海輔環保船特殊系統設計

任曉莉+向功順+丁長健+孫建

摘 要：以6000HP環保船為藍本，對環保類多功能海輔船壓縮空氣系統從設備選型到系統設計，進行了比較分析式的初步研究.提出了跨行業技術優化整合的優勢和必要性，它也將是特殊船舶設計的趨勢，以期為以后該類船舶的選型設計提供參考和借鑒作用。

關鍵詞：環保船 海輔船 散料系統 氮氣系統 空氣壓縮系統 特殊系統 船舶設計

課題的提出

隨著我國海洋開發進程的加速，海輔船的國內自主設計和制造，船上特殊系統設備的國產化，都給我們帶來了新的研究課題和行業發展的空間。本文將以我國自主設計和制造的6000HP海洋輔助環保船為藍本，對海輔船特殊系統的設計和設備選型的優化進行闡述。

就通用性而言，船舶只是一個普遍意義上的運輸工具.當他被應用于某個特殊行業時，就必須適應該行業的要求，滿足客戶定制需求，將某些特殊系統安裝在船上并與船上服務系統統籌結合，而不是簡單的疊加，兩個領域的設計理念互相借鑒和滲透，讓船舶設計在創新的路上可以走得更遠，這應該視為現代意義上船舶設計和建造概念的拓展，也成為了減少船舶建造和使用成本的一個突破口。

海輔船的特殊系統

本文所述的海洋工程輔助環保船主要特殊系統包括：干散貨運輸，浮油回收，一級對外消防等，這也是大多數海輔船共有的特殊系統。本文將對干散貨系統和氮氣系統的選型和綜合布置設計進行探討，作為該類型船舶特殊系統設計研究的一個實例.這兩個系統中空壓機都是其核心動力源。

該船入級中國船級社CCS， 船級符號為：

1、干散貨系統

該系統用于裝載比重在0.96 和2.5間的干貨，全船共設4個立式鋼質貨罐，共170m3， 分為兩個前、后獨立的系統，能通過兩套獨立管系裝載/卸載兩種不同貨物，加料和出料采用公共管道，兩臺空壓機可以互為備用，透氣為單獨管。干散貨罐設計壓力0.6 MPa。

能從位于駕駛室后控制站的集中控制面板上操縱裝/卸貨，ECR集控臺上設系統監視面板。

散料系統系統主要設備及組成：①散料罐；②空氣壓縮機組；③冷凍式空氣干燥機組；④閥件及接頭；⑤儀表與傳感器；⑥旋風除塵器和集灰罐；⑦噴射泵系統及氣動閥門供氣系統；⑧控制系統（由船廠負責提供電纜和安裝）；⑨管路系統及壓縮機和冷干機水冷卻系統（船廠負責提供設備和安裝）。

為了避免裝卸散裝水泥時污染海面，本船配備了旋風除塵器和集灰罐，該裝置為廠家非標準配置，訂貨時特別提出.由于本船空間狹小，選擇了內置式除塵器。氣動閥門供氣系統由船上控制空氣系統提供。

2、氮氣發生裝置系統

該船油井測試液和閃點低於60C的浮油回收液及輕柴油共用貨艙。船服務海域的油井測試液經化驗有硫化氫氣體.本船油井測試液和浮油回收艙共4個，總體積495m3，不受SOLAS第II-2章B部分第5.5節和marpol要求大于20000噸級以上液貨船需要裝惰性氣體的要求的限制：本船也不受IBC CODE 17章所列貨品的限制要求.但船東出于安全考慮要求配備氮氣發生器.按中國船級社CCS，第6篇第4章 第2節要求一般氮氣發生器應由兩臺空壓機提供氣源，且平均負擔總容量，且互為備用。

該船氮氣發生器容量為250m3/h， 氮氣用來控制浮油回收艙內氣體組分及艙內大氣壓力；在測試井液、污油水/浮油回收艙儲液前或排液時用氮氣置換艙內易燃、易爆、有毒氣體，將艙內最后混合氣體組分降至臨爆點以下；外輸結束后吹掃測試井液、污油水及浮油回收注入及外供管線。氮氣發生裝置報警系統將延續至機艙集控室及駕駛臺。

