冬季低溫下船舶建造防凍方案設(shè)計研究

米毛毛　陳冬

摘 要：在冬季低溫環(huán)境下，船舶設(shè)備及部件極易受損。一旦設(shè)備受損，不僅會對船舶建造產(chǎn)生不良影響，還會造成巨大的經(jīng)濟損失。造成船舶設(shè)備及部件受損的原因較多，比如存留水結(jié)冰膨脹而使船舶部件脹裂、流體結(jié)冰而使管路受損等。因此，做好冬季低溫下船舶建造的防凍方案設(shè)計工作至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：低溫；船舶建造；防凍方案；存水泄放

中圖分類號：U672.7+2 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.03.100

船舶建造是一項艱巨的工程，尤其是在冬季低溫環(huán)境下，船舶設(shè)備和管路內(nèi)很可能存留液體，造成銹蝕，甚至被凍壞，不但經(jīng)濟損失嚴(yán)重，現(xiàn)場施工和維護難度增加，而且船舶建造也會受到影響。因此，查明船舶設(shè)備和管路受損的原因，并制訂合理的防凍方案，對保證船舶的正常建造至關(guān)重要。

1 船舶部件和管路被凍壞的原因

船舶主要由船體、電氣部分、舾裝部分和輪機等組成。其中，舾裝部分包括管路系統(tǒng)、自動化設(shè)備和特種系統(tǒng)等。管路系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)將各種機械設(shè)備連接起來，并對流體進行輸送。燃油，海、淡水，空氣和滑油為常見的流體介質(zhì)。船舶建造使用的燃油又分為輕油和重油兩種，在冬季低溫環(huán)境下，溫度的變化會引起燃油密度發(fā)生變化，最終凝固，體積變小；海、淡水在低溫條件下則會結(jié)冰膨脹；滑油由于凝點低，一般不會出現(xiàn)凝固現(xiàn)象。因此，在冬季低溫條件下，燃油和滑油凝固后體積變小，不會出現(xiàn)凍裂現(xiàn)象；而海、淡水體積膨脹則會導(dǎo)致船舶部件脹裂。

2 船舶防凍方案設(shè)計及優(yōu)劣對比

對于低溫環(huán)境下船舶出現(xiàn)的存留水結(jié)冰，海、淡水結(jié)冰脹裂損壞船舶部件等情況，采用加熱保溫方法可使海、淡水凝點低于環(huán)境溫度；采用添加防凍液的方法可使海水的物理特性改變，預(yù)防海、淡水在低溫下凝固而膨脹，進而損壞船舶部件。對于存留在船舶中的積水，采用泄放處理的方法將其清理干凈，或者干式存放，可有效預(yù)防結(jié)冰。一般來說，在低溫環(huán)境下，船舶防凍方案的設(shè)計應(yīng)從以下幾方面考慮。

2.1 方案設(shè)計

2.1.1 改變環(huán)境溫度

采用加熱保溫方法使海、淡水凝點低于環(huán)境溫度，則不會出現(xiàn)低溫凝固現(xiàn)象。在船舶建造中，如果未安裝船用鍋爐，可通過岸上蒸汽管路接入。安裝并調(diào)試正常后，則將船用鍋爐開啟，使其產(chǎn)生蒸汽，通過增加暖氣設(shè)備或蒸汽管路的方式達到改變環(huán)境溫度的目的。需要注意的是，借助蒸汽作用改變環(huán)境溫度時，要將開口區(qū)域封堵好，以免產(chǎn)生熱損失。另外，在設(shè)計時，還應(yīng)注意預(yù)留冬季防凍蒸汽的進出口。

2.1.2 清除介質(zhì)

將管路系統(tǒng)或船舶設(shè)備中的存留水清理干凈，使其處于干燥狀態(tài)，能夠有效防止設(shè)備和管路被凍壞。根據(jù)管路系統(tǒng)及設(shè)備的特點，常用于清理存留水的方法主要有以下三種：①存水泄放。在設(shè)計時，船舶管路系統(tǒng)應(yīng)包含有管路泄放部分，且泄放點應(yīng)盡可能地設(shè)于系統(tǒng)最低點，以保證存水能夠泄放干凈。同時，應(yīng)設(shè)置泄放口，并確保泄放口能夠排干凈存留水。另外，對新船、新設(shè)備及新管路也應(yīng)進行專門的泄放設(shè)計。②借助壓縮空氣吹除。在水壓試驗或已泄放殘水后，還可借助壓縮空氣的作用吹除存留水。③改善設(shè)計方案，防止殘水存留。如果是設(shè)備或管路原因?qū)е職埶媪簦芍匦聦ζ溥M行設(shè)計，比如將管路布置方向由豎直改成水平，保證徹底清除殘留水。

