淺析壓載水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

紀(jì)雅微 顏建軍

摘 要：壓載水系統(tǒng)在船舶以及海工項(xiàng)目的系統(tǒng)配置中承擔(dān)著重要的不可或缺的位置，本文從該項(xiàng)目的系統(tǒng)配置，設(shè)計(jì)要點(diǎn)，壓載水處理單元的應(yīng)用等方便闡述了系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意的問(wèn)題及解決方法。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)配置 計(jì)算要點(diǎn) 壓載水處理單元

1系統(tǒng)組成及概述

壓載水系統(tǒng)主要由海底門，海底門聯(lián)通管，壓載水泵，壓載水處理單元，壓載水艙，掃艙泵，閥門附件，控制儀表組成，該系統(tǒng)的主要作用是根據(jù)船舶運(yùn)營(yíng)的需要，通過(guò)壓載水泵，壓載水處理單元，閥門，壓載管路對(duì)壓載艙進(jìn)行壓載水的注入和排出，調(diào)整船舶的橫傾，縱傾，吃排水減小過(guò)大的彎矩和剪切力以降低船體震動(dòng)，以保證船舶在航行時(shí)能夠達(dá)到一定的航行能力。

2計(jì)算要點(diǎn)

壓載水系統(tǒng)的計(jì)算可以分為三部分，首先為海底門的確定，其次為壓載泵大小的確定，最后為系統(tǒng)管徑的確定.

2.1海底門濾網(wǎng)流通面積要求

以DNV-GLJuly2016（Part4Chapter6Section52.3.2）規(guī)范的要求為例，所有的海底門都要安裝濾網(wǎng)，并且濾網(wǎng)上面孔的總流通面積應(yīng)該至少大于2倍的海水進(jìn)口閥門的流通面積。不同的規(guī)范對(duì)此流通面積的要求各不相同，其中ABSMarch2018（Part4Chapter6Section29.13.5）濾網(wǎng)孔的總流通面積應(yīng)至少大于1.5倍的海水進(jìn)口閥門的流通面積。具體的流通面積應(yīng)因項(xiàng)目滿足規(guī)范的不同而查找相應(yīng)的規(guī)范，并滿足要求。

2.2壓載泵的選擇

（1）壓載泵類型的選擇。主壓載泵通常選用普通離心泵，也有的項(xiàng)目因泵的工況點(diǎn)過(guò)多會(huì)選用變頻泵，其中南通中遠(yuǎn)船務(wù)設(shè)計(jì)建造的N829風(fēng)車安裝船的壓載泵因由三個(gè)工況點(diǎn)而選用了變頻泵，工況點(diǎn)1為正常打壓載水不經(jīng)過(guò)壓載水處理單元的時(shí)候，此時(shí)需水量為1500m3/h@2.5bar。工況點(diǎn)2為壓載水經(jīng)過(guò)壓載水處理單元的時(shí)候（壓載水處理單元的處理量為750m3/h），此時(shí)需水量為750m3/h@3.7bar。工況點(diǎn)3為系統(tǒng)掃艙的時(shí)候壓載泵會(huì)給掃艙的噴射泵作為驅(qū)動(dòng)水，此時(shí)壓載泵的需水量為620m3/h@5bar。

對(duì)大型船舶及海工項(xiàng)目壓載系統(tǒng)除了主壓載泵外還會(huì)配備一臺(tái)或多臺(tái)掃艙泵，用來(lái)清除大排量的壓載泵不能吸出的殘留壓載水，通常此泵會(huì)選用噴射泵，噴射泵的驅(qū)動(dòng)水來(lái)源因項(xiàng)目的不同而不同，大部分項(xiàng)目會(huì)選用壓載泵作為掃艙泵的驅(qū)動(dòng)水，也會(huì)有項(xiàng)目會(huì)選用消防水作為掃艙泵的驅(qū)動(dòng)水。掃艙泵如果技術(shù)規(guī)格書中沒(méi)有做額外的要求，其排量可以按照如下公式進(jìn)行計(jì)算Q=K×壓載泵排量（m3/h），K通常取0.1-0.2。

