海船艙底水系統設計要點研討

楊 濤，陳 建，黃 河

（廣州船舶及海洋工程設計研究院，廣州510250）

1 前言

船舶艙底水排放涉及到船舶航行安全和環境污染等問題。為此，各船級社規范和各地行政法規均對船舶艙底水的設置作出了比較詳細的規定。影響艙底水系統排放效果的因素較為復雜，國際海事組織（IMO）﹑國際船級社協會（IACS）等每年都對此加以研究，不斷修訂相關規定。本文對海船艙底水系統的設計要點加以研討。

2 設計參考資料

在海船艙底水系統設計中，主要參考以下資料：

（1）合同規格書：規格書通常對艙底水系統的使用﹑規則﹑材料﹑配置等提出了要求，也即是用戶的需求；

（2）總布置圖：系統的布置和設備配置，特別是泵與吸口布置應與總體水密艙室布置相吻合；

（3）機艙布置圖：機艙內艙底水系統的布置和設備設置應與機艙布置相吻合；

（4）設備估算書：設備估算書要符合規范規則規定，特別是艙底泵能力﹑總管和支管通徑應滿足估算書要求；

（5）結構圖：艙底水吸口數量和布置應與船體外型﹑結構分布相吻合，必要時應增加吸口以能排除局部區域積水；

（6）船舶規則﹑規范：系統配的布置和設備配置應滿足船級社規范及掛旗國法規相關規定。

3 設計總體要求

根據SOLAS規定，所有船型艙底水系統應滿足在所有實際工況下均能抽除及排干水密艙室內的艙底積水；對客船還需滿足在海損后所有實際情況下，無論船舶是正浮或橫傾均應能操作。

4 設計方法和要點

4.1 艙底泵配置

船級社和掛旗國規則對各型船的艙底泵配置均有規定，主要歸納如下：

4.1.1常規船配置

（1）艙底泵數量

通常貨船應不小于2臺；客船不小于3臺，對于艙底泵數為30或大于30，還應增設1臺獨立動力泵。通常為了使用方便，對于大中型船可增設1臺自吸能力強的日用艙底泵。

對于客船，如其長度為91.5 m及以上或艙底泵數為30及以上，則艙底泵布置應在所有假定進水情況下均有不少于1臺動力泵可用。為此，通常將其中1臺設為潛水式艙底泵，且其動力源位于艙壁甲板以上。

（2）艙底泵能力

艙底泵排量應按相關規范所提供的公式進行計算，而壓力通常按排出管長度和排出口高度確定，建議取0.2～0.4 MPa；如艙底泵兼作其它系統泵，則其能力還應滿足所服務的系統所需；艙底水系統應具有自吸能力，可采用自吸式泵或加裝自吸裝置以達到要求，但用于應急艙底水排除的泵則不要求具有自吸能力。

如果壓載泵﹑總用泵﹑消防泵﹑衛生泵等可用于抽吸艙底水，則可視作獨立動力的艙底泵，但應具有自吸能力；主機或發電機組的機帶泵，不應視為獨立動力泵；對于貨船和漁船，由獨立海水泵供水的噴射泵可作為獨立動力艙底泵。

如果幾臺其它泵組的組合總排量滿足規范計算值且適合抽吸艙底水，則可將組合泵組視作1臺獨立艙底泵。

對于多體船，通常每個片體內設2臺艙底泵。

4.1.2 高速船的附加要求

對于高速船，要求艙底水總管不應布置在破艙區域范圍內，且艙底泵配置應滿足以下要求：

（1）高速客船： A類高速客船至少設2臺動力泵；B類高速客船至少設3臺動力泵，其中1臺可由主機帶動，1臺應為有應急動力源的潛水泵；

（2）高速貨船：至少設2臺艙底泵，其中1臺可由主機帶動；

（3）多體船：每一片體應至少設2臺艙底泵，如其它片體艙底泵可抽吸本片體艙底水，則本片體可只設1臺艙底泵；

（4）每臺艙底泵流量：《2000年國際高速船安全規則》要求，共用動力艙底泵排量應能滿足艙底水管內的流速不小于2 m/s；而CCS《海上高速船入級與建造規范》要求，艙底泵流量為3.75（1+L/36）2；

