載運危險貨物船舶的艙底水系統設計

王 萍，趙瑋頡

（中船重工船舶設計研究中心有限公司設計部，遼寧大連 116001）

載運危險貨物船舶的艙底水系統設計

王 萍，趙瑋頡

（中船重工船舶設計研究中心有限公司設計部，遼寧大連 116001）

以某兩條多用途船舶為例，介紹了船舶載運危險貨物對艙底水系統設計的特殊要求，分析了艙底泵排量計算的設計要點，探討了艙底泵、閥件及其管路的布置方法，總結提出了一些注意事項，以期為今后載運危險貨物船舶的艙底水系統設計提供參考。

危險貨物；艙底水；艙底泵排量；管路布置

0 引言

艙底水系統是重要的保船系統，在船舶正常航行時，對水密艙室內生成的艙底水能有效排除；在應急情況下，對水密艙室在有限進水情況下也能進行有效的排水[1]。貨船常規的艙底水系統設計包括艙底水管路布置方式、管徑的確定、艙底水管的壁厚要求、機器處所支吸口和直通艙底泵的吸口位置和數量、貨艙吸口的位置和數量、應急吸口的位置，以及其他處所，包括管隧、軸遂、首部干艙和錨鏈艙的排水要求等，已經有一套成熟的設計方法，按照相應規范和規則的要求和經驗公式，逐項進行計算和選取即可。

有些貨船有時會要求在某一指定的貨艙內載運危險貨物，例如多用途船，這種情況下可將貨物放在甲板上的集裝箱內，或盡量將危險貨物裝在離機艙前壁之前3米之外的貨艙內[2]。設計艙底水系統時，應充分考慮到防止由于誤操作而使危險貨物進入安全區域。本文所要討論的是除了常規艙底水系統設計中，各項參數通過計算已經確定外，由于危險貨物的載運，對艙底水系統設計的特殊要求，機器處所的艙底泵和危險區域專用艙底泵的設計要點，以及需要注意的地方。

1 危險貨物的等級劃分

危險貨物是指“國際海運危險貨物運送規則”（IMDG Code）中所涵蓋的物質及材料。它在運輸的過程中有可能對人員、動物及環境造成不利的影響。因此國際海事組織出臺了有關法令，對危險貨物的裝運制定了一系列的要求，盡可能地加強危險貨物的運輸安全，以保護人員安全及環境安全[3]。

危險貨物的形式很廣泛，包括包裝或散裝固體危險貨物，散裝危險化學品貨物，液化氣等。本文所說的危險貨物，是指載運包裝或散裝固體危險貨物的船舶艙底水系統設計。

危險貨物分為以下9類：

1類：爆炸物；

2類：氣體；

3類：易燃液體；

4類：易燃固體；

5類：氧化物和有機過氧化物；

6類：有毒和傳染性的物質；

7類：放射性的物質；

8類：腐蝕性的物質；

9類：雜類危險貨品；

每一類具體還分為幾小類，在此不詳細贅述。

2 對船舶艙底水系統設計的特殊要求

在船舶設計初期，應和船東商定擬裝危險貨物的清單，根據清單查找相關規范規則，分析其對船舶布置、結構和設備的影響，確定設計方案。包裝或散裝固體危險貨物裝運對船舶艙底水系統設計主要有以下特殊要求：

1）應設有固定式噴霧器設備或用水浸入貨物處所的設備，以使指定甲板下的貨物處所按貨物處所水平區域面積每平方米至少5L/min的水量得到有效冷卻。所要求的總供水量按最大的指定貨物處所同時計算。

2）排水系統的尺度所達到的排量應不低于水霧系統泵和所要求數量（4具）的消防水槍的組合容量的125%。排水系統的閥門應能從所保護位置的外部靠近滅火系統控制裝置的位置進行操作。