（2）壓載泵排量及個(gè)數(shù)的確定。壓載泵的排量首先要滿足規(guī)范的要求，例如半潛式的平臺(tái)壓載系統(tǒng)的排量要滿足從操作水線到風(fēng)暴水線的排除時(shí)間要在3小時(shí)之內(nèi)，這個(gè)要求會(huì)對(duì)泵的大小選擇產(chǎn)生決定性的影響，Theballastsystemistoprovidethecapabilitytobringtheunitorinstallation，whileinanintactcondition，fromthemaximumnormaloperatingdraughttoaseverestormdraught，within3hours。（規(guī)范摘自DNVGL-OS-D101Part2Section33.1.2）南通中遠(yuǎn)船務(wù)建造的N380圓筒形生活平臺(tái)當(dāng)時(shí)跟DNV澄清壓載水排出時(shí)間的時(shí)候，DNV也要求按照半潛式的3小時(shí)來(lái)進(jìn)行計(jì)算泵的排量，所以遇到非常規(guī)形狀的海工項(xiàng)目時(shí)壓載泵排量的計(jì)算可以事先跟各船級(jí)社進(jìn)行溝通，確定需要滿足的規(guī)范要求，然后進(jìn)行計(jì)算。

壓載泵的排量在滿足規(guī)范要求的前提下還需要跟船東進(jìn)行壓載水注排水時(shí)間的確定，不同的船東因船舶的工況和實(shí)際操作的不同，對(duì)注排水時(shí)間的要求也不一樣，有的船東要求為12小時(shí)，有的船東要求為24小時(shí)，具體以跟船東確定的時(shí)間

為準(zhǔn)。

泵的總排量=總壓載水量÷所需要的排水時(shí)間×1.25

（3）壓載泵壓頭的確定。壓載泵的壓頭跟管子的阻力損失，壓載水經(jīng)過(guò)壓載水處理單元的阻力損失及壓載水排弦外的高度有關(guān)系，確定泵的壓頭是否足夠需要將各部分的管子阻力損失加起來(lái)來(lái)確定，通常泵的壓頭不會(huì)超過(guò)5Bar。

2.3壓載管路的確定方法

（1）海底門與壓載水泵之間的管路尺寸。這部分管路分為兩部分，一部分為海底門聯(lián)通總管，其尺寸需要將此根管路上所有的取水用戶水量需水量之和加起來(lái)，然后計(jì)算系統(tǒng)的流速，海水系統(tǒng)的流速以項(xiàng)目規(guī)格書為準(zhǔn)，通常流速按照最大2m/s進(jìn)行計(jì)算。

（2）壓載泵后的管路尺寸。壓載泵后的管路尺寸根據(jù)泵的流量進(jìn)行計(jì)算，管子的流速根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目規(guī)格書保持一致，如果規(guī)格書沒(méi)有界定系統(tǒng)流速，系統(tǒng)選用了碳鋼鍍鋅管，最大流速為3m/s，如果系統(tǒng)選用了玻璃鋼管，系統(tǒng)的最大流速可按照4m/s進(jìn)行計(jì)算并提交系統(tǒng)流速給船東進(jìn)行確認(rèn)。

因?yàn)殡x心泵的特性曲線的關(guān)系，所以泵的實(shí)際排量可能不是原先的預(yù)定值，此時(shí)需要對(duì)系統(tǒng)的管子進(jìn)行阻力計(jì)算以確保泵的實(shí)際排量是符合要求的預(yù)定泵排量，此過(guò)程需要反復(fù)修正管子的尺寸以達(dá)到預(yù)先計(jì)算的泵排量.

