1700TEU 集裝箱船輔助系統管系設計

孫成琪，李凱

（廣東海洋大學 航海學院輪機系，廣東 湛江 524025）

1700TEU 集裝箱船由我國自主設計研發，船舶動力裝置的設計主要包括機艙中主要設備的選型及布置，四大動力系統的設計，以及輔助管路系統的設計，每個系統和設備都要通過計算合理來確定其型號，這是保證船舶安全航行，防止造成海洋環境污染的重要基礎。船舶的輔助管路系統主要包括壓載水管路系統、艙底水管路系統和消防水管路系統。壓載水管路系統是配合船舶貨物積載的重要系統，用來調節船舶的吃水、縱傾及橫傾，壓載水管路系統中設備配置是否合理直接影響著貨物的裝卸效率；艙底水管路系統用來處理機艙及貨艙累積的污水，機艙中污水累積過多會影響到機艙的安全，貨艙污水累積過多會影響到貨物的裝載，嚴重時會影響到船舶的穩定性；消防水系統用來撲滅火災，由于用水來撲滅火災，因此，滅火的水就要有足夠的揚程，對消防泵提出了具體的要求。本文針對以上3 個管路系統的具體特點，依據公式結合實際情況通過計算給出壓載泵的排量和排出壓力、艙底水泵的排量和排出壓力與消防泵的排量和排出壓力，并對各自管路的直徑進行了計算，給出了相應的型號。

1 壓載水管系的設計與分析

壓載水管路系統用來調節船舶的吃水、縱傾及橫傾。一般選擇雙層底和頂邊艙作為壓載艙，艏艉尖艙也經常作為壓載艙。本船1700TEU 的集裝箱船一共有18 個艙室作為壓載艙，總壓載水量為6800m3。

海水從海底閥進入海水總管，壓載泵把海水總管中的海水打入各個壓載艙，各個壓載艙可通過液壓遙控蝶閥進行開關，同時壓載泵也可以把各個壓載艙中的海水打出到舷外。

1.1 壓載泵的排量和排出壓力

壓載泵一般設置2 臺，選用葉輪式的離心泵作為壓載泵，壓載泵的排量按式（1）計算，如下：

通過以上分析本船總壓水量為6800m3，根據本集裝箱船的裝貨特點，排水時間選擇13h，帶入式（1）得到壓載泵總排量為654m3/h，因此，每臺泵的排水量至少為330m3/h，查離心泵的流量-揚程曲線得到泵的揚程為0.22MPa。當壓載艙中的水很少，而低于壓載水管路進口管徑時，由于離心泵沒有自吸能力，將會出現排水困難的現象，因此壓載水系統中必須配備掃艙泵，以把壓載艙中殘余的水盡快排到舷外。

掃艙泵排量的計算公式如下：

式中：qs為掃艙泵的排量（m3/h）；K 為比例系數；qv為壓載泵的排量（m3/h）。前面已經算出qv為330m3/h，通常K 取0.1 ～0.2，這里取0.18，則掃艙泵qs為60m3/h。

1.2 壓載水管路口徑的計算

一般壓載水管路選用鋼管，如果管內海水流速過快會對鋼管造成腐蝕問題。經過分析測試，為避免腐蝕吸入和排出管路內，海水流速不得大于3m/s。而采用玻璃鋼管（GRP）管路，流速可采用2 ～4m/s。

管徑的計算一般按照式（3）計算：

式中：di為管子內徑，m；qv為體積流量，m3/h；v 為流體流速，m/s。依據經驗取海水流速為2.2m/s，并帶入式（3），計算得到壓載水總管內徑為235mm，壁厚選擇7mm。

1.3 壓載水管路管材和附件

航行在大海上的船舶壓載水一般都是海水，而海水具有腐蝕性，為了防止管路腐蝕，管子材料的選擇就顯得尤為重要。碳鋼不耐腐蝕，價格便宜，鍍鋅鋼管耐海水腐蝕性能相比碳鋼有所改善，但價格稍貴，玻璃鋼管耐腐蝕性能最好，壓頭損失最小。綜合以上考慮，貨艙段的壓載水管路選擇玻璃鋼管，機艙段的壓載水管路選擇碳鋼。