主要設備及組成：空壓機，冷干機（空氣凈化單元），主管路過濾器，高效除油過濾器，空氣罐，制氮機，氮氣罐，吸附塔，氧分析儀，渦街流量計，主控制箱。

目前行業內氮氣發生器有PSA分子塞和滲透膜式兩種類型，滲透膜式的純度較高，用于化學品船純度要求較高的貨品。鑒于耗能低，維護成本低，安裝空間小，操作便利和船東使用習慣統籌考慮，本船選用了PSA分子塞形式的氮氣發生器。

此套設備為四個撬塊。兩臺空壓機為獨立兩個撬塊，空氣凈化為整體部分（包括空氣干燥器，油濾器等），制氮為一個撬塊。在布置時制氮撬塊要放在通風的空間，氮氣濃度檢測裝置在危險區域內的電氣設備為防爆型（防暴等級：IIA-T3），電信號傳輸需加防爆隔離柵防爆保護.

設計組合優化

1、原系統設計

空間狹小，設備繁多是海輔船的一大特點。機艙和設備艙的擁擠程度非普通運輸船型可比擬的.氮氣發生器和散貨系統的布置如圖1所示， 放置于機艙內上下相鄰的兩層處所..兩套系統均配有獨立的服務用空壓機。

2、系統優化組合的考慮

浮油回收用氮氣系統和散裝水泥運輸系統都需要用到壓縮空氣作為動力源，而船上柴油機也有啟動空壓機和全船雜用空壓機，我們試著將幾種空壓機進行組合，盡量減少船上設備的種類和數量。我們設想了另外兩種方案。

方案一： 原方案

方案二：氮氣和散貨空壓機由原來的各兩臺，組合成3臺，一大兩小（兩廠家已達成協議）

方案三：氮氣和散貨空壓機，由兩臺散貨空壓機替代（在協議之后的方案）

船級社對制氮空壓機和干散貨空壓機是否獨立于主空壓機或相互獨立不做要求，主空壓機可用作其它用途。兼顧操作的安全可靠及便利性，船舶公司使用習慣，人員配備等多方面因素，權衡利弊，船東最后還是選用原方案.由于上述兩個系統不會同時使用，且船公司操作這兩個系統的船員為同一批船員，因工作有繼承性和熟練性，按規程操作不會有誤操作的可能.散料運送系統對海輔船來說任務較多，而浮油回收任務較少，設備使用頻率也少，干散貨空壓機50%的容量剛好是氮氣發生器的100%容量要求，且空壓機有這樣的兩檔設計，所以，方案三的優勢明顯，只是該項目時間緊，沒能進一步細化研究，在以后的應用中，應優先考慮方案三。

3、三種方案的優劣比較

跨行業整合并優化設計的展望

此次環保型海輔船的設計建造，給我們帶來了認識海洋平臺領域并與之合作的一個機會。以后特殊領域的特殊要求的運輸工具會隨著社會科技的發展不斷的涌現，與此類似的跨行業交叉領域的船舶設計將是船舶領域的一個新的經濟增長點。因此對設計人員深度了解和理解船東的需求，將提到一個更高的層次。在深入了解客戶使用習慣，工況要求的過程中，不斷完善設計，兼顧船舶通用性和特殊領域特殊系統的要求，實現跨行業融合設計，使系統簡潔，易操作，維護簡單，同時降低船舶的建造和使用成本的實踐方面，將迎來一個新的局面。另外，如何在保證運營安全，避免誤操作下的系統簡化，是值得我們設計人員深入研究的課題。

參考文獻：

[1] 中國船級社鋼制海船入級規范.北京人民交通出版社，2013

[2] Solas國際海洋人命安全公約 2010年綜合版本 國際海事組織

[3] Marpol國際海洋防止船舶污染公約 1999年合訂本 北京人民交通出版社

[4] IBC CODE 國際散裝運輸液體危險化學品船舶的構造和設備規則

2000年合訂本 中華人民共和國海事局

[5]IMDG CODE國際海上危險貨物運輸規則 2012版 國際海事組織

[6] <<船舶設計實用手冊>> 國防工業出版社

（第一作者單位：廣州黃埔文沖船廠）

摘 要：以6000HP環保船為藍本，對環保類多功能海輔船壓縮空氣系統從設備選型到系統設計，進行了比較分析式的初步研究.提出了跨行業技術優化整合的優勢和必要性，它也將是特殊船舶設計的趨勢，以期為以后該類船舶的選型設計提供參考和借鑒作用。