3）如果在圍蔽貨物處所內載運易燃或有毒液體，艙底泵系統的設計應能防止由于疏忽而將這種液體輸往機器處所的可能。

4）如果艙底排放系統是機器處所內艙底泵系統的附加系統，則對于所服務的每個貨物處所，該系統的排量不得小于 10m3/h。如果附加系統是公用的，則其排量不必超過25m3/h。

5）只要載運易燃或有毒液體，通往機器處所的艙底泵管路就應安裝盲板法蘭或可鎖的封閉閥門予以隔離。

6）污水井應具有足夠的容量，并應布置在船側，其在每一水密艙內相互間的距離不得超過40m[4]。

3 艙底水系統的設計要點

3.1 機器處所內艙底泵排量的確定

以為瑞士某船東設計的17000噸多用途船舶為例，探討艙底水系統的設計。在這條船上，1號貨艙和甲板上裝載危險等級為1、2、3、4.1、4.2、4.3、5.1、5.2、6.1、8和9類的危險品；在2號和3號貨艙內裝載危險等級為2、3.3、4.1、4.2、4.3、5.1、5.2、6.1（固體）和9類的危險品。

通常，每一艙底泵的排量應小于按下式計算之值：

式中，d為艙底水總管內徑。按下述公式計算：

式中，L是船長；B是船寬；D是型深。以實船參數帶入公式，L=134m，B=22.8m，D=13.35m，得到：

但是由于在1號貨艙內載運了1類危險品，按照規則的要求，需要配備固定噴淋（或水系統）有效冷卻貨艙，并設置相應的排水系統。需要配備的貨艙噴淋泵的容量為：

式中，m代表每平方米至少5 l/min的水量，S1為指定甲板下貨物處所水平區域面積之和529m2。

則Q1=158.7（m3/h）。

排水系統的尺度所達到的排量應不低于水霧系統泵和所要求數量的消防水槍的組合容量的125%。所以，機器處所內艙底水泵的總容量至少應為：

此處50表示4個消防水槍水量總和，按慣例，通常每個消防水槍的容量是12.5m3/h。

按照各船級社的要求，船長大于91.5m的船舶，需要配備2臺獨立動力泵做為艙底泵，則每臺艙底泵的排量至少是131m3/h。

此處需要特別注意的是，所要求的總供水量按最大的指定貨物處所同時計算。多用途船貨艙內通常設有中間甲板，艙蓋為吊離式，中間甲板上面和下面可同時載運貨物，這種布置可以載運不同種類的危險貨物。水霧噴淋管布置在主甲板艙口蓋下和中間甲板艙口蓋下，這樣在計算供水量時，貨物處所水平區域的面積，應是主甲板下面積和中間甲板下面積之和，這一點非常重要，它直接決定了供水泵的排量確定，直至影響到艙底泵的排量確定。

以為德國某船東設計的19000噸多用途船為例，本船在設計初期，按照規格書的要求，3號貨艙也裝有1類危險品，3號貨艙是容量最大的貨艙，主甲板下面水平區域面積是945m2，中間甲板下面也是945m2，總面積就是1890m2，需要的供水量就是:

艙底泵的總容量是:

正常只需要128×2=256（m3/h），按照船長148m，船寬23.4m，型深13.5m計算所得。

對于這種萬噸級的船舶來說，供水泵和艙底泵的排量是比較大的，需要的電機功率也大，泵的外形尺寸也非常大，安裝、維護都不方便，而且使用效率低，不經濟。船東看了給出的計算和結果，聽了詳細分析，主動取消了在3號貨艙載運1類危險貨物的要求，為船廠節省了人力、物力和財力，降低了造船成本。

