雙燃料化學品船液貨系統優化設計及安裝

芮曉松 汪朝暉

（中航鼎衡造船有限公司 揚州225217）

引 言

化學品船的液貨系統，一般有兩種形式，即一艙一泵式和集中貨泵式。一艙一泵是每個液貨泵服務于一個液貨艙，每個液貨艙均可獨立裝載一種貨品，每個液貨泵配置單獨的超級掃艙管，保證液貨殘留滿足規范要求，營運靈活性大大提升，但初期投入較高，目前化學品船基本采用一艙一泵的布置。而集中貨泵式是通過同一液貨管路進行液貨輸送，系統簡單，操作方便，但裝運貨品單一，營運靈活性差，液貨殘留難以滿足規范要求，目前已逐漸被淘汰。［1］

16 300 t化學品船屬于G型貨艙可裝載滿足IMO-Ⅱ貨品要求的化學品船。該船采用兩艙一泵式液貨泵布置方案，同時裝卸7種不同貨物。每個液貨泵同時為兩個液貨艙分別進行液貨輸送。在滿足船東對裝卸時間以及裝載液貨品種要求的情況下，該系統能保證液貨殘留量滿足規范小于75 L的要求。充分考慮了綠色環保和低成本消耗的設計理念，以達到并減少設備投入及滿足簡化系統布置的要求。

1 兩艙一泵和一艙一泵的液貨系統分析

16 300 t化學品船是為北歐船東設計的雙燃料化學品船，在特定的航區運營。總長147 m，型寬22 m，設計吃水8.7 m，設計和建造滿足BV船級社的規范和要求。液貨艙總容量為16 802.6 m3，主要包括2個污油艙，2個貨物泄放艙，14個獨立液貨艙，其中，液貨艙分為7組，每組分為左右舷各一個，每組液貨艙的容量均不相同，其中以第5組艙（左右艙）的容量最大，為2 967.6 m3。液貨艙分布見圖1。

圖1 液貨艙分布圖

液貨泵的排量取決于卸貨所需時間，化學品船的總卸貨時間一般為8~20 h，根據碼頭裝卸貨時間而定。本船根據船東實際操作要求，全船貨物的一次性排放時間為9 h，即所有液貨泵同時工作并通過各自總管卸貨的總時間為9 h。液貨泵的排量設計，必須保證所有液貨艙在規定時間內卸載完畢。其中第1組液貨艙（827+821）與第5組液貨艙（1 482+1 480）的艙容差距最大，大約相差1 300 m3，理論上第1組液貨艙和第5組液貨艙的液貨泵應該選擇不同型號，然而為保證船舶設備及其零部件的通用性，以及備件的采購和后期的維護保養，在工程實際中通常會統一選取滿足最大液貨艙裝卸排量要求的液貨泵。［2］

隨著電機技術的不斷發展，電動液貨泵因系統簡單、成本低廉、維修簡便等優點越來越被船東接受。本船液貨泵選用電動泵。電動泵的選型由排量、功率等主要參數確定。

1.1 兩艙一泵液貨泵的總排量計算

（1） 液貨泵的總排量按式（1）計算［3］：

式中： qvp 為液貨泵總排量，m3/h；Gw為裝卸貨油總質量，t；T 為 要求總卸貨時間（包括掃艙），h；ρ∞為液貨油密度，ρ∞=1.025 t/m3；b1為貨油排出系數，b1=1.1；b2為考慮掃艙在內的時間系數，b2=1.1~1.2。

以第5組艙艙容計算，艙容為2 962 m3，取有效艙容（95%）2 813.9 m3，設計總排放時間為9 h，液貨泵排出系數為1.1，液貨比重按海水為1.025，粘度為1.0 CST，設計總壓頭1.20 MPa。考慮掃艙在內的時間系數取1.2［4］。將數據代入式（1），得qvp = 413.5 m3/h 。根據貨泵實際規格，選取液貨泵的排量為 450 m3/h。

1.2 兩艙一泵液貨泵的功率計算

液貨泵的功率按式（2）計算：

式中：Nb為 軸功率，kW；Ne為 有效功率，kW；Q 為泵的流量，m3/s；H 為泵的壓頭，m；η 為泵的效率，一般為0.75~0.85；ρ 為貨油密度，kg/m3；g 為 重力加速度，N/kg。

取液貨泵的效率為0.79，代入數據求得：液貨泵的有效功率為147 kW，所需的軸功率約為194 kW。

1.3 兩艙一泵液貨泵的型號及基本參數

根據液貨泵的流量、揚程和功率等參數可選取深井泵的型號為瓦錫蘭DW200/250-2-K，具體參數見表1。

表1 液貨泵性能參數表

1.4 一艙一泵的型號及基本參數

液貨系統采用一艙一泵，其他條件不變，液貨艙單艙艙容取5號艙右1 482 m3，重新計算qvp =207.8 m3/h 。根據貨泵實際規格可選取液貨泵的型號為瓦錫蘭DW132/150-3-K，具體參數見表2。

