33000t化學品船液貨二次加熱系統設計

曹 云

（新世紀船舶設計研發（上海）有限公司，上海 201203）

0 引 言

33000t雙相不銹鋼化學品船可用來裝載《散裝運輸危險化學品船舶構造與設備規范》[1]第十七章中規定的三百多種貨品（覆蓋了大部分適載的化學品）。該船共有28個雙相不銹鋼結構液貨艙，其中2個兼做污油水艙。該船可同時裝載28種貨品，所有貨艙均可由二次熱水加熱系統加熱，艉部8個貨艙還可由二次熱油系統加熱。

與普通化學品船貨艙由蒸汽直接一次加熱相比，二次加熱系統加熱后液貨表面溫度較低，因此可裝載酚、苯等對溫度控制要求較高的貨品；另外，有些劇毒或危險性較高的貨品必須由二次熱油加熱系統加熱，如二苯甲烷二異氰酸酯、硫酸、氯磺酸、異丙氰醇和甲苯二異氰酸酯等。這些貨品不僅對運輸的要求較高，而且運價相對較高，能運輸此類貨品是該 33000t雙相不銹鋼化學品船的優勢所在，利于船東在各碼頭間選擇所要運輸的貨品。

本文主要對化學品船液貨艙的加熱特點、液貨二次加熱與普通蒸汽直接貨艙加熱的對比和該33000t化學品船的二次加熱設計要點進行介紹。

1 概 述

1.1 化學品船液貨艙加熱的特點

與普通油船相比，化學品船裝載的貨品種類繁多且復雜，有些貨品具有易燃性、易爆性、易反應性、凝結性、腐蝕性、有毒性和放射性等，不僅容易對人體和環境造成損害，而且容易造成財產損失。因此，在港口裝卸貨過程中和航行過程中均要注意安全，特別要注意某些特殊貨品的加熱（保溫）特性。

化學品船的液貨艙加熱需考慮以下特點：

1) 液貨艙加熱溫度應控制在允許的范圍內，且有些貨品的加熱速度不能太快，如食用油的 24h溫升應為3～5K；

2) 在對某些液貨進行加熱時，液貨表面的溫度不能過高，以免因局部過熱而使液貨發生化學反應或引發結焦、變質等貨損或危險；

3) 要對液貨艙進行溫度控制，一般在液貨艙內的不同高度處布置2～3個帶高溫報警的溫度傳感器，用以檢測各部位的溫度；

4) 有些貨品不能與水或蒸汽接觸，需采用熱油作為加熱介質，通常選用一次熱油或二次熱油加熱系統[2]。

1.2 化學品船液貨艙的加熱介質

化學品船要求加熱介質與被加熱液貨有化學相容性，并與液貨的加熱溫度相匹配。同時，要避免有毒物質進入機艙。加熱介質通常為飽和蒸汽、熱煤油、熱水和乙二醇等。

1.3 液貨艙的加熱方式

化學品船液貨艙加熱系統通常采用甲板上加熱器循環加熱和液貨艙內加熱盤管加熱2種方式[3]。

1) 甲板上加熱器循環加熱是將液貨艙內的貨物泵出至加熱器加熱，之后通過注入管將加熱后的貨物注入液貨艙。這種加熱方式比較安全、方便，且貨艙內無加熱盤管，對提高洗艙效果有利。缺點是加熱時需啟動貨油泵進行循環加熱，經濟性較差。

2) 液貨艙內加熱盤管加熱可分為一次循環加熱和二次循環加熱，其中：一次循環加熱需布置帶取樣裝置的凝水觀察柜，以免有毒物質進入機艙，加熱介質主要是蒸汽或熱油；二次循環加熱的初級加熱裝置布置在機艙內，二次加熱裝置和循環泵設置在液貨甲板區域房間內，初級加熱介質通過熱交換器將熱量傳遞給二次加熱介質，主要變換形式有蒸汽-熱油、蒸汽-乙二醇與水、熱油-熱油和熱油-乙二醇與水。

2 液貨加熱系統

2.1 液貨加熱方式選擇

33000t雙相不銹鋼化學品船是各項配置均較高的全球無限航區的I/II類化學品船，可裝載的化學品達三百多種，其液貨加熱系統的選擇特別重要。各種加熱介質和加熱方式的比較見表1。

