5.5萬噸化學品船液貨掃艙系統設計及應用

臧大偉 楊 念 崔曉敏 王 昆 楊卓祺 馬韶楠

（大連船舶重工集團設計研究院有限公司 大連116005）

船舶動力裝置

5.5萬噸化學品船液貨掃艙系統設計及應用

臧大偉 楊 念 崔曉敏 王 昆 楊卓祺 馬韶楠

（大連船舶重工集團設計研究院有限公司 大連116005）

《1973年國際防止船舶造成污染公約及其1978年協定書（MARPOL）》附則II“控制散裝有毒液體物質污染規則”2004年修正案對化學品船在每個艙內及其相應管路內的液貨殘液量方面提出了更加嚴格的規定；此外，由于化學品船的特殊性，載運貨品種類繁多，既可載運有毒貨品，也可載運食用油類貨品；并且，每次在卸貨特別是在更換貨品時，就對其液貨掃艙系統提出非常高的要求，將很大程度影響到掃艙系統設計。因此，采取有效措施減少掃艙殘液量是必須解決的關鍵技術問題。文中基于防污公約要求，主要對5.5萬噸 IMO（國際海事組織） II型化學品船液貨掃艙系統的選型方法、設計原理、掃艙步驟和管路設計注意事項等方面進行了研究分析，并且簡要介紹掃艙試驗程序。目前，該型船掃艙結果已成功通過船級社的檢驗。［關鍵詞］化學品船；掃艙系統；殘液量

引 言

5.5萬噸IMO II型化學品船是新加坡萬邦船東建造的目前世界最大的II類化學品船。船旗國：新加坡；船級：第1艘、第2艘船為LR+CCS雙船級，第3艘、第4艘船為ABS+CCS雙船級。船上設置了10對液貨艙和1對污油艙。該型船的液貨系統采用單艙單泵，液貨泵為Marflex廠家生產的電動深井泵，各個液貨艙相對獨立，具有最大的貨品分隔能力。在貨物卸載結束后，需對液貨艙內及液貨管內的殘留貨品進行最大程度的清除，因此必須采取有效的掃艙措施，以保障化學品船運輸安全和防止化學品污染［1］。掃艙程序由兩部分組成：一是對液貨艙內殘留物的清除，二是對液貨管內殘留物的清除。本文將對掃艙系統的設計和掃艙程序進行闡述和分析［2］。

1 設計依據

1.1 規范對掃艙后殘液量的要求

73/78防污公約（MARPOL 73/78 ）經過多次修改， 其附則II“控制散裝有毒液體物質污染規則”2004 年修正案于2007 年1 月1 日生效。該版本對海洋環境造成危害威脅的物質分類由原來的5類（A，B，C，D和III類）改為4類（X，Y，Z和OS類），對化學品船液貨掃艙殘液量要求也作了相應修改。

1.1.1 修改前的殘液量要求

A類污染貨品：因其對海洋環境污染的威脅最大，故殘液貨物必須全部排至岸上的接收設備，所以沒有規定最大允許殘液量。

B類和C類污染貨品：其殘液貨物可在某種條件下排放入海，故對其最大殘液量規定分別為150 L和350 L。

D類污染貨品：由于其對海上環境威脅最低，因此不規定掃艙標準。

1.1.2 修改后的殘液量要求

修改后的規范中對于X、Y、Z類污染貨品的最大允許殘液量要求均為75 L。

新規范對化學品船在每個艙內及其相應管路內液貨殘液量的要求更加嚴格。掃艙系統的設計直接影響到化學品船運輸安全以及防止化學品污染和船舶運輸效率等方面。本文將針對掃艙系統的設計原理、方法以及管系設計中的注意事項等進行闡述［3］。

1.2 規范對掃艙試驗的要求

MARPOL附則II附錄5中關于掃艙試驗要求主要為：掃艙期間，船舶的尾傾不應超過3°，橫傾不應超過1°；在實驗過程中，集管排出管需要有不低于100 kPa的背壓；需記錄每個艙的掃艙時間，并對掃艙結果進行修正。掃艙結束后，計算所有能收集到的殘液量，包括以下各處：貨艙吸口及周圍、任何貨艙底部凹處區域、液貨泵泄放低點、所有和主管連接處的泄放點［4］。