（5）如采用獨立艙底泵配置形式，則每個船體艙底泵的總排量應不低于所規定的共用艙底泵排量的2.4倍。

4.1.3艙底泵最低配置

按規則要求，艙底泵配置通常不低于表1所示。

表1 艙底泵配置數量

4.2 管路設計

4.2.1 布置與連接

艙底水管路布置和連接應保證船舶安全，主要方法有：

（1）艙底排水管應布置成能防止海面的水進入貨艙及機器處所，并能防止通過連通管從一個水密艙自動浸入另一個水密艙。為此，通常在連通管上設置截止止回閥，或在各吸入口處設置止回閥；

（2）檢修時，保證至少有1臺艙底泵可工作；（3）管路連接應保證當其它泵同時工作時，不影響艙底泵工作；

（4）當任何艙室內的管路破損后，保證艙底水系統仍然有效。為此，通常采取以下措施：

① 總管盡量短，以減少其破損的機率。如機艙外設有1條艙底水總管，則該總管不應布置在距舷側 1/5船寬的區域內或箱型龍骨內；

② 如采用雙總管式，則每艙支管與總管相連，各支管上應設置可關閉閥。

（5）對于客船，其要求往往比貨船更加嚴格，其艙底泵應盡量分布于不同水密艙，艙底泵和總管應盡量布置在距舷側 1/5 船寬區域線以內。否則應在所在艙室的吸入口端設置止回閥，防止破損時海水倒灌入艙。但應急艙底泵及其與艙底水總管之間的連接管必須布置在距舷側 1/5 船寬區域線以內；

（6）通常只允許1根管穿過防撞艙壁，如首尖艙被分為兩個水密艙，則允許各有1根管穿過。穿過防撞艙壁的管路上應設螺旋閥，其位于防撞艙前側壁上，在干舷甲板上操縱；如防撞艙壁后側不是貨物艙人員容易進入，則允許該閥布置在防撞艙壁后側壁上，且無需設甲板操縱裝置；若該閥不是直接固定在側壁上而是安裝在側壁短管上，則建議該短管采用加厚管。

4.2.2其它要求

位于易燃物艙柜內及其下方處所﹑鍋爐艙﹑機器處所及設有沉淀油柜或燃油泵組處所內的艙底水管，應為鋼質或相當的防火材料。

4.3 吸口設置

4.3.1基本要求

吸口布置所考慮的因素有艙型﹑船的浮態等，最終目的是保證船舶正浮或橫傾不超過5°時，能排出任何艙室或水密區域內的積水。

4.3.2非機器處所吸口布置

（1）應滿足在船舶正浮或橫傾不超過 5°時，至少有1只吸口有效排水，通常采取以下措施:

