙艙底水管需要承受的壓力

對漁船艙底水管系而言，一般泵的最大出口壓力即為系統(tǒng)的設計壓力。目前，江蘇省中小型漁船上安裝的魚艙艙底泵工作壓力范圍為0.08Mpa～0.3Mpa，遠小于常溫下塑料管能承受的最大壓力，因此，在工作壓力方面，塑料管可以適用中小型漁船。

（四）魚艙艙底水管系工作溫度

《建造規(guī)范2019》2.4.3.5規(guī)定塑料管一般不得用于介質溫度高于60℃或低于0℃的管系。對漁船而言，魚艙艙底水管系抽吸的艙底污水一般為融化的冰水，打入或滲入艙底的海水，這些介質的溫度一般在0℃～20℃，即使在冬天或者夏天，受艙外天氣溫度影響，艙底水的溫度變化因保溫艙的緣故，變化也不會太大。因此，塑料管同樣能夠適用艙底水管系的工作溫度。

（五）魚艙防火要求

《建造規(guī)范2019》要求魚艙保溫材料應使用不燃材料。我們從魚艙保溫材料的防火性能可以推知，魚艙艙底水管的防火性能與保溫材料等價即可。從表1數(shù)據(jù)可知，絕大部分塑料管具有自熄性和阻燃性。同時，我們可以采用在塑料管表面涂刷防火漆來提高塑料管的防火性能。因此，塑料管可以滿足魚艙的防火要求。

漁船魚艙絕熱安裝技術要求

（六）防凍

可在管系安裝時在其表面裹上耐水型保溫材料。橡塑海綿、聚乙烯保溫材料保溫效果好，尤其是低溫防凍效果很好，雖不耐高溫，但用于漁船艙底水管系上一般沒問題。

（七）保護

由于塑料管抗沖擊能力較弱，塑料管在魚艙安裝應做好一定保護，以防止突發(fā)集中應力的沖擊，可以根據(jù)中國船級社CCS《鋼質海船入級與建造規(guī)范》的規(guī)定設置塑料管支架，一是船上系統(tǒng)管架的選擇和間距取決于許用應力和最大撓度。支架間距應不大于管子制造廠推薦距離。選擇管架和間距應考慮管子尺寸、管材的機械和物理性能、管子和管內(nèi)液體的質量以及該系統(tǒng)可能遇到的外壓、工作溫度、熱膨脹影響、外力引起的負荷沖擊力、水錘現(xiàn)象、振動系統(tǒng)能經(jīng)受流體流動的最大加速度等，并應考慮到綜合負荷。二是每一支架的全寬范圍上應均勻承擔管子及其內(nèi)部介質的荷重，管子與支架相接觸時，應采取措施減小管子的磨損。三是管系中的重要部件如閥和膨脹接頭應作單獨支撐。漁船魚艙艙底水管一般安裝在魚艙木質鋪板以下，其本身已具備了防沖擊的保護，因此從性能上存在理論可行性。

五、塑料管安裝

（一）安裝技術要求

《建造規(guī)范2019》規(guī)定：2.4.3.3塑料管不得穿過水密艙壁。2.4.3.4所有塑料管均應有適當?shù)淖杂芍?。在管子每個區(qū)段均應有允許塑料管膨脹或收縮的措施。

漁船可通過鋼管作為穿艙件，用法蘭和塑料管相連。同時，采用法蘭連接使每個魚艙的艙底水管均有一個自由端，從而保障了塑料管的膨脹與收縮。該方案弊端為鋼管過渡會破壞整個管路系統(tǒng)完整性，且過渡位置容易生銹。

（二）安裝后的試驗

安裝完畢后進行壓力試驗，試驗壓力應不小于1.5倍的設計壓力或0.4MPa，取其中高值。從表2可知，塑料管技術參數(shù)均符合試驗壓力標準，因此，中小型漁船魚艙的艙底水管用塑料管替代鋼管從安裝上滿足規(guī)范要求。

表2 船舶管系等級

六、結論

分析魚艙艙底水管使用環(huán)境及各類塑料管性能可知，一是通過對塑料管的性能參數(shù)、漁船魚艙艙底水管等級、需要承受的壓力、工作溫度、防火要求、防凍、保護和安裝等方面進行綜合分析和論證，可確認塑料管應用于魚艙艙底水系統(tǒng)在技術上是可行的。二是鑒于玻璃鋼管（GRP管）在商船壓載水管系中的成功應用案例，以及玻璃鋼本身材質的特性（玻璃鋼漁船），建議首先使用GRP管作為漁船魚艙艙底水管的首選代品。三是為進一步論證塑料管在漁船艙底水管中應用的可行性，建議在相關試驗漁船上安裝兩套管路，一路為塑料管，一路為金屬管，為理論分析積累事實依據(jù)。四是有兩個難點問題。首先現(xiàn)有規(guī)范無法突破。規(guī)范要求塑料管必須為認可型，但目前產(chǎn)品分類管理需要認可的產(chǎn)品不包括塑料管。建議從法規(guī)開始，完善塑料管的檢驗依據(jù)，開展對塑料管的認可工作。其次國內(nèi)生產(chǎn)的塑料管性能單一，適用于船舶艙底水管系的塑料管比較單一，且價格昂貴。建議重視對改性塑料、復合塑料以及其他新型塑料管材的研究力度，創(chuàng)造出更多物美價廉的優(yōu)質塑料管材。