關鍵詞：環保船 海輔船 散料系統 氮氣系統 空氣壓縮系統 特殊系統 船舶設計

課題的提出

隨著我國海洋開發進程的加速，海輔船的國內自主設計和制造，船上特殊系統設備的國產化，都給我們帶來了新的研究課題和行業發展的空間。本文將以我國自主設計和制造的6000HP海洋輔助環保船為藍本，對海輔船特殊系統的設計和設備選型的優化進行闡述。

就通用性而言，船舶只是一個普遍意義上的運輸工具.當他被應用于某個特殊行業時，就必須適應該行業的要求，滿足客戶定制需求，將某些特殊系統安裝在船上并與船上服務系統統籌結合，而不是簡單的疊加，兩個領域的設計理念互相借鑒和滲透，讓船舶設計在創新的路上可以走得更遠，這應該視為現代意義上船舶設計和建造概念的拓展，也成為了減少船舶建造和使用成本的一個突破口。

海輔船的特殊系統

本文所述的海洋工程輔助環保船主要特殊系統包括：干散貨運輸，浮油回收，一級對外消防等，這也是大多數海輔船共有的特殊系統。本文將對干散貨系統和氮氣系統的選型和綜合布置設計進行探討，作為該類型船舶特殊系統設計研究的一個實例.這兩個系統中空壓機都是其核心動力源。

該船入級中國船級社CCS， 船級符號為：

1、干散貨系統

該系統用于裝載比重在0.96 和2.5間的干貨，全船共設4個立式鋼質貨罐，共170m3， 分為兩個前、后獨立的系統，能通過兩套獨立管系裝載/卸載兩種不同貨物，加料和出料采用公共管道，兩臺空壓機可以互為備用，透氣為單獨管。干散貨罐設計壓力0.6 MPa。

能從位于駕駛室后控制站的集中控制面板上操縱裝/卸貨，ECR集控臺上設系統監視面板。

散料系統系統主要設備及組成：①散料罐；②空氣壓縮機組；③冷凍式空氣干燥機組；④閥件及接頭；⑤儀表與傳感器；⑥旋風除塵器和集灰罐；⑦噴射泵系統及氣動閥門供氣系統；⑧控制系統（由船廠負責提供電纜和安裝）；⑨管路系統及壓縮機和冷干機水冷卻系統（船廠負責提供設備和安裝）。

為了避免裝卸散裝水泥時污染海面，本船配備了旋風除塵器和集灰罐，該裝置為廠家非標準配置，訂貨時特別提出.由于本船空間狹小，選擇了內置式除塵器。氣動閥門供氣系統由船上控制空氣系統提供。

2、氮氣發生裝置系統

該船油井測試液和閃點低於60C的浮油回收液及輕柴油共用貨艙。船服務海域的油井測試液經化驗有硫化氫氣體.本船油井測試液和浮油回收艙共4個，總體積495m3，不受SOLAS第II-2章B部分第5.5節和marpol要求大于20000噸級以上液貨船需要裝惰性氣體的要求的限制：本船也不受IBC CODE 17章所列貨品的限制要求.但船東出于安全考慮要求配備氮氣發生器.按中國船級社CCS，第6篇第4章 第2節要求一般氮氣發生器應由兩臺空壓機提供氣源，且平均負擔總容量，且互為備用。

該船氮氣發生器容量為250m3/h， 氮氣用來控制浮油回收艙內氣體組分及艙內大氣壓力；在測試井液、污油水/浮油回收艙儲液前或排液時用氮氣置換艙內易燃、易爆、有毒氣體，將艙內最后混合氣體組分降至臨爆點以下；外輸結束后吹掃測試井液、污油水及浮油回收注入及外供管線。氮氣發生裝置報警系統將延續至機艙集控室及駕駛臺。

