15 000 t瀝青船整體式液艙加熱系統(tǒng)優(yōu)化

葉志鋒

(招商局金陵鼎衡船舶(揚州)有限公司，江蘇 揚州 225217)

0 引 言

瀝青船液艙分為整體式和獨立式。獨立式液艙與主船體為非直接剛性連接，需要設置液艙的定位、防傾和防浮裝置；獨立式液艙不僅定位困難，需要考慮縱傾和橫搖的問題，而且艙容利用率低。整體式液艙具有船型相對緊湊、艙容利用率高等優(yōu)勢；整體式液艙周圍由于直接與壓載水艙接觸，因此取得良好的保溫效果非常困難。

15 000 t瀝青船入級意大利船級社(RINA)，雙底雙殼，淺吃水，配置2個全回轉電力推進器；總長為145.0 m，寬為26.2 m，型深為10.8 m，設計吃水為6.7 m，結構吃水為7.2 m；航速為12.5 kn；液艙總容量為16 502.6 m3；設置12個整體式液艙，分為6組，每組左(P)右(S)舷各1個液艙，每組液艙的容量不完全相同；貨物為單純?yōu)r青，密度為1.06 t/m3，最高溫度為180.0 ℃。該型船通過選用泡沫玻璃作為絕緣材料和優(yōu)化加熱盤管布置[1-2]，可解決液艙絕緣保溫難題。

1 整體式液艙的絕緣保溫

1.1 保溫材料的選用

為保溫，液艙內部須進行有效絕緣。絕緣范圍如下：所有縱向舷側；所有艙頂；所有艙頂甲板；1號液艙前橫艙壁和6號液艙后橫艙壁；由于橫縱艙壁下方為壓載艙，上方為露天甲板，因此為減少熱損失，剩余橫向艙壁和中間縱向艙壁由上至下和由下至上各鋪設1.0 m絕緣。

該型船的絕緣保溫材料選用泡沫玻璃[1]，具有抗碎強度高、絕緣效果好、吸水率低、耐高溫、容重輕和耐腐蝕等特點。泡沫玻璃參數(shù)如表1所示。

表1 泡沫玻璃參數(shù)

1.2 保溫材料的安裝

將泡沫玻璃每4片分為1組，泡沫玻璃先由碰釘固定，再用2 mm鋼板通過螺栓固定；2 mm鋼板之間存在間隙，在四周間隙內用螺栓固定扁鐵壓住2 mm鋼板[1]。保溫材料的安裝節(jié)點如圖1所示。

圖1 保溫材料的安裝節(jié)點

主甲板上的艙蓋和傳感器等開孔的固定方式為將艙蓋筒體和傳感器筒體延伸至泡沫玻璃外，通過扁鐵封邊。甲板開孔的絕緣封邊方式如圖2所示。

圖2 甲板開孔的絕緣封邊方式

2 整體式液艙的加熱系統(tǒng)

由于瀝青船在運輸過程中需要不斷保溫加熱，加熱溫度高，鍋爐容量較大，因此該型船采用熱油鍋爐。液艙的加熱容量與液艙的保溫效果具有直接的聯(lián)系。該型船采用泡沫玻璃為絕緣材料，傳熱系數(shù)低，液艙所需要的保溫量較小。為給液艙提供足夠的熱量以保證溫度控制在165.0 ℃，每個液艙加熱盤管分為2個獨立回路，吸口單獨布置1路加熱盤管，3進3出，每組回路均與主甲板的主熱油進出管相連[3-6]。

2.1 液艙加熱計算

液艙加熱基準條件參數(shù)如表2所示。以1艙左為計算對象，加熱面積如表3所示。

表2 液艙加熱基準條件參數(shù)

表3 1艙左加熱面積 m2

(1)液艙理論加熱熱量[4]按式(1)計算：

(1)

式中：Q1為液艙理論加熱熱量，kJ/h。

將表2的相關數(shù)據(jù)代入式(1)，得到Q1=288 432 kJ/h，通過單位換算得到1艙左理論加熱熱量Q1為80.1 kW。

(2)液艙散失熱量[4]按式(2)計算：

Q2=qS

(2)

