LNG船壓載水管路的優(yōu)化布置與應(yīng)用

唐鈺明，陸丹賢，王海銀

（滬東中華造船集團(tuán)有限公司，上海 200129）

LNG船壓載水管路的優(yōu)化布置與應(yīng)用

唐鈺明，陸丹賢，王海銀

（滬東中華造船集團(tuán)有限公司，上海 200129）

隨著造船技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于一些高新船舶，尤其是LNG船，海水對(duì)壓載管路提出了更高的要求，同時(shí)在管路的布置上也產(chǎn)生了更多的限制。針對(duì)LNG船壓載水排舷外管路及涂塑要求進(jìn)行了闡述和分析，優(yōu)化船舶壓載水處理裝置的管路布置，形成一套高效、節(jié)約且滿足趨勢(shì)要求的壓載水管路布置方法。

壓載管路；優(yōu)化；涂塑（聚乙烯）

0 引言

船舶壓載水系統(tǒng)主要由壓載水泵、壓載水管路、壓載水艙及有關(guān)閥件組成，系統(tǒng)的作用是：根據(jù)船舶營(yíng)運(yùn)的需要，對(duì)全船壓載艙進(jìn)行注入和排放，以達(dá)到調(diào)整船舶的吃水和船體縱、橫向的平穩(wěn)及安全的穩(wěn)心高度；減少船體變形，以免引起過(guò)大的彎曲力矩與剪刀力，降低船體振動(dòng)；改善空艙適航性。

對(duì)船舶進(jìn)行壓載的最初目的是保證船舶安全和穩(wěn)性，隨著造船技術(shù)的發(fā)展，海水作為最方便的載體成為船舶習(xí)慣的壓載物。近年來(lái)，隨著人們對(duì)海洋環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，船舶壓載水的加裝排放所引起的相關(guān)環(huán)境問(wèn)題，特別是有害水生物和病原體轉(zhuǎn)移造成的危害，引起了社會(huì)各層面的廣泛關(guān)注。壓載水處理技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化不僅是保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境的迫切需要，而且對(duì)提高國(guó)產(chǎn)船舶關(guān)鍵設(shè)備裝船率、提高航運(yùn)業(yè)和造修船業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。同時(shí)，對(duì)海軍自主裝備建設(shè)也有十分重大意義。

對(duì)現(xiàn)代運(yùn)輸而言，壓載水處理裝置是必須的，它可以保證船舶的安全和高效操作，保證未載貨船的平衡和穩(wěn)定。然而，它也給生態(tài)環(huán)境，經(jīng)濟(jì)和人類健康造成了巨大的威脅。據(jù)估計(jì)，每天數(shù)以萬(wàn)計(jì)的海洋生物通過(guò)壓載水艙被帶往世界各地。IMO把通過(guò)船舶壓載水帶來(lái)的海洋物種入侵列為四個(gè)最具威脅的海洋問(wèn)題之一。我國(guó)沿海南北航線船舶運(yùn)輸航程短、壓載水排放頻繁、裝貨速度快，雙層底艙壓載水排放速度直接影響停泊的時(shí)間。

文章針對(duì)LNG船壓載水排舷外管路及涂塑進(jìn)行分析和優(yōu)化，形成了一套可供其他船型借鑒的設(shè)計(jì)思路和管路布置方案。

1 分析與優(yōu)化對(duì)比

1.1 DN600和DN350的壓載管單獨(dú)排舷外所體現(xiàn)的問(wèn)題

壓載水處理系統(tǒng)的排舷外管路通徑比較大（DN150/350/600等尺寸），數(shù)量比較多，特別是排舷外的DN600和DN350的管路，它還需要接2個(gè)QAA2525V、QAA2526V的進(jìn)口遙控海水蝶閥，且是需要涂塑（聚乙烯）的管路，涂塑管路有特殊要求，這對(duì)于原本就擁擠的機(jī)艙底層就更加負(fù)重了，對(duì)于后續(xù)的吊裝、維修更加不便（圖1）。注意，圖1僅顯示了左舷的管路原理，右舷為對(duì)稱布置，修改方式、內(nèi)容一致。

圖1 管系原理圖修改前

因此，可依據(jù)流速計(jì)算公式和壓力壓降的經(jīng)驗(yàn)公式，在不改變流速和壓力的情況下，提出合并管路的方案，可以減少管路閥件，節(jié)約管材和艙室空間。具體公式如下：

式中：P、ρ、v分別為流體的壓強(qiáng)、密度、速度；h為鉛重高度；g為重力加速度；c為常量。

式中：n為管道粗糙系數(shù)；R為水力半徑；I為水力坡度。

1.2 優(yōu)化壓載水處理系統(tǒng)排舷外管路布置

經(jīng)船東、船檢及壓載水處理廠家多方確認(rèn)后，在保證設(shè)備及閥件正常運(yùn)行的前提下、保證排舷外管路正常應(yīng)力流速區(qū)間情況下，將排舷外其中一路DN350的管路合并到DN600的管路上，因?yàn)樗瑯佣际桥畔贤夤δ埽詫?duì)于原理的一致性并不影響。具體措施[1]如下：1）取消其中一路DN350排舷外的壓載管；2）取消進(jìn)口遙控海水蝶閥QAA2525V和QAA2526V；3）依據(jù)公式對(duì)優(yōu)化后的流速與壓力進(jìn)行理論計(jì)算。根據(jù)上述步驟，對(duì)原有管系原理圖進(jìn)行修改，得到優(yōu)化后的結(jié)果如圖2所示。圖2僅顯示了左舷的管路原理，右舷為對(duì)稱布置，修改方式、內(nèi)容一致。