主要設備及組成：空壓機，冷干機（空氣凈化單元），主管路過濾器，高效除油過濾器，空氣罐，制氮機，氮氣罐，吸附塔，氧分析儀，渦街流量計，主控制箱。

目前行業內氮氣發生器有PSA分子塞和滲透膜式兩種類型，滲透膜式的純度較高，用于化學品船純度要求較高的貨品。鑒于耗能低，維護成本低，安裝空間小，操作便利和船東使用習慣統籌考慮，本船選用了PSA分子塞形式的氮氣發生器。

此套設備為四個撬塊。兩臺空壓機為獨立兩個撬塊，空氣凈化為整體部分（包括空氣干燥器，油濾器等），制氮為一個撬塊。在布置時制氮撬塊要放在通風的空間，氮氣濃度檢測裝置在危險區域內的電氣設備為防爆型（防暴等級：IIA-T3），電信號傳輸需加防爆隔離柵防爆保護.

設計組合優化

1、原系統設計

空間狹小，設備繁多是海輔船的一大特點。機艙和設備艙的擁擠程度非普通運輸船型可比擬的.氮氣發生器和散貨系統的布置如圖1所示， 放置于機艙內上下相鄰的兩層處所..兩套系統均配有獨立的服務用空壓機。

2、系統優化組合的考慮

浮油回收用氮氣系統和散裝水泥運輸系統都需要用到壓縮空氣作為動力源，而船上柴油機也有啟動空壓機和全船雜用空壓機，我們試著將幾種空壓機進行組合，盡量減少船上設備的種類和數量。我們設想了另外兩種方案。

方案一： 原方案

方案二：氮氣和散貨空壓機由原來的各兩臺，組合成3臺，一大兩小（兩廠家已達成協議）

方案三：氮氣和散貨空壓機，由兩臺散貨空壓機替代（在協議之后的方案）

船級社對制氮空壓機和干散貨空壓機是否獨立于主空壓機或相互獨立不做要求，主空壓機可用作其它用途。兼顧操作的安全可靠及便利性，船舶公司使用習慣，人員配備等多方面因素，權衡利弊，船東最后還是選用原方案.由于上述兩個系統不會同時使用，且船公司操作這兩個系統的船員為同一批船員，因工作有繼承性和熟練性，按規程操作不會有誤操作的可能.散料運送系統對海輔船來說任務較多，而浮油回收任務較少，設備使用頻率也少，干散貨空壓機50%的容量剛好是氮氣發生器的100%容量要求，且空壓機有這樣的兩檔設計，所以，方案三的優勢明顯，只是該項目時間緊，沒能進一步細化研究，在以后的應用中，應優先考慮方案三。

3、三種方案的優劣比較

跨行業整合并優化設計的展望

此次環保型海輔船的設計建造，給我們帶來了認識海洋平臺領域并與之合作的一個機會。以后特殊領域的特殊要求的運輸工具會隨著社會科技的發展不斷的涌現，與此類似的跨行業交叉領域的船舶設計將是船舶領域的一個新的經濟增長點。因此對設計人員深度了解和理解船東的需求，將提到一個更高的層次。在深入了解客戶使用習慣，工況要求的過程中，不斷完善設計，兼顧船舶通用性和特殊領域特殊系統的要求，實現跨行業融合設計，使系統簡潔，易操作，維護簡單，同時降低船舶的建造和使用成本的實踐方面，將迎來一個新的局面。另外，如何在保證運營安全，避免誤操作下的系統簡化，是值得我們設計人員深入研究的課題。

參考文獻：

[1] 中國船級社鋼制海船入級規范.北京人民交通出版社，2013

[2] Solas國際海洋人命安全公約 2010年綜合版本 國際海事組織

[3] Marpol國際海洋防止船舶污染公約 1999年合訂本 北京人民交通出版社

[4] IBC CODE 國際散裝運輸液體危險化學品船舶的構造和設備規則

2000年合訂本 中華人民共和國海事局

[5]IMDG CODE國際海上危險貨物運輸規則 2012版 國際海事組織

[6] <<船舶設計實用手冊>> 國防工業出版社

（第一作者單位：廣州黃埔文沖船廠）

摘 要：以6000HP環保船為藍本，對環保類多功能海輔船壓縮空氣系統從設備選型到系統設計，進行了比較分析式的初步研究.提出了跨行業技術優化整合的優勢和必要性，它也將是特殊船舶設計的趨勢，以期為以后該類船舶的選型設計提供參考和借鑒作用。