表2 液貨泵性能參數表

1.5 一艙一泵與兩艙一泵液貨系統比較

兩艙一泵與一艙一泵式液貨系統相比，液貨泵數量減少50%，單泵相對功率及排量增加，液貨泵的成本提高并不大。輸送系統減少50%的管子，甲板面管路布置更加簡單。降低了船舶設計建造工作的難度。在滿足裝載要求的情況下，經濟性更高，船舶的初步投資成本最小。

2 兩艙一泵的布置特點及工作方式

兩艙一泵液貨系統每組液貨艙安裝1臺液貨泵，泵體布置在右舷液貨艙內，單組艙液貨系統圖參見圖2。

圖2 1號艙貨油系統圖

液貨泵采用左右兩個吸口的深井泵，吸入口布置在左右艙的吸油井內，如圖3所示。以第1組液貨艙左舷艙為例，液貨排放時，所有閥組初始狀態均為關閉，打開1號液貨泵左舷主吸入口蝶閥、液貨泵出口蝶閥以及橫跨管蝶閥，管道構成通路后啟動液貨泵將左舷貨油排出；當艙內大部分液貨排放完畢后，關閉主吸入口蝶閥和液貨泵出口蝶閥，打開掃艙管路上的球閥，剩余液貨經掃艙管止回閥從掃艙管線排放至橫跨管蝶閥的排放端，或者是經掃艙管線直接排入污油艙。液貨裝載時，所有閥組初始狀態均為關閉，打開橫跨管遙控蝶閥和貨油艙內液貨主管上的支管蝶閥，液貨經橫跨管和主排放管直接裝載至液貨艙內。

圖3 實船液貨泵布置三維圖

化學品船的液貨殘留量是考核液貨系統設計成功與否非常重要的指標。MARPOL附則Ⅱ的基本原則是，貨品必須盡可能排放至無殘留液貨在貨艙內，管路布置及系統設計需要符合殘留量小于75 L的要求。兩艙一泵的液貨系統比一艙一泵減少一路液貨管，液貨管中的殘留量相比減少50%。系統在液貨泵末端增加一個吸油桶，通過吸油桶聯系位于左右兩個液貨艙的吸口，并在吸油桶中增加一套掃艙單元。系統通過正常液貨卸載后，掃艙單元將吸油桶內抽成真空，打開吸入管遙控閥將其吸入管內的殘留液貨抽到吸油桶中，通過掃艙單元排出。兩艙一泵液貨系統有一路獨立的超級掃艙管路，并在管路末端設置一個可調整高度的掃艙吸口，初步掃艙完成后，超級掃艙系統開始工作，將僅存在液貨管路吸口以下的殘留液貨排出艙內。根據實船檢驗數據，單艙最大液貨殘留量小于10 L，遠小于標準要求。

為保證系統正常，液貨泵、吸油桶和超級掃艙管的安裝顯得尤為重要。

3 液貨泵的安裝工藝

3.1 液貨泵的安裝條件

在船舶主體成型后開始安裝，主體成型即是液貨泵所在的液貨艙室相鄰分段大合攏焊接/校正完畢，相應分段中甲板上較大的設備擺放到位，周圍無震動性和敲打作業，無陽光直射等條件。

3.2 貨泵安裝的前期主要安裝項目

吸油桶和中間支撐座吊裝進艙并安放到位，液貨泵甲板基座安放到位，馬達基座安放到位。

3.3 對 中

液貨泵安裝前，需確保吸油桶的導環和液貨泵甲板基座法蘭對中。對中步驟如下：

（1）將吸油桶放于艙內正確位置。

（2）將廠家提供的對中法蘭安放于液貨泵甲板基座上，激光器安裝于對中法蘭上。用激光器校準液貨泵甲板基座，使其中心與導環中心在要求的范圍內（見圖4）。測量并根據安裝圖調整液貨泵基座法蘭與艙底的距離。

圖4 液貨泵甲板基座校中示意圖

（3）將液貨泵基座點焊并對中檢查，液貨泵基座法蘭中心與導環中心允許的最大偏移為±10 mm，吸油桶需保證在每一側有最小10 mm的調整量。檢查安裝高度，如在要求范圍內，可將貨泵基座滿焊，焊接時激光器不要移除，隨時檢查對中情況。

（4）檢查吸油桶與貨泵基座法蘭間的距離。如間距滿足液貨泵高度要求，可焊接吸油桶基座。

（5）精確對中前，需用塞尺檢查對中法蘭與貨泵基座法蘭的間隙，應在0.4 mm內。

3.4 液貨泵安裝

對中完成后，根據液貨泵甲板基座位置，將液貨泵吊裝到位，并固定完成。

4 結 語

本文以16 300 t化學品船液貨系統為研究對象，進行液貨泵系統選型的設計計算。闡述了兩艙一泵的布置特點和安裝工藝。兩艙一泵液貨系統通過減少液貨主管路，在液貨泵末端增加一個吸油桶和布置一路獨立的超級掃艙系統等手段，使掃艙后液貨殘留量小于10 L。通過對化學品船的兩種液貨系統進行對比和研究，在滿足船東裝卸時間要求的情況下，兩艙一泵系統簡化了甲板及液艙艙內管路布置，降低了建造成本；并可為同船型的液貨系統設計提供參考。