3壓載水處理單元

壓載水處理單元的類型分為紫外線消毒形式，電解催化形式，膜分離法等形式，通常紫外線消毒形式因?yàn)槠浒踩院徒?jīng)濟(jì)性更為常用。

南通中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司設(shè)計(jì)建造的N829項(xiàng)目為一艘5000噸海上風(fēng)電安裝船，該風(fēng)電安裝船滿足全球海域作業(yè)，入籍挪威船籍社，風(fēng)電安裝船按DP3級(jí)別要求裝備8臺(tái)的推進(jìn)器，并具備DP2環(huán)網(wǎng)運(yùn)行功能，每臺(tái)發(fā)電機(jī)由雙燃料的主機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，可進(jìn)行柴油和燃?xì)鈨煞N模式的互換。該類型的主機(jī)滿足IMOTierIII的要求，能滿足無(wú)限航區(qū)的要求。系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求高，在壓載水系統(tǒng)上需要滿足BWM-T的要求，該項(xiàng)目采用了紫外線消毒形式的壓載水處理單元，該單元主要由濾器，反沖洗泵，UV，控制閥門儀表等組成（圖1示例了系統(tǒng)的內(nèi)部組成及原理）。其中反沖洗泵排出來(lái)的反沖洗水排舷外應(yīng)盡可能的單獨(dú)排放并遠(yuǎn)離其它排舷外點(diǎn)，如果因特殊情況必須要跟壓載水拍弦外管路合并時(shí)需要放在圖3取樣點(diǎn)的下游。

上述僅為其中一種UV類型的壓載水處理單元，圖3示列了另外一種UV壓載水處理單元，以AlfaLaval廠家為例，該種類型的壓載水處理單元主要由濾器，濾器旁通管，反應(yīng)器，控制箱，流量計(jì)，溫度傳感器，壓力傳感器，控制箱等組成，該種類型較上述類少了出水管的增加泵，故在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候要充分考慮各排出口的壓力大小是否滿足排出點(diǎn)所需壓力要求，除此之外此種類型的壓載水處理單元的安裝要求，設(shè)備檢修要求等都與上述有所區(qū)別，在設(shè)計(jì)的時(shí)候需要詳加注意并予以區(qū)分。

壓載水處理單元在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候需要給出旁通管，以便在應(yīng)急情況下壓載水仍然能夠通過(guò)旁通管路進(jìn)行注入和排出（圖2給出了旁通管路的示例）。壓載水從壓載艙吸入經(jīng)過(guò)壓載水泵及壓載水處理單元以后的排舷外水管路上要設(shè)有取樣點(diǎn)，取樣點(diǎn)的安裝位置應(yīng)盡可能的靠近排舷外的點(diǎn)，并遠(yuǎn)離T字口（圖4示意了取樣點(diǎn)的安裝位置要求）。為了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)打壓載水的水量，通常在壓載泵的后面會(huì)裝有流量計(jì)，以檢測(cè)系統(tǒng)打壓載水的水量是否跟壓載水的處理量相匹配，管路系統(tǒng)在進(jìn)行流量計(jì)的布置時(shí)應(yīng)按照流量計(jì)的類型充分考慮流量計(jì)前后直管段要求，以保證流量計(jì)的監(jiān)測(cè)更加準(zhǔn)確。

壓載系統(tǒng)在任何工況下都不允許有沒(méi)經(jīng)過(guò)處理的壓載水進(jìn)入壓載艙，排舷外或作為掃艙泵的驅(qū)動(dòng)水，這一點(diǎn)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候需要多加注意.另外此系統(tǒng)通常會(huì)跟掃艙系統(tǒng)有所關(guān)聯(lián)，當(dāng)船舶處于壓載狀態(tài)和掃艙狀態(tài)所需要的開(kāi)啟的閥門各不相同，為了能直觀方便的觀看各狀態(tài)的開(kāi)啟閥門開(kāi)啟關(guān)閉是否正確，可在系統(tǒng)圖內(nèi)將每種操作狀態(tài)相關(guān)的閥門開(kāi)關(guān)情況進(jìn)行羅列。

結(jié)語(yǔ)：壓載系統(tǒng)是船舶及海洋工程項(xiàng)目中最基本也是最重要的系統(tǒng)之一，此文所述僅為本人自工作以來(lái)在此系統(tǒng)設(shè)計(jì)中涉及的設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及船東，船檢意見(jiàn)，后續(xù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)局限于本文所述，更應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目規(guī)格書，規(guī)范以及掛旗國(guó)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)（輪機(jī)分冊(cè)）

[2] WartsilaAQUARIUSUVInstallationinstructions

作者簡(jiǎn)介：顏建軍（1975-），男，江蘇泗陽(yáng)人，工程師，主要從事海洋工程平臺(tái)建造及研究方面工作。