關鍵詞：環保船 海輔船 散料系統 氮氣系統 空氣壓縮系統 特殊系統 船舶設計

課題的提出

隨著我國海洋開發進程的加速，海輔船的國內自主設計和制造，船上特殊系統設備的國產化，都給我們帶來了新的研究課題和行業發展的空間。本文將以我國自主設計和制造的6000HP海洋輔助環保船為藍本，對海輔船特殊系統的設計和設備選型的優化進行闡述。

就通用性而言，船舶只是一個普遍意義上的運輸工具.當他被應用于某個特殊行業時，就必須適應該行業的要求，滿足客戶定制需求，將某些特殊系統安裝在船上并與船上服務系統統籌結合，而不是簡單的疊加，兩個領域的設計理念互相借鑒和滲透，讓船舶設計在創新的路上可以走得更遠，這應該視為現代意義上船舶設計和建造概念的拓展，也成為了減少船舶建造和使用成本的一個突破口。

海輔船的特殊系統

本文所述的海洋工程輔助環保船主要特殊系統包括：干散貨運輸，浮油回收，一級對外消防等，這也是大多數海輔船共有的特殊系統。本文將對干散貨系統和氮氣系統的選型和綜合布置設計進行探討，作為該類型船舶特殊系統設計研究的一個實例.這兩個系統中空壓機都是其核心動力源。

該船入級中國船級社CCS， 船級符號為：

1、干散貨系統

該系統用于裝載比重在0.96 和2.5間的干貨，全船共設4個立式鋼質貨罐，共170m3， 分為兩個前、后獨立的系統，能通過兩套獨立管系裝載/卸載兩種不同貨物，加料和出料采用公共管道，兩臺空壓機可以互為備用，透氣為單獨管。干散貨罐設計壓力0.6 MPa。

能從位于駕駛室后控制站的集中控制面板上操縱裝/卸貨，ECR集控臺上設系統監視面板。

散料系統系統主要設備及組成：①散料罐；②空氣壓縮機組；③冷凍式空氣干燥機組；④閥件及接頭；⑤儀表與傳感器；⑥旋風除塵器和集灰罐；⑦噴射泵系統及氣動閥門供氣系統；⑧控制系統（由船廠負責提供電纜和安裝）；⑨管路系統及壓縮機和冷干機水冷卻系統（船廠負責提供設備和安裝）。

為了避免裝卸散裝水泥時污染海面，本船配備了旋風除塵器和集灰罐，該裝置為廠家非標準配置，訂貨時特別提出.由于本船空間狹小，選擇了內置式除塵器。氣動閥門供氣系統由船上控制空氣系統提供。

2、氮氣發生裝置系統

該船油井測試液和閃點低於60C的浮油回收液及輕柴油共用貨艙。船服務海域的油井測試液經化驗有硫化氫氣體.本船油井測試液和浮油回收艙共4個，總體積495m3，不受SOLAS第II-2章B部分第5.5節和marpol要求大于20000噸級以上液貨船需要裝惰性氣體的要求的限制：本船也不受IBC CODE 17章所列貨品的限制要求.但船東出于安全考慮要求配備氮氣發生器.按中國船級社CCS，第6篇第4章 第2節要求一般氮氣發生器應由兩臺空壓機提供氣源，且平均負擔總容量，且互為備用。

該船氮氣發生器容量為250m3/h， 氮氣用來控制浮油回收艙內氣體組分及艙內大氣壓力；在測試井液、污油水/浮油回收艙儲液前或排液時用氮氣置換艙內易燃、易爆、有毒氣體，將艙內最后混合氣體組分降至臨爆點以下；外輸結束后吹掃測試井液、污油水及浮油回收注入及外供管線。氮氣發生裝置報警系統將延續至機艙集控室及駕駛臺。