壓載水管路口徑很大，因此，管路上的閥門不適合使用價格昂貴的青銅，一般選用性價比高的球墨鑄鐵作為閥門。

開關每一個壓載艙的閥門類型都選用液壓遙控蝶閥，使用液壓遙控蝶閥閥組控制各個壓載艙是當前非常成熟的技術。

2 艙底水管系的設計與分析

艙底水是一般船舶正常營運中的必然產物，所以在船舶中設置了艙底水系統，主要用來排出艙底積水，以及在船體破損時的大量進水，以保證船舶安全正常航行。艙底水管路系統分為機艙和貨艙兩部分。

2.1 艙底水泵的排量

艙底水主要作用時用來抽吸貨艙和機艙的艙底污水，同時，當船舶的消防泵啟動不了時，艙底水泵要能夠替代消防泵的功能，因此，對其排量和揚程也做了相應的要求。按要求艙底水泵的排量按照如下公式計算：

式中：Q 為艙底水泵排量，m/h；為總管內徑，mm；帶入式（4）得到艙底水泵的排量Q=170m3/h。

2.2 艙底水管路口徑的設計

本船艙底水總管的內徑按如下公式計算：

式中：d1為總管內徑，mm；L 為船長，m；B 為型寬，m；D 為型深，m。計算得到的直徑是艙底水總管的最小值。機艙和貨艙中艙底水的支管直徑計算公式如下：

式 中：d2為 支 管 內 徑，mm；l 為 艙 室 長 度，m；l=24.65m；B 為型寬，m；D 為型深，m。由于船長L=189m，型寬B=27.4m，型深D=14.3m。公式計算的結果也是管徑的最小值。通過計算得到艙底水總管內徑174mm，艙底水支管內徑為94mm，壁厚分別選擇6mm 和4mm。

2.3 艙底水的處理

為了清潔海洋，根據國際公約的要求艙底污水是不能直接排放入海的，必須要經過油水分離器處理，處理后污水中的含油量必須要小于15ppm，方可排放入海，如果處理后含油量依然大于15ppm，那么，含油污水要回流至艙底污水柜，等待重新處理。

3 消防水管系的設計與分析

各種海難事故中，火災的危害是最大的，因此，在火災發生時，利用船上現有條件第一時間把火災撲滅就顯得尤為重要。用來滅火的水必須要有足夠的揚程和流量，因此，這就對消防泵以及消防管路的選擇提出要求，以下針對消防泵和消防管路的選型進行計算。

3.1 消防泵的選型

不同于壓載泵，消防泵主要用來滅火，根據船級社的要求船用消防泵揚程不能小于40m，消防泵排量要遠小于壓載泵，但最小不能小于艙底水泵的排量。本船計算得到艙底水泵的排量為170m3/h，因此，本船消防泵排量170m3/h，揚程為40m。

3.2 消防水管路口徑的計算

消防總管的內徑根據以下公式計算：

式中：L 為船舶垂線間長，m；本船垂線間長L=176m，則d=172mm。對于貨船d 不超過125mm，但任何情況下應不小于50mm。通過以上分析消防管內徑應為125mm，壁厚為5mm。

4 結語

本文主要目的在于優化集裝箱船舶管系的設計、加快船舶管系設計的進度、加深船舶管系設計的程度和降低船舶管系的建造成本。獲得最適合船舶安全航行且能降低造船成本的管系設計方案，加快生產，提高造船效率，為企業創造更多的效益。本文主要結論如下。

（1）計算得到壓載水泵排量為330m3/h，排出壓力為0.22MPa，掃艙泵排量為60m3/h。壓載水總管內徑為235mm，壁厚為7mm。閥門采用球墨鑄鐵材料的液壓蝶閥。

（2）計算得到艙底水泵的排量為170m3/h，總管內徑174mm，機艙艙底水支管內徑94mm。

（3）消防泵的排量為170m3/h，揚程40m。消防總管內徑為125mm。