3.2 艙底水系統附加系統的配置

如果擬在圍蔽貨物處所內載運大量易燃或有毒液體，應考慮為這些處所配備附加的排放裝置。比較好的解決方法就是為這些處所配備獨立的艙底泵。

按照危險貨物的等級分類，3類是易燃液體，6類是有毒液體，本條船上2號和3號貨艙雖然裝載這類物質，但細分之下，3.3類液體的閃點小于23℃，不屬于易燃液體；6.1類（固體）不屬于有毒液體，因此，2號和3號貨艙不需要考慮配備附加的排放裝置。1號貨艙標明裝運3類、6.1類物質，沒有上述的閃點和固體的具體要求，所以必須考慮設置獨立的艙底泵，作為機艙艙底泵的附加系統。按照規定，對于所服務的每個貨物處所，該系統的排量不得小于10m3/h。噴射泵由于結構簡單，工作可靠，維護方便，能產生一定的真空，具有自吸能力，可以抽送污濁或含有雜質的液體等特點[5]，最終選用1臺容量為10m3/h的噴射泵，作為1號貨艙的專用艙底泵，專門用于載運易燃和有毒液體貨物時艙底水的排出。

3.3 噴射泵及其閥件的設計選用

按照要求，如果附加系統是公用的，則其排量不必超過25m3/h，附加艙底系統的布置不需要冗余。是以19000噸船為例，這條船是在2號和3號貨艙載運了易燃和有毒液體，為了降低造船成本，最初為這2個貨艙共配備了1臺艙底水噴射泵，排量為25m3/h，噴射泵布置在管隧里，在3號艙的尾部，靠近機艙。自消防系統的驅動水通過1個手動截止閥控制，布置在機艙側，噴射泵進口處設置1個手動截止閥，帶小軸傳動裝置，也能在機艙側控制，噴射泵出口也設置1個手動截止閥，帶限位開關，常開狀態，進口閥和出口閥都布置在管隧里，排舷外閥設置1個遙控閥，浸沒在壓載艙內，可在貨物辦公室遙控操作，見圖1。

但是船東不接受這個方案，他們堅持每個貨艙配備1個噴射泵，并要求噴射泵的進、出口閥是遙控的。見圖2。

船東認為在管隧里，閥的操作和維護困難，小軸傳動裝置不可靠。通過與船廠溝通，同意了船東的方案，并改進了船東的方案，因為左右舷2個污水井同時被抽水，容易造成噴射泵吸入空氣，損害噴射泵。而且，出口閥和舷外閥都是遙控閥，不僅增加成本，還容易誤操作，影響艙底水的排出，不如把舷外閥改為手動閥，常開狀態，在甲板上通過小軸傳動裝置控制。最終船東接受了這個修改，并加價把小軸傳動裝置改為手動液壓油泵控制。見圖3。

從最終的設計和最初的設計比較，增加了1個噴射泵，9個閥件，增加了造船成本。船級社對最初的設計并沒有異議，是認可的。經常地，船廠要盡可能地降低造船成本，船東要滿足自己的使用要求，設計人員就需要在設計中多動腦筋，在保證滿足規范，滿足規格書的基礎上，平衡好船東和船廠之間的關系，盡量讓雙方都達到滿意，這也是設計人員的責任。

圖1 貨艙艙底水系統（送審船東前）

圖2 貨艙艙底水系統（船東方案）

圖3 貨艙艙底水系統（完工圖）

3.4 艙底水系統管路的布置

通常，管路的布置不僅僅是輪機管系設計者孤立地考慮問題，它需要和總體、船體結構等專業溝通協商。以17000噸多用途為例，見圖4。

1號貨艙艙底水噴射泵布置在1號貨艙和2號貨艙之間的空艙內，按最初的燃油艙結構和1號貨艙污水井的位置來看，噴射泵艙底水的吸入管路需要穿過燃油艙才能進入到空艙內，雖然船級社原則上允許這樣布置，只要穿過燃油艙的艙底水管的壁厚滿足規范的壁厚要求。但一旦艙底水泄漏到燃油艙內，對于船東來說就是災難性的傷害。總體專業提出在船長方向留出1個肋位的距離布置艙底水管路，但這樣燃油艙的容積就縮小了，經濟效益下降了。同時也考慮管路先向船舷經過邊壓載艙，再向下進入到底壓載艙，從底壓載艙進入到空艙內，連接到噴射泵的進口，見圖5云線處。

