某救生船艙底水系統的優化

翦華軍，劉曉英

(1.海軍91999部隊，山東 青島 266011；2.武漢第二船舶設計研究所，湖北 武漢430064)

0 引言

艙底水系統是重要的船舶系統之一。一方面，在船舶正常航行時，可以將船舶艙底水有效地排出舷外，確保船舶運行安全；另一方面，在船舶發生緊急情況時，對船體破損出現的突發性大量進水也能快速排除。因此，艙底水系統在船舶運行過程中發揮著非常重要的作用。

某救生船運行近十年來，艙底水系統在實際使用過程中發揮了優勢，但同時也存在許多不足，主要表現在以下4個方面：一是機艙污水井位置布置不合理而且尺寸太小，不能滿足存儲油污水的要求；二是污水井吸口過濾器經常臟堵且不易清洗；三是機艙疏水泵排水效果差，不能正常工作；四是艙底水浸水報警傳感器誤報警較多，傳感器太靈敏。為此，本文分析了影響艙底水排除效果的主要原因，并提出了某救生船艙底水系統優化改進方案。

1 艙底水系統分析

1.1 艙底水系統簡介

船舶艙底水系統由污水井、艙底水報警傳感器、艙底排水泵、艙底水管路、油污水分離裝置、污油水艙及有關閥件等組成。前后機艙各有2個污水井，各種油污水排放到艙底，最后匯聚流到污水井內。每個污水井壁上部裝有艙底水報警傳感器。當污水井內裝滿水時，傳感器通過報警系統將報警信號傳輸到控制臺，然后發出報警告知值班人員。每個污水井內都設有吸口。吸口處裝有過濾器，用于過濾艙底水中的各類雜質，防止堵塞管路和損壞排水泵。

艙底水系統作用是負責將機艙里面的污水井和機艙中空艙的污水抽走。某救生船艙底水系統可分為艙底油污水處理系統、艙底疏水系統和應急排水系統3個部分。前兩個系統是用來處理正常情況下產生的艙底水，后一個系統是處理船體破損時機艙出現的突發性大量進水。機艙船體破損出現大量進水時，啟動前、后機艙壓載泵和后機艙1臺電動潛水型排水泵進行緊急排水。另外，前、后機艙各設有2臺排水噴射泵，可分別排除各自機艙的進水。

1.2 艙底水系統的基本性能

在后機艙底層布置1臺型號為ZYFM(NJ)-3艙底油污水處理裝置，其參數為：處理能力3 m/h，分離效果≤15 mg/L，排油控制方式為自動和手動。在后機艙底層布置1臺型號為65CLZ-6疏水泵，其參數為：排量25 m/h，壓力0.32 MPa。在前、后機艙壁中間位置各布置2個污水井用來收集艙底水。

1.3 艙底水系統分析

某救生船艙底水系統排水效果不理想，包括泵的自吸能力、船舶浮態性、雙層底形狀和其他關鍵的因素。

機艙前后壁正中間各布置有1個污水井，污水井的長、寬、高分別為0.6、0.5、0.4 m，污水井容積為0.12 m。

在后機艙底層左舷布置1臺型號為65CLZ-6疏水泵，其參數為：排量25 m/h，壓力0.32 MPa。疏水泵為自吸離心泵，安裝位置離機艙底平面0.9 m。吸入口安裝在污水井內。污水井高為0.4 m，水泵吸入口的真空高度則為1.3 m，最遠吸入口的距離為20 m。

(1)對于大型船舶的機艙來說，艙底水來源有管路、裝備、裝置等不正常工作導致漏泄的各種油污水、管壁艙壁的冷凝水、清洗甲板的沖洗水。前當污水井內的水不能及時排放處理時，遇到船舶搖擺等情況時，會導致整個機艙底平面都是油污水。水量較多時，一方面產生的大量自由液面會降低船舶穩性；另一方面是機艙起小火時，容易引起艙底大面積油火，對船舶生命力安全造成影響。

(2)采用油污水處理裝置排水情況分析。該救生船前后機艙污水井共有0.48 m的油污水，油污水處理裝置處理能力為3 m/h，9.6 min能將4個污水井內油污水處理完畢。當油污水處理裝置選用“人工啟動、自動停機”的工作方式，機艙值班人員必須人工啟動處理裝置。為防止污水井內油污水溢出，機艙值班人員必須整天在機艙內反復啟動油污水處理裝置。

(3)采用機艙疏水泵排水情況分析。前后機艙污水井共有0.48 m的油污水。用機艙疏水泵排水時，疏水泵的排量為25 m/h，只需要1.15 min就能將4個污水井內污水排完，也就是說水泵剛啟動就要停止排水泵。

