淺析惰氣系統在油輪的應用

張允明

(營口港務集團有限公司,遼寧營口 115007)

淺析惰氣系統在油輪的應用

張允明

(營口港務集團有限公司,遼寧營口 115007)

惰氣系統是防止油氣燃燒、爆炸,保證油輪安全的重要系統。本文結合實際,對油輪惰氣系統進行了系統介紹。講解了油輪惰氣系統防火防爆的工作原理;船用惰氣系統的組成,最后,根據船舶規范要求,提出了惰氣系統的維護保養要求。

油輪 安全 惰氣系統 維護保養

1 惰氣在油輪上的應用現狀

隨著世界經濟的高速發展，石油已成為生產生活不可或缺的重要能源，而油輪船隊隨著石油需求不斷擴大，事故發生率增加，不僅造成人命財產損失，其海洋污染對人類及生態的影響更為嚴重和深遠！為此油輪的安全防控得到了高度的重視。而惰氣系統正是通過向貨油艙內充注惰性氣體以使其中的氧氣濃度低于爆炸極限，從而防止火災及爆炸事故，有效保證了油船的安全。主要表現在有以下幾個方面：空油艙惰化；在貨油的卸載作業期間的正壓保持；排壓載水防止空氣進入及正壓保持；原油洗艙和清洗油艙的惰氣供給；油艙驅氣等其他需要進行隔艙和充惰情況。

2 惰氣系統工作原理及操作要求

在油船上通常遇到的烴氣，在含氧量低于11%體積比的大氣環境中就不能燃燒。防止貨油艙起火或爆炸的方法之一就是保持含氧量低于這一水平。為了減少油艙的空氣含量并由此降低其氧氣含量而使艙氣達到不可燃狀態，現代油輪基本都安裝了惰氣系統。惰氣系統是保證油輪安全有效操作的重要設備。它把固定設備產生的的惰氣經過處理合格后輸送到各個油艙中以降低艙氣的含氧量，從而達到安全操作目的。

防火防爆原理可由圖2．1(烴/空氣/惰氣混合氣圖)得以說明，該圖以烴氣/空氣的混合比表明烴氣與氧氣之間的關系。

圖2．1中的橙色區域為可燃/可爆混合氣體區域，在作業中應盡量避免貨艙中的氣體進入這一區域。可燃限度值因不同烴氣純度和不同石油液體所生成的混合氣而變化，通常把原油油氣的可燃下限和可燃上限(LFL和UFL)分別取為1%和10%的體積比。這兩個數值在上圖中以AB線上的C點和D點表示。圖上任意點都代表在烴氣含量和氧氣含量的限定條件中烴氣、空氣和惰氣的混合氣體。

AB線表示無任何惰氣的烴氣與空氣的混合氣，AB線的傾斜代表氧氣含量隨著烴氣含量的的增加而減少。在AB線左邊的各點越是靠左邊，表示惰氣的比例越大、氧氣含量的百分比越小。隨著惰氣不斷加入到烴氣與空氣的混合氣體中，可燃范圍逐步縮小，直至達到表示LFL和UFL相匯合的E點。這一點相當于約為11%的含氧量。在這樣的含氧量水平，沒有任何烴氣/空氣的混合氣體能發生燃燒。在實際應用中為了留出安全余地，以8%的含氧量定為任何環境條件下烴氣/空氣的混合氣體不會燃燒的標準。因此，為了防止含有烴氣/空氣混合氣體的油艙發生起火或爆炸，就需要產生和供給含氧量通常不超過5%的惰氣用于置換油艙中存在著的空氣，直至最后整個艙的含氧量不超過8%體積比。

經過修正的國際海上人命安全公約(SOLAS 1974)要求，任何需要的氣流速率在惰氣總管中輸送含氧量不超過5%體積比的惰氣；除了要油艙除氣外，任何時候都能夠保持貨油艙處于正壓狀態并且含氧量不超過8%體積比。

圖2.1 烴氣、空氣、惰氣混合氣體-可燃混合氣體圖示

當空氣進入了惰化混合氣體中，如圖中F點所表示，隨著空氣的逐漸進入，惰化混合氣體的成分沿著FA線而移動，于是就進入了可燃混合氣體的陰影區，這意味著在GA線(稀釋臨界線)上方整個范圍內的惰化混合氣體在空氣混合的過程中都要經過某一個可燃狀態的階段，例如，在進行除氣的作業中，就存在這樣的過程。在GA線下方，如H點所表示的惰化混合氣體，當空氣與它們混合時，都不會具備可燃性。這就表明通過引入額外的惰性氣體，即以驅氣的方法，可以把F點所代表的那種混合氣處理成H點所代表的另一種混合氣。

3 惰氣系統的組成

3.1 惰氣系統的分類

根據產生方式和使用方法的不同，惰性氣體系統目前分為兩類，一類氮氣瓶系統，另一類是惰性氣體發生系統。氮氣瓶系統意即船上裝有氮氣瓶組，船舶靠岸沖裝，量小成本高，一般是小型液貨船使用。惰性氣體發生系統，即惰性氣體在船上是不斷產生的，而非固定存儲的。根據產生方式的不同，可以分為煙氣式惰氣產生系統、中空纖維膜氮氣系統、變壓吸附式氮氣系統。