但這樣做管路彎頭太多，阻力大，噴射泵的吸高不夠，還要穿過多個水密艙壁，施工困難。最終與結構專業溝通，在已經送審的圖紙上修改，沿船舶橫向位置加大污水井的容積，讓艙底水管路繞過燃油艙，直接進入到空艙內進行布置。見圖5.雖然造成了設計周期的延誤，但對于船廠在后期施工，船東在操作和維護上提供了便利。

圖4 艙底水系統管路布置圖（送審版）

圖5 艙底水系統管路布置圖（完工版）

4 其它需要注意和改進的地方

1）艙底泵排量Q的計算，LR和GL規范中，Q=5.75×d2×10-3（m3/h）。

而CCS和ABS規范中，Q=5.66×d2×10-3（m3/h）[6]

2）因為載運易燃和有毒液體，在通往機艙的艙底水管路上，機艙處應設有帶鎖的截止止回閥，并設置警告牌。

3）即使載運危險貨物，每個貨艙污水井內，只設置1個吸口即可，沒有必要設置2個，增加造船成本。

4）因為載運1類危險貨物而需要的艙底泵排量計算結果，是指總排量，包括貨艙區域內噴射泵的排量，不是單個艙底泵的排量。

5）噴射泵的驅動水閥（自消防系統水管）必須在開敞甲板上操作，或者將其布置在開敞甲板上易于接近的地方。

6）布置在空艙內的噴射泵的艙底水吸入閥，如果不是遙控閥，應布置在易于接近的地方，并且進入這個空間不需要使用工具而進入。

7）排舷外的短管因為浸沒在壓載艙內，壁厚不僅采用加厚管，GL規范還要求此管是II級管，提供船級社認可證書。

5 結束語

本文以已經交付使用的兩條多用途船舶為例，詳細分析了載運危險貨物船舶艙底水系統的設計要點，艙底泵及附加排水系統噴射泵的排量確定；探討了排水系統在危險區域內的布置方式；并總結了艙底水系統設計需要注意的地方，希望為今后類似載運危險貨物船舶的艙底水系統設計有所借鑒和幫助。

[1]黃恒祥等.船舶設計實用手冊（第3版）輪機分冊[M].北京:國防工業出版社,2013.

[2]楊葆和,等.船舶設計實用手冊（第3版）總體分冊[M].北京:國防工業出版社,2013.

[3]鄧凌.危險貨物的裝運對船舶設計的影響[J].船舶設計通訊,2012,131(增刊):69.

[4]國際海事組織.國際海上人命安全公約綜合文本[Z].北京:人民交通出版社,2009.

[5]朱德書,彭子通,彭東升.船舶輔助機械[M].北京:國防工業出版社,1988.

[6]王昆,蘇旭.2014中國大連國際海事論壇論文集[D].大連:大連海事大學出版社,2014.

Discussion on Design of Bilge System of Ships Carrying Dangerous Goods

WANG Ping,ZHAO Wei-jie
(Design Department of China Ship Design & Research Center Co.,Ltd.,Dalian 116001,China)

Taking two multi-purpose vessels for instance,the paper introduces the special requirements of ship bilge system design due to carriage of dangerous goods.The design points of the capacity calculation of bilge pumps are analyzed and the arrangement methods of bilge pumps,valves and pipes are discussed.The matters that need to be paid attention to are proposed,which provide some reference to the design of bilge system of ships carrying dangerous goods.

dangerous goods; bilge water; bilge pumps capacity; piping arrangement

U66

A

10.16443/j.cnki.31-1420.2015.05.008

王萍（1969-），女，高級工程師，長期從事船舶輪機及管系專業詳細設計工作。