(4)疏水泵是自吸離心泵，離心泵本身沒有自吸能力。所謂自吸，就是指泵的吸入管插在水中，吸入管和泵體內充滿空氣時泵啟動的吸取情況。自吸能力就是指泵自身有能力排除吸入管和泵體內的空氣而將液體吸入泵內。為了擴大離心泵的使用范圍，在離心泵上附設引水裝置，使其具有自吸能力。該疏水泵在吸水過濾器上方裝有自動啟閉止回閥來解決自吸能力，而自動啟閉止回閥在機艙油污顆粒等雜質的影響下不能自動關閉。當疏水泵停止后，進水管內是無法存儲油污水的，故疏水泵在使用過程中不能排除進水管和泵體內空氣。

離心泵在自吸時，離心泵的排出背壓是大氣壓力。離心泵吸入口所能建立的真空度為：

=

式中：為吸入口的直空度，Pa；為空氣密度，=1.293 kg/m；為重力加速度，=9.8 m/s；為水泵揚程，當疏水泵的出口壓力為0.32 MPa時，則=32 m。

經計算，=405.89 Pa。

因此，在大氣壓力作用下離心泵只能將水吸上0.4 m，而機艙疏水泵的實際安裝高度為1.3 m，遠遠超過這個高度。通過某救生船的實際排水情況分析，艙底水系統排水效果不好。一方面是疏水泵建立的真空度不符合要求；另一方面是通過給排水泵灌水來建立真空度后，水泵啟動頻繁等，船員剛啟動水泵排完污水后又要停泵，對泵的磨損較大。由于自吸能力不夠，也未采取可靠自吸的措施，無法保障艙底泵的有效掃艙。

2 優化改進方案

在保留現有艙底水系統的優點基礎上，對艙底水系統進行如下優化改進方案：

2.1 優化設計污水井位置和大小

(1)污水井位置。每個機艙污水井應當設置在后壁左右兩舷，便于機艙底部的污水流入污水井內。某救生船的污水井設置在前后壁正中間，船舶在航行中是左右搖晃的，不便于存儲機艙油污水和油污水流到正中間的污水井內。如果污水井在左右兩舷時，便于機艙油污水流入污水井內。所以艙底水系統的各吸入口必須安裝在各個艙底的最低處，以便于艙底水的吸出。

(2)污水井大小和形狀。每個污水井容積至少設計成2 m以上。某救生船機艙下面是雙層底，前后機艙底下面都有壓載水艙，非常方便設計污水井。對設有雙層底的船，平底時，兩舷應各設1個污水井和吸口，其容積滿足相關規范要求。把污水井設置在每個機艙的后壁兩舷，設計成凹槽“V”字形式，便于存儲機艙油污水。污水井深為0.8 m、寬為1.2 m，則后機艙每個污水井的大小為8.9 m，前機艙每個污水井的大小為7.68 m，解決了污水井存儲要求和水泵啟動頻繁問題。

2.2 優化排水泵的選型

目前使用的自吸離心泵，應當有解決排水泵的自吸能力。排水泵應具有自吸能力或配備獨立的自吸裝置。一方面是給排水泵加引水裝置，從后機艙的海水總管某處加1根水管到泵的出水管端作為排水泵啟動前的引水裝置，達到自吸引水目的。另一方面是更換水泵類型，更換成往復泵。2018年3艘船舶機艙排水泵更換成往復泵后，效果有所改善。但是由于污水井太小仍然不便于排除前后機艙油污水，而且4個污水井的吸口過濾器無法清洗，管系太多，船員無法拆卸過濾器進行維護保養。

2.3 加裝污水井吸口過濾器清洗裝置

針對污水井的過濾器在使用過程中易臟堵的問題，在機艙污水進水管路合適位置上加裝1根從日用淡水系統上的淡水管路。當污水管路上的過濾器臟堵時，可以用淡水將過濾器、止回閥、管路內的雜物沖洗到污水井內。

2.4 對排水設備進行優化改進

(1)把前后機艙的2臺噴射泵吸口從目前位置移到污水井內，以解決在疏水泵損壞情況下用噴射泵排污水井內污水。

(2)在噴射泵進口管處加裝一支管吸口到污水井內，這樣可以用噴射泵排出污水井內的污水。特別注意的是，要在分支管處加一個單向截止閥，防止噴射泵在排機艙大量水時動力工作消防水倒灌到機艙內。

(3)在油渣泵吸入管處加一分支管到污水井，排出污水井內污水。由此污水井和油渣泵被連接起來，至此形成了“污水井—油渣泵—油渣艙”的完整通道。

2.5 對艙底水報警系統進行改進

艙底水報警系統是通過液位傳感器來實現的。傳感器易被艙底水中油污粘住，或船舶搖擺出現誤報警情況。傳感器信號延遲45 s后，再輸出報警信號到損管控制臺，可以有效避免船體搖晃而使污水井內少量艙底水接觸傳感器產生報警，提高艙底水報警系統的可靠性。

3 結語

對于船舶艙底水系統必須高度重視，因為它會對船舶生命力帶來不同程度的影響。本研究成果說明艙底水系統工作需要從設計、建造、保養入手，綜合防范治理。只有合理設計艙底水系統和船員正確使用排水系統對船舶的安全才有保障作用，同時也為各型船舶艙底水系統的優化設計提供借鑒，具有一定現實參考意義。