3.2 煙氣式惰氣系統

煙氣式惰氣是船用惰氣的主要形式，其產生方式主要由以下三種：

(1)煙氣式惰性氣體系統；煙氣式惰性氣體系統就是利用船上主輔鍋爐的煙氣，經過洗滌塔對其冷卻、除硫、除塵。檢驗合格的惰性氣體，通過風機經甲板水封送至惰氣總管分配到貨油艙中。該系統目前是船上最常用的一種。(2)惰氣發生器式惰性氣體系統；這種惰性氣體是由獨立發生器惰氣裝置提供，它通過在該裝置的燃燒室內燃燒一般的輕質柴油或重油，產生的煙氣經過冷卻和凈化處理后輸送到油艙。由于該裝置中有一套特殊的燃燒裝置及控制系統，使油燃燒充分，所以產生的惰氣質量較高，該系統產生的惰性氣體的含氧量在0．1%以下。這種惰性氣體系統就是我們船上常用的TOPPING UP GENERATOR那種，也常叫做惰氣發生器。一般在惰氣用量較大時如卸貨等，不用此系統。在惰氣用量小如滿載航行貨油艙需要補氣時，有時用此惰性氣體系統工作。(3)組合式惰性氣體系統；組合式惰性氣體系統既可以作為煙氣惰氣裝置使用，即冷卻凈化煙氣使之變為合格的惰性氣體，也可以作為獨立發生器惰氣裝置使用，即在空氣助燃下，燃燒油或燃氣產生高質量的惰氣，還可將柴油機或燃氣輪機排出的廢氣再燃燒，產生合格的惰性氣體。無論何種惰氣來源，所產生的惰氣在送往各貨油艙之前，都必須經過用水冷卻和洗滌，以清除其中的煙灰和含硫的酸性物質。

3.3 中空纖維膜氮氣系統

該系統使用空氣為原材料，經過空壓機、冷干機、以及關鍵的中空纖維膜組，使氧氣等快氣先滲透掉，后滲透的氮氣即為所需要的惰氣，局限性是氮氣產量小。

3.4 變壓吸附式氮氣系統

和中空纖維膜氮氣系統類似，關鍵的是用變壓吸附塔代替其中的中空纖維膜組，內填有碳分子篩，此法噪音比較大，但是可以通過附件純化裝置達到99．99%的氮氣，局限性是氮氣產量小。后兩種氮氣式惰氣系統一般不用在在大型的油輪上，有些小型液貨船用此系統。

3.5 煙氣式惰氣系統組成

油船煙氣式惰氣系統可分為惰氣產生、氣體隔離和惰氣分配三部分，每一部分均由多個設備組成。惰氣產生部分包括取氣閥、洗滌塔、風機和壓力調節閥；氣體隔離部分包括甲板水封、止回閥和甲板隔離閥；惰氣分配部分包括：甲板惰氣主管、P/V切斷器、分支管系和入艙閥。實船應用的惰氣系統包含多種不同的類型，油輪上普遍采用的是鍋爐煙氣和惰氣發生器組合式的惰氣發生系統。鍋爐煙氣式惰氣發生系統的設備眾多，主要包括取氣閥、洗滌塔、惰氣風機、壓力調節閥、甲板水封、甲板止回閥、甲板隔離閥、壓力真空閥(P/V閥)、壓力真空破壞器(P/V BREAKER)惰氣桅、氧氣分析儀等，每個設備、閥件均有自己獨特的功能，是系統不可或缺的。

4 惰氣系統維護保養要求

4.1 每月應安排的系統功能檢查試驗

檢查試驗應涵蓋如下功能：所有警報和脫開效用，煙氣隔離閥的功能效用，遙控及自動控制閥的操作效用，甲板水封及單向止回閥的功能試驗，惰氣風機的振動情況，水封前后的氣體漏泄檢查，吹灰的連鎖功能，固定/手提式氧氣分析儀的校驗及操作。

4.2 貨油艙氣體置換

通常有三種安排方法來進行氣體置換：惰氣上部進入上部排出-依據稀釋原理。惰氣下部進入上部排出-依據稀釋原理。惰氣上部進入下部排出-依據置換和稀釋原理。稀釋和置換方法的主要不同點在于：稀釋法的惰氣進艙速度高，而置換法的惰氣進艙速度低，經驗表明置換法的惰氣進艙速度如低至250mmwg，效果會很好，因多個艙可被同時進行氣體置換。實際操作中，可采用稀釋+置換的組合方法進行艙內除氣，效果更佳。氣體置換時有一點很重要，就是在喇叭口應是干的，即不能有水。水會阻礙IG的流通，克服的辦法可通過讓喇叭口有點傾斜。多艙一組同時充惰時，從上部進入的惰氣應保持200-250mmwg的壓力，氣體的排出應從底部且最好逐次通過各艙后排至大氣，應確保艙內含氧量低于8%，含氧量的測量應從不同高度處取樣。無論采用何種方法，也不論是進行充惰還是驅氣，至關重要的是含氧量或者烴氣的測量必須在艙內幾個不同高度和水平位置上進行以核實作業的效率。惰氣和石油氣的混合氣體排出時，與空氣混合時能夠成為可燃氣體。因此，從油艙排出石油氣時，對所應采取的常規安全措施不得有所松懈和疏忽。

5 結語

油輪惰氣系統是防止貨油艙內可燃氣體燃燒爆炸，確保安全操作的重要系統。并通過規范、有計劃的養護保證惰氣質量，從而有效的避免油輪的安全事故。