2.1.3 添加防凍液

在水中添加防凍液能夠有效減少因冬季低溫而導(dǎo)致的水結(jié)冰脹裂設(shè)備或管路事件的發(fā)生。冰點是判斷防凍液防凍的重要指標(biāo)，一般情況下，防凍液的冰點應(yīng)比環(huán)境最低溫度至少低10～15 ℃。因此，選用防腐、防銹和除垢能力較強的防凍液能有效保護管路系統(tǒng)。防凍液類型多種多樣，在船舶建造中使用較多的是含乙二醇母液的防凍劑。另外，管路系統(tǒng)往往遍布全船區(qū)，對于改變環(huán)境溫度的條件無法達到的情況，防凍設(shè)計時應(yīng)考慮選用防凍液。

2.1.4 存水管理

在冬季低溫環(huán)境下，船體水艙很容易因為存水而結(jié)冰或膨脹、崩裂。如果艙室面積較大，很難布置加熱設(shè)備，那么在防凍設(shè)計時必須注意為存水留足膨脹的空間。結(jié)合實際建造經(jīng)驗，應(yīng)優(yōu)先考慮上層邊水艙、前后尖艙等部位的防凍設(shè)計，一般要求存水量應(yīng)少于滿艙的85%；如果艙室低于水線，艙室存水量應(yīng)少于滿艙的95%.另外，測深管和水艙空氣管的艙室艙頂上部也不得出現(xiàn)存水。

2.2 方案優(yōu)劣對比

不同的防凍方案都有各自的特點，在經(jīng)濟性、適用性等方面也存在差異。改變環(huán)境溫度和添加防凍液的防凍方案雖能取得良好的防凍效果，但費用高、適用區(qū)域有限；泄放設(shè)備或管路中存留水的防凍方案能夠有效達到防凍效果，且可重復(fù)利用、費用較低，但部分管路可能存在泄放不徹底或泄放困難的現(xiàn)象；存水管理方案適用對象有限，只能用于存水艙室防凍。在清除介質(zhì)的防凍方案中，每一種方法又有各自的特點。存水泄放方法適用性、操作性均較強，且費用較低，但部分管路則可能出現(xiàn)泄放不徹底的現(xiàn)象；借助壓縮空氣吹除的方法適用性不強，僅限用于小管徑管路，且無法完全吹出彎管處的積水；改善設(shè)計方案的方法能夠有效防止因積水存留膨脹而損壞設(shè)備的情況，但如果需要更改設(shè)計，則難度較大。綜合來看，存水泄放方法適用性較強，在冬季低溫防凍設(shè)計中的使用率也較高。

3 總結(jié)

船舶建造的質(zhì)量與設(shè)計方案密切相關(guān)，特別是在冬季低溫環(huán)境下，防凍設(shè)計方案的效果如何會直接影響到船舶建造的質(zhì)量，進而影響到船舶的正常航行。因此，設(shè)計人員應(yīng)首先了解哪些因素會對船舶建造質(zhì)量產(chǎn)生影響，然后綜合多方面的情況對冬季低溫下船舶建造的防凍方案進行合理設(shè)計，盡可能地避免各種不良情況對船舶造成損壞，保證船舶的正常運行。

參考文獻

[1]薛國善.船舶冬季防凍防滑工作[J].世界海運，2013，36（03）：30-31.

[2]王曉光.“金雄”挖掘機艙防凍保溫系統(tǒng)[J].科技致富向?qū)В?015（02）：167，177.

[3]陸昌榮.航行于寒冷地區(qū)的船舶設(shè)計中應(yīng)注意的幾個方面[J].船舶，2002（02）：17-19.

[4]李文軍.淺析來往綏中港船舶冬季安全航行措施[J].河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2013，13（03）：70-72.

〔編輯：劉曉芳〕