主要設備及組成：空壓機，冷干機（空氣凈化單元），主管路過濾器，高效除油過濾器，空氣罐，制氮機，氮氣罐，吸附塔，氧分析儀，渦街流量計，主控制箱。

目前行業內氮氣發生器有PSA分子塞和滲透膜式兩種類型，滲透膜式的純度較高，用于化學品船純度要求較高的貨品。鑒于耗能低，維護成本低，安裝空間小，操作便利和船東使用習慣統籌考慮，本船選用了PSA分子塞形式的氮氣發生器。

此套設備為四個撬塊。兩臺空壓機為獨立兩個撬塊，空氣凈化為整體部分（包括空氣干燥器，油濾器等），制氮為一個撬塊。在布置時制氮撬塊要放在通風的空間，氮氣濃度檢測裝置在危險區域內的電氣設備為防爆型（防暴等級：IIA-T3），電信號傳輸需加防爆隔離柵防爆保護.

設計組合優化

1、原系統設計

空間狹小，設備繁多是海輔船的一大特點。機艙和設備艙的擁擠程度非普通運輸船型可比擬的.氮氣發生器和散貨系統的布置如圖1所示， 放置于機艙內上下相鄰的兩層處所..兩套系統均配有獨立的服務用空壓機。

2、系統優化組合的考慮

浮油回收用氮氣系統和散裝水泥運輸系統都需要用到壓縮空氣作為動力源，而船上柴油機也有啟動空壓機和全船雜用空壓機，我們試著將幾種空壓機進行組合，盡量減少船上設備的種類和數量。我們設想了另外兩種方案。

方案一： 原方案

方案二：氮氣和散貨空壓機由原來的各兩臺，組合成3臺，一大兩小（兩廠家已達成協議）

方案三：氮氣和散貨空壓機，由兩臺散貨空壓機替代（在協議之后的方案）

船級社對制氮空壓機和干散貨空壓機是否獨立于主空壓機或相互獨立不做要求，主空壓機可用作其它用途。兼顧操作的安全可靠及便利性，船舶公司使用習慣，人員配備等多方面因素，權衡利弊，船東最后還是選用原方案.由于上述兩個系統不會同時使用，且船公司操作這兩個系統的船員為同一批船員，因工作有繼承性和熟練性，按規程操作不會有誤操作的可能.散料運送系統對海輔船來說任務較多，而浮油回收任務較少，設備使用頻率也少，干散貨空壓機50%的容量剛好是氮氣發生器的100%容量要求，且空壓機有這樣的兩檔設計，所以，方案三的優勢明顯，只是該項目時間緊，沒能進一步細化研究，在以后的應用中，應優先考慮方案三。

3、三種方案的優劣比較

跨行業整合并優化設計的展望

此次環保型海輔船的設計建造，給我們帶來了認識海洋平臺領域并與之合作的一個機會。以后特殊領域的特殊要求的運輸工具會隨著社會科技的發展不斷的涌現，與此類似的跨行業交叉領域的船舶設計將是船舶領域的一個新的經濟增長點。因此對設計人員深度了解和理解船東的需求，將提到一個更高的層次。在深入了解客戶使用習慣，工況要求的過程中，不斷完善設計，兼顧船舶通用性和特殊領域特殊系統的要求，實現跨行業融合設計，使系統簡潔，易操作，維護簡單，同時降低船舶的建造和使用成本的實踐方面，將迎來一個新的局面。另外，如何在保證運營安全，避免誤操作下的系統簡化，是值得我們設計人員深入研究的課題。

參考文獻：

[1] 中國船級社鋼制海船入級規范.北京人民交通出版社，2013

[2] Solas國際海洋人命安全公約 2010年綜合版本 國際海事組織

[3] Marpol國際海洋防止船舶污染公約 1999年合訂本 北京人民交通出版社

[4] IBC CODE 國際散裝運輸液體危險化學品船舶的構造和設備規則

2000年合訂本 中華人民共和國海事局

[5]IMDG CODE國際海上危險貨物運輸規則 2012版 國際海事組織

[6] <<船舶設計實用手冊>> 國防工業出版社

（第一作者單位：廣州黃埔文沖船廠）