2 掃艙系統的設計

根據規范要求，液貨艙內殘液量以及為該艙服務的管系內殘液量總和要小于75 L，故在設計過程中需著重考慮這兩方面。

2.1 掃艙的基本原理

化學品船掃艙一般可使用壓縮空氣，但針對特殊貨品（如硫化物等）則需用氮氣。為滿足掃艙殘液量低于75 L的要求，常規掃艙分為如下三個階段。

2.1.1 第一階段：液貨泵內殘留貨品的掃艙

深井泵甲板部分通常廠家會設置一個掃艙閥，通過壓縮空氣或氮氣進行掃艙。此階段掃艙時，關閉液貨泵排出閥，打開掃艙閥，緩慢運轉液貨泵，泵內殘留貨品通過掃艙管路排至集管區排出。

2.1.2 第二階段：連接管路內殘留貨品的吹除

該階段首先需關閉液貨泵主排出閥以及液貨泵自身掃艙排出閥，通過液貨泵主管路排出口閥后第一個掃艙閥，用壓縮空氣或氮氣對連接管路的掃艙。管路中的殘留液貨通過集管區主管予以排出。

2.1.3 第三階段：集管區主管殘留貨品的吹除

該階段主要針對集管區主管殘留貨品的吹除。此時，關閉所有連接管路閥門，通過開啟集油管一端連接主管的掃艙管路，通過壓縮空氣或氮氣吹除集油管路中殘留貨品至集管區另一端排出。

2.2 液貨艙內掃艙的介紹

5.5萬噸化學品船采用的是Marflex廠生產的電動深井泵。電動液貨泵系統由驅動裝置（電動馬達）、泵體、中間活動支架、中間固定座、變頻器等組成。變頻器布置于機艙內，根據船東要求及船舶電站容量配置變頻器數量。變頻器是矩陣組合的形式，一般為兩組配電板，每組配電板中的任何一個變頻器能選擇和控制任何一臺液貨泵或污油泵。最大液貨泵運行數量受船舶電站容量影響。

掃艙過程主要是利用壓縮空氣或氮氣吹入液貨泵內，通過掃艙管系將剩余的部分液貨輸送到岸上的液貨接收裝置或污油水艙，具體分為以下四個步驟：

（1）當某液貨艙結束常規的液貨排放程序時，關閉泵出口的主液貨閥②、停止液貨泵、用軟管①將壓縮空氣或氮氣源與掃艙進氣口相連、并檢查氣源③的供給壓力不能小于0.6 MPa。

最小供給壓力是為了平衡軟管和接頭等的阻力損失。低轉速啟動電動液貨泵，保證通過液貨主管路泵出殘余液貨，需要避免泵過熱和超過泵干轉限制。建議掃艙液貨泵轉速不超過最大轉速的60%～75%。

（2）當液貨壓力②升高至液貨泵工作壓力時，開啟掃艙閥①，殘余液貨將通過掃艙管路排出。

（3）當液貨艙集油井內殘液量達到設計要求時，開啟壓縮空氣或氮氣供給閥①，通過掃艙吹氣進口輸入掃艙氣體，緩慢升高掃艙氣體的壓力，避免泵體管道中的液貨被排放得太快。在此過程中，要避免未完全空艙前就進行泵的吹除，建議泵體管道中最大壓力為0.3 MPa。

（4）當泵體內殘貨被排空后，關閉掃艙閥②、停止壓縮空氣或氮氣供給閥①。

上述掃艙的四個步驟中，可視具體情況重復最后兩個掃艙步驟，以確保泵體內所有殘余液貨被排空。當掃艙作業結束后，即停止液貨泵并斷開掃艙氣源的連接。

2.3 液貨管路掃線系統的設計

液貨管路掃線系統的設計主要是為滿足MARPOL附則II的要求，設置單獨的掃線管路，通過軟管連接壓縮空氣或氮氣對管路內殘液吹除至集管區通岸管處。掃線系統的設計主要根據液貨系統的特點進行布置吹除管路。

下文以某5.5萬噸化學品船為例，對掃艙介質設備選型及掃線管路的設計進行介紹。本船的掃線管路采用的是DN25法蘭連接SUS316L不銹鋼管；吹除閥為SUS316快速接頭閥，帶蓋和鏈。

2.3.1 掃艙系統設備選型簡介

5.5萬噸化學品船液貨掃艙系統掃艙所用介質為壓縮空氣或者氮氣。壓縮空氣來源于機艙雜用空壓機，氮氣來源于獨立的氮氣發生裝置。該船機艙雜用空壓機基本參數如表1所示。該船氮氣發生裝置為膜滲透式，基本參數如表2所示。