圖2 管系原理圖修改后

1.3 三維模型下的排舷外管路

船舶壓載水系統(tǒng)能夠?qū)⑷鲏狠d艙的壓載水駁進(jìn)、駁出或相互調(diào)駁。舷外海水靠壓差自動(dòng)流入壓載水艙。壓載水處理系統(tǒng)就是對(duì)船舶排放海里的壓載水進(jìn)行處理的裝置。圖3所示的QAA2541V就是用于控制壓載水排舷外的遙控蝶閥，其中取消的一路DN350的壓載管直接在DN600上開(kāi)支管，無(wú)需另外穿過(guò)擁擠的機(jī)艙舷旁的管路，而靠QAA2541V也有足夠的壓力排舷外了。

因LNG船的特殊性，LNG船是世界公認(rèn)的高技術(shù)、高附加值、高可靠性要求的三高船，為保證造船使用長(zhǎng)壽命要求的特殊液貨系統(tǒng)。所有的機(jī)艙壓載管都需要涂塑（聚乙烯），如此狹窄的機(jī)艙舷旁無(wú)法再容納需涂塑的壓載管了，因?yàn)槟壳皣?guó)內(nèi)技術(shù)的限制，壓載管的涂塑有特殊要求[2]。

圖3 合并后的三維模型圖（左舷）

1.4 優(yōu)化后所體現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)

優(yōu)化后，在人力、財(cái)力、物力三個(gè)重要生產(chǎn)資源上都得到了極大的解決，主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：

1）舷旁開(kāi)孔數(shù)量由原來(lái)的6只減少為2只，現(xiàn)場(chǎng)工人的船體開(kāi)孔工作量得到銳減，同時(shí)也增強(qiáng)了船體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。

2）由于機(jī)艙舷旁空間有限，設(shè)備眾多體積又大，管路布置復(fù)雜，取消一路DN350的壓載管，可以預(yù)留更多的空間用于設(shè)備維修、閥件布置，同時(shí)重要的是節(jié)約了不少的管路。

3）節(jié)省兩只DN350的進(jìn)口遙控海水蝶閥QAA2525V和QAA2526V。

LNG一系列船合計(jì)節(jié)約成本可達(dá)六十多萬(wàn)人民幣。

2 壓載水處理系統(tǒng)管路的涂塑要求

涂塑鋼管具有良好的耐腐蝕性，使用壽命長(zhǎng)，在制作過(guò)程中有特殊要求，根據(jù)聚乙烯（PE）涂塑鋼管設(shè)計(jì)、制造和安裝指南，對(duì)所需要的涂塑管嚴(yán)格按照廠家提供的要求進(jìn)行修改，因?yàn)楝F(xiàn)在國(guó)內(nèi)的制作技術(shù)有限，無(wú)法達(dá)到自然涂塑的模板，需按圖4的要求來(lái)設(shè)計(jì)和更改壓載管路[3]。

整個(gè)機(jī)艙部分需涂塑的管路就達(dá)1021根，而其中壓載管就有390根，占全船涂塑管的38%。由于條件受限制，管路的設(shè)計(jì)必須要考慮周全，既要滿足涂塑要求，又要達(dá)到管路的流速標(biāo)準(zhǔn)。另外，考慮到涂塑曾自由端有可能產(chǎn)生收縮情況，在管路的設(shè)計(jì)過(guò)程中要盡量采用法蘭連接形式。如因設(shè)計(jì)需要保留管子自由端，則需要在自由端預(yù)留一定的折返尺寸。在最大限度滿足廠家要求的情況下，做到不多增加一路管路、一對(duì)法蘭，現(xiàn)今的造船形式低靡，要從源頭抓起，從自身做起，節(jié)約成本，為公司增加效益。

圖4 涂塑（聚乙烯）鋼管加工尺寸表

3 成果及總結(jié)

根據(jù)壓載水管路的總體布置和設(shè)備參數(shù)的要求，對(duì)壓載水處理裝置各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢查。在保證設(shè)備正常運(yùn)行的情況下，將排舷外兩路管路進(jìn)行合并，直接在DN600的管路上開(kāi)支管，這樣即可以改善擁擠的機(jī)艙空間，又節(jié)省了不少的壓載大通徑的管路，同時(shí)還可以減少左右各一只DN350的進(jìn)口遙控海水蝶閥QAA2525V、QAA2526V，另外也減少了舷旁船體開(kāi)孔，省去了大量的人力、物力。在壓載水處理裝置的優(yōu)化過(guò)程中，得到了船東、船檢及廠家的一致好評(píng)。

[1] 中國(guó)船級(jí)社. 鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范[S]. 2012.

[2] 唐玨明. H&Z541009-2003, 艙底壓載消防管系設(shè)計(jì)規(guī)范[Z]. 2003.

[3] 李忠保. H&Z562001-2007, 船用涂塑鋼管預(yù)制件加工技術(shù)條件[Z]. 2007.

Optimization and Application of LNG Ship Ballast Water Line

Tang Yu-ming, Lu Dan-xian, Wang Hai-yin

(Hudong Zhonghua Shipbuilding Group Co., Ltd., Shanghai 200129, China)

With the development of shipbuilding technology, for some new ships, especially the LNG boat, sea water has higher requirements for ballast pipe, but also more restrictions on pipeline layout. For the LNG ship, requirements are described and analyzed in ballast water overboard discharge pipe and plastic pipe layout, ship ballast water treatment device is optimized, thus it forms an ballast water pipeline layout method, which is efficient, energy saving and according with the trends.

ballast pipe; optimizing; plastic (polyethylene)

U662.2

A

1005-7560 (2014) 05-0025-03

唐鈺明（1969-），男，高級(jí)工程師，主要從事船舶管系設(shè)計(jì)。