式中：Q2為液艙散失熱量，kW；q為絕緣材料散失熱量，kW/m2；S為絕緣材料包覆面積，m2。

q=0.088 kW/m2(見表1)，S=S1+S2+S3+S6=431.49 m2(見表3)，將數(shù)據(jù)代入式(2)，得到1艙左散失熱量Q2為38.0 kW。

(3)液艙實際加熱熱量[4]按式(3)計算：

QH=(Q1+Q2)(1+10%)

(3)

式中：QH為液艙實際加熱熱量，kW；10%為加放裕量。

將數(shù)據(jù)代入式(3)，得到1艙左實際加熱熱量QH為129.9 kW。

(4)該型船加熱盤管選用外徑為60 mm、壁厚為 5 mm的無縫鋼管，加熱盤管面積[4]按式(4)計算：

(4)

式中：SH為加熱盤管面積，m2。

將表2的相關數(shù)據(jù)代入式(4)，得到1艙左加熱盤管面積SH為26.90 m2。

(5)加熱盤管長度[4]按式(5)計算：

(5)

式中：L為加熱盤管長度，m；d為加熱盤管外徑，m。

將數(shù)據(jù)代入式(5)，得到1艙左加熱盤管長度為142.8 m。

通過上述方法，分別計算各艙加熱盤管長度，如表4所示。

表4 各艙加熱盤管長度

2.2 加熱盤管的布置

為對液艙進行有效加熱，加熱盤管均勻布置在底部，距艙底150 mm，艙底周圍邊界覆蓋2.0 m，吸口單獨設置1個加熱回路，如圖3所示。

圖3 液艙加熱盤管典型布置方式

2.3 加熱盤管的設計與安裝

(1)加熱盤管的單元化設計。由于液艙內的保溫材料需要在液艙完成密性試驗和強度試驗后才能進行安裝，加熱盤管需要在保溫材料安裝后才能安裝，因此為方便加熱盤管的安裝，減少水下安裝時間，每艙加熱盤管設計為6個管束單元，加熱盤管采用對接焊連接，通過U字形管夾固定在U63槽鋼上。液艙加熱盤管單元布置如圖4所示。加熱盤管單元的制作、試壓和強度試驗提前在車間進行，大幅減少現(xiàn)場對接、焊接和打磨的工作量，降低生產(chǎn)成本，大幅縮短水下安裝周期[1]。

圖4 液艙加熱盤管單元布置示例

(2)泡沫玻璃的安裝工藝。為滿足保護涂層性能標準(Performance Standard of Protective Coatings，PSPS)的要求，避免破壞壓載艙的油漆，單元支架與壓載艙焊接部分應在分段階段安裝。單元支架分為兩部分，先在分段上預裝U160槽鋼的支架，在艙內泡沫玻璃和封面薄鋼板安裝后，再進行加熱盤管管束單元的定位安裝。預裝支架與薄鋼板之間的間隙依靠固定塊進行焊接密封[1]。液艙內的泡沫玻璃典型安裝如圖5所示。

圖5 液艙內的泡沫玻璃典型安裝

(3)加熱盤管單元的定位安裝。由于泡沫玻璃在液艙成艙、進行密性和強度試驗后才能進行安裝，因此加熱盤管單元應提前預埋進艙，如圖6所示。在完成除加熱盤管單元位置外的泡沫玻璃安裝后，進行管束單元吊裝定位；最后一個單元調至其他安裝的單元上，在完成加熱盤管單元位置的泡沫玻璃安裝后，進行復位安裝。

圖6 加熱盤管單元預埋進艙示例

3 結 語

與獨立式液艙相比，15 000 t瀝青船的整體式液艙具有艙容利用率高、便于清理和船型緊湊等優(yōu)點。但由于液貨最高溫度為180.0 ℃，因此在航運過程中整體式液艙必須具備良好的隔熱措施，有效保持液貨溫度，防止熱量散失，有效阻止高溫傳遞至船體結構以避免降低船體結構的力學性能，并應保持整體式液艙周圍的環(huán)境處于正常的溫度范圍，提供安全的工作環(huán)境。該型船選用泡沫玻璃作為隔熱材料，通過液艙加熱計算，在滿足加熱和絕緣保溫要求的情況下，優(yōu)化液艙內的管路布置，最終實船施工減少水下周期30余天，大幅降低建造成本。