表1 雜用空氣壓縮機基本參數

表2 氮氣系統基本參數

氮氣系統帶有5 m3的氮氣存儲罐，并且擁有兩套減壓閥組，一套可以將氮氣從10 kg減壓至7 kg，另一套可以從7 kg減壓至0.15 kg壓力。輸出0.15 kg的氮氣主要用于甲板液貨艙惰化補氣使用，輸出7 kg氮氣主要用于甲板雜用以及為液貨掃艙時輸入氣源。

2.3.2 液貨管路主要掃線管系的設計

本船設置10對液貨艙、1對污油艙、貨油艙及污油艙等共計22個。單艙、單泵、單獨液貨管路完全獨立。每個液貨艙液貨管為DN200不銹鋼管對焊連接，掃線管采用D25不銹鋼管法蘭連接。每個液貨艙液貨管都配置有單獨的掃線管路。

2.3.2.1 液貨泵排出口區域掃線管路設計

在掃艙過程中，液貨泵排出口蝶閥關閉，通過掃線管路直接將艙內殘液排至液貨主管中。因此，液貨泵掃艙排出管應連接至液貨泵排出口蝶閥后，以便殘液排至主管。

2.3.2.2 液貨縱向主管掃線管路的設計

當掃艙結束后，艙內液體全部排至液貨縱向主管，對縱向主管內殘液進行吹除。因此，在縱向主管端部應設置吹除閥。

2.3.2.3 集管區掃線管路的設計

當縱向主管吹除結束時，需要吹除液貨集管區液貨管殘留液體。由于根據液貨艙布置不同和液貨管布置不同，船舶處于尾傾狀態；因此該部分掃艙管設計也不盡相同。以集管區為界，前部的縱向主管向后傾斜，縱向主管殘液可直接排至集管區，僅在集管設置吹除閥即可；后部縱向主管向后傾斜，縱向主管內殘留液體部分未被吹除殘液需要設置單獨的掃線管，通過縱向主管端部吹至集管區并排至舷外。

具體掃艙過程及管路設計參見圖8。

2.3.3 液貨系統及掃艙管系設計注意事項

（1）液貨管路及掃線管路布置應平直，盡量減少彎管端，且盡量不采用90°彎管，而采用45°彎管，因管路彎曲部分不易清洗干凈；

（2）在液貨管路端部和彎曲部分應設置吹除閥；

（3）液貨深井泵將液貨直接排至管路最高處，使殘存在管路內液貨能沿著管路順利流到集管內；

（4）液貨深井泵排出閥及裝艙閥應靠近總管，并設置在管路最高點；

（5）管路內異徑接頭不應制成通常所用的錐形，而應制成下端水平的楔形及偏心異徑接頭，以防止液貨在該接頭處滯留；

（6）T型三通管段中支管的閥件應盡可能靠近直通安裝，如支管閥未裝于靠近T型三通處，則應在T型三通與閥件之間安裝吹除閥；

（7）合理布置小通徑掃殘吹除管，利用氮氣或空氣最大可能的吹除泵與管路內的殘液；

（8）液貨管路的截止閥應設置放泄閥或放泄旋塞，以減少閥盤殘存物。

3 掃艙實驗介紹

根據MARPOL 73/78附則II附錄5的要求，結合掃艙管系布置，為達到掃艙結果75 L的要求，設計液貨系統掃艙程序，本節針對5.5萬噸化學品船掃艙程序進行介紹。

3.1 實驗前的準備

掃艙實驗屬于法定項目，船級社必須全程跟蹤檢驗并記錄結果，登記在本船P&A手冊中。掃艙結果直接影響船東未來營運成本，船東也需全程進行跟蹤。船廠方面要全力配合并積極有效開展試驗程序，盡量達到最優效果。船廠試驗前需作以下準備：