① 船底向兩舷升高≥5°呈V型，可在艙尾部中部設1只吸口；

② 船底向兩舷升高＜5°呈U型，應在兩舷各設1只吸口；

（2）首﹑尾尖艙（非液體艙）：設吸口或手搖泵或噴水泵；

（3）位于首﹑尾尖艙內的水密艙（如錨鏈艙﹑舵機艙）：設吸口或手搖泵或噴水泵；

（4）軸隧﹑管隧的尾部設吸口或手搖泵或噴水泵，如長度超過35 m則首部增設吸口；

（5）冷藏貨艙：設排水設施或艙底水吸口；

（6）干舷甲板上的封閉處所，如船舶橫傾為 5 °時干舷甲板邊緣不會浸水者，則可通過設置泄水孔直接排向舷外，否則需設艙底水收集裝置，并設專用設施排水；

（7）對設有雙層底的船：

① 有舭污水溝時，兩舷尾部各設1只吸口；

② 平底時，兩舷應各設1只污水井和吸口，其容積滿足相關規范要求。

4.3.3機艙處所吸口布置

應滿足在船舶正浮或橫傾不超過 5°時，至少應有2只吸口有效（其中1只為支吸口，另1只為直接吸口）。為此，可采用以下措施：

（1）中機型機艙

① 船底向兩舷升高≥5°呈V型，可在機艙中縱剖面處設1只支吸口和1只直接吸口；

② 船底向兩舷升高＜5°呈U型，可在機艙中縱剖面處﹑兩舷各設1只支吸口﹑中縱剖面處設1只直接吸口。

（2）對于雙層底機艙

① 兩舷有舭污水溝時，在兩舷各設1只支吸口和1只直接吸口；

② 無舭污水溝時，兩舷應各設1只污水井，井內各設1只支吸口和1只直接吸口。

（3）尾機型機艙

前端兩舷各設1只支吸口和1只直接吸口，尾部中剖面處設1只支吸口。通常，船舶多有尾傾狀態，其吸口布置靠艙后為宜。

4.3.4客船吸口布置附加要求

對于客船，還應考慮更多的安全系數，增加以下附加要求：

（1）機器處所以外艙室

無論船舶正浮或事故后傾斜，均能抽除并排干任一個水密分艙內的積水。為此，應考慮在艙內前/后﹑左/右增設艙底水吸口。

（2）機器處所

每臺獨立動力艙底泵應與該處所的直接吸口連接以互為備用，但任一處所內直接吸口不必超過 2 個，如設有2個則應兩舷布置，以減少同時破損的風險。

4.3.5應急吸口

主機機艙通常應設應急吸口，首選與主機冷卻水泵相連接。如冷卻水泵不適宜抽艙底水，則可與艙底泵外的其它最大排量的水泵相連接，其排量不小于艙底泵排量；如與應急吸口相連的泵具有自吸能力，則應急吸口處可不設直接吸口。

但小于500 t的國內航行海船和小于45 m的漁船，不要求設應急吸口。

4.3.6增加吸口的情況

艙底水吸口的配置不僅要滿足船舶安全航行需要，還應保證可抽干水密艙內的艙底積水。為此，設計時應根據實際需要適當增加支吸口，所增加的吸口尺寸和管徑無需滿足規范規則要求。

4.3.7減少吸口的情況

對于500 GT以下船舶，因其尺度小﹑艙底水排除效果好，通常其吸口數量可適當減少。

4.3.8艙底水吸口設置要求

（1）通常在機器處所內吸入口設泥箱或濾器；（2）機器處所外艙室吸入管開口端應設濾網。

5 影響艙底水排除效果的因素及解決措施

5.1 影響艙底水排除效果的因素分析

影響艙底水排除效果的因素較為復雜，除施工因素外，在設計上需考慮的影響因素主要有以下幾種：

（1）止回閥距離泵吸口的距離；

（2）泵吸入口高度；

（3）泵的自吸能力；

（4）艙底形狀與吸口布置的匹配性；

（5）船舶浮態；

（6）雙層底形狀。

5.2 提高艙底水排除效果的主要措施

（1）采用立式自吸式離心泵，降低泵吸口高度；

（2）采用自吸能力強的泵型，如螺桿泵﹑噴射泵等；

（3）在泵吸入管上加裝自吸裝置；

（4）吸入口附近設止回閥；

（5）雙層底內設吸水井；

（6）在艙底泵吸入口處加止回閥，且其吸入管與海水總管連通，艙底泵啟動時可引用海水消除吸入管中空氣而實現自吸功能。

6 結束語

通常，各船級社的規范及各掛旗國的法規對船舶艙底水系統的配置要求往往依據SOLAS的規定，但各船級社有各自的經驗，某些掛旗國也提出了特殊的要求。但總體上看，對艙底水系統的要求大同小異，只要設計者充分理解SOLAS的基本要求，同時參照有關船級社規范和掛旗國的相關規定，即可設計出合理的艙底水系統，保證船舶航行安全，并滿足當地行政機關的規定。