（1）液貨管路安裝完好，并且管路保持清潔，掃艙管系及壓載系統安裝完好，液貨泵可以正常運行。

（2）船上需要準備0.7 MPa壓縮空氣及吹除閥的連接軟管。集管區排出管應根據規范要求，準備連接10 m高度軟管。

（3）在淡水艙或污水艙準備充足的實驗用淡水，并且檢測液貨艙安全，可以保證人員自由出入。用于檢測艙內及管路內殘液量容器需準備好。

（4）船檢、船東及液貨泵服務工程師均應召集至實驗現場。

3.2 實驗條件

（1）掃艙實驗時，船尾傾不應超過3°，橫傾不應超過1°。根據被實驗艙，通過壓載水調整船舶狀態［5］。

（2）連接臨時集管排出10 m高軟管（見圖9）。

（3）連接壓縮空氣吹除軟管。

（4）被實驗液貨艙內在吸入井附近存有100 mm深的淡水。

3.3 實驗過程

實驗過程按上頁圖8所示進行。掃艙過程中，集管排出閥憋壓時間要嚴格控制。根據實船掃艙經驗，總結為首次憋壓時間控制在5 min左右，全開該閥。反復2次，再憋壓3 min以上，而后開啟排出閥，有水排出后需快速關閉該閥，以防回流，如此反復2～3次便基本能滿足掃艙要求。

3.4 實驗檢測內容

（1）需檢測艙內殘余量（包括井內及艙底存水），以及相應的液貨管內所有低點泄放水量；

（2）掃艙時間；

（3）初始狀態，艙內水深。

檢測結果需要由船級社記錄，并由船東船檢簽字確認后，記錄在程序布置手冊中。

4 結 論

5.5萬噸化學品船通過“有效的管路優化設計，合理的掃艙操作步驟，規范的掃艙實驗程序”這三個階段的常規掃艙程序，確保液貨艙、泵及相關管路內的液貨殘液量不超過75 L，從而順利通過船級社的檢驗并滿足國際公約的相關要求。

如今的船舶航運市場中，化學品運輸已占有重要地位，而減少掃艙殘液量是化學品船運輸的關鍵技術。隨著化學品船的設計要求日益提高，液貨掃艙系統的設計應從安全性、可靠性及船員操作使用方便等方面綜合考慮，并作進一步深入探討。

［1］ 馮樹才. 46 000 DWT成品油/化學品船液貨系統設計［J］.船舶，2010（3）： 35-36.

［2］ 程軍. 散裝化學品船的清掃系統 ［J］.船舶，2003（6）：35-36.

［3］ 中國船舶工業集團公司.船舶設計實用手冊［M］. 3版.北京：國防工業出版社，2013.

［4］ 周忠輝.化學品船新公約·規則符合性研究 ［D］. 大連：大連理工大學，2008.

［5］ IMO. Annex II of MARPOL 73/78 ［S］. London：1973.

Design and application of cargo stripping system for 55 000 t chemical tanker

ZANG Da-wei YANG Nian CUI Xiao-min WANG Kun YANG Zhuo-qi MA Shao-nan
(Dalian shipbuilding industry design and research institute Co., Ltd., Dalian 116005, China)

Annex II of the International Convention for the Prevention of Pollution from Ships, 1973, as modif i ed by the Protocol of 1978 (MARPOL73/78), and as further amended to "Regulations for the Control of Pollution by Noxious Liquid Substances in Bulk" at 2004 (hereafter referred to as Annex II), provided more strict regulations of the residues in tank and corresponding pipelines for Chemical tankers. The chemical tankers can carry various cargo, such as the noxious cargo and edible oils. This particularity brings very high requirement of the liquid cargo stripping system during the unloading especially replacing cargo, which impacts a lot the design of the liquid cargo stripping system. Therefore, it is critical to fi nd an ef f ective solution to reduce the residues of the liquid cargo stripping system. Base on the requirements of MARPOL73/78, the selection, design principle, stripping process and notices of pipeline design of the cargo stripping system for a 55 000 t IMO type II chemical tanker are studied and analyzed in the paper. It also brief l y introduces the stripping test procedure. The stripping results of this ship have been successfully checked by the classif i cation society.

chemical tanker; cargo stripping system; residue

U674.13+3

A

1001-9855（2017）04-0058-06

10.19423 / j.cnki.31-1561 / u.2017.04.058

2017-02-13；

2017-03-06

臧大偉 （1983-），男，碩士，工程師。研究方向：船舶與海洋工程輪機管系設計與研究。

楊 念（1987-），女，碩士，助理工程師。研究方向：船舶與海洋工程輪機管系設計與研究。

崔曉敏（1980-），女，碩士，高級工程師。研究方向：船舶與海洋工程輪機管系設計與研究。

王 昆（1978-），男，碩士，高級工程師。研究方向：船舶與海洋工程輪機管系設計與研究。

楊卓祺（1982-），男，工程師。研究方向：船舶與海洋工程輪機管系設計與研究。

馬韶楠（1979-），男，助理工程師。研究方向：船舶與海洋工程輪機管系設計與研究。