表1 各種加熱介質和加熱方式的比較

通過與船東進行多次討論，考慮到該船主要往來于歐洲各港口，航程短，單船裝載的貨品種類多，且

大部分貨品具有毒性，不能采用一次蒸汽直接加熱的方式加熱；此外，有些貨物不能與水或蒸汽接觸，必須采用熱油加熱，但貨物總量不是很大。最終從安全性和經濟性的角度綜合考慮，采用以下2種二次加熱系統：

1) 第1種是全船28個液貨艙均采用蒸汽-熱水加熱系統加熱，二次加熱介質為淡水，成本較低，能滿足大部分貨品的要求；

2) 第2種是最艉部8個液貨艙采用蒸汽-熱油加熱系統加熱，二次加熱介質為礦物油，成本較高，但能滿足特殊貨品的要求。

雖然整個液貨二次加熱系統前期投入成本較高，但可裝載的貨品種類多，方便船東在各港口間選擇更多種類的貨品，回報率相對較高。

液貨艙的加熱條件為：海水溫度5℃，大氣溫度2℃，貨物保溫80℃，按普通成品油加熱能力計算，從44℃加熱到75℃需96h。熱水/熱油進艙溫度為140℃，出艙溫度為110℃。根據液貨艙各面積的散熱和整個液貨艙的加熱計算出各液貨艙的加熱盤管盤面比約為0.03m2/m3，整個液貨艙的加熱量為11500kW/h，最艉部8個液貨艙的加熱量約為2400kW/h[4]。

機艙內設有2臺給水量各為10t的立式水管式蒸汽鍋爐，作為液貨加熱系統的一次循環加熱系統。保溫時使用1臺鍋爐，加熱時使用2臺鍋爐。

2.2 二次熱水加熱系統

該船的液貨艙均可由二次熱水加熱系統加熱，該系統主要包含2個管殼式熱交換器（蒸汽-熱水，換熱量各為60%的全船液貨加熱能力）和2臺熱水循環泵（其中一臺備用）；另外，還有膨脹柜、給水泵、閥附件和控制元器件等，主要設備布置在貨艙區甲板上單獨的加熱室內，該房間配備有通風量為20次/h的通風防爆抽風機[5]。

考慮到整個加熱系統的經濟性，熱水主管采用普通熱浸鋅無縫碳鋼管，法蘭連接。為了減少管路熱損失，甲板主管路和室內管路包覆防水型絕緣。各液貨艙內的加熱盤管采用50mm通徑316L無縫不銹鋼管，含鉬量大于2.7%，材質與液貨管一致，具有很好的耐酸堿性，能確保加熱系統長時間安全運行。由于從熱水主管接至加熱盤管的各路支管是布置在露天甲板的，需具有較好的耐海水腐蝕性，故選擇成本較高的雙相不銹鋼管路，這樣能在海洋環境下使用多年。

二次加熱的主回管路布置在貨艙區步橋兩側，以適當間距布置膨脹彎，各液貨艙加熱盤管的手動截止閥布置在步橋兩側的膨脹彎內，方便船員操作。另外，各控制閥后配有隔斷盲通法蘭和吹氣軟管閥，當液貨無須加熱或不能與水接觸時，可將加熱盤管內的加熱介質（水）吹出艙外。

2.3 二次熱油加熱系統

該船最艉部的8個液貨艙可由二次熱油加熱系統加熱，主要包括2臺管殼式熱交換器（蒸汽-熱油，換熱量各為60%的最后8個艙的液貨加熱能力）和2臺熱油循環泵（其中一臺備用）；另外，還有膨脹柜、泄放柜、閥附件和控制元器件等設備。該二次熱油加熱系統與熱水二次加熱系統布置在同一間加熱室內。

熱油主管為無縫碳鋼管酸洗，法蘭連接，包覆防水型絕緣。其余加熱盤管和支管的材質與熱水二次加熱系統一致。管路的設計和布置思路也與熱水二次加熱系統一致。

最艉部8個液貨艙既可用二次熱水加熱系統加熱，又可用二次熱油加熱系統加熱。二次熱油加熱系統和二次熱水加熱系統示意見圖1，通過隔斷相應盲板法蘭及截止閥、切換各進出艙支管和吹除加熱盤管內的加熱介質來實現不同方式的加熱。圖2為熱水/熱油主管和各控制閥、盲通法蘭、吹氣軟管閥等布置的節點圖。

圖1 二次熱油加熱系統和熱水加熱系統示意

圖2 二次熱水/熱油主管和各控制閥、盲通法蘭、吹氣軟管閥等布置的節點圖

3 結 語

化學品船加熱系統對可裝載的貨物清單有很大影響，在初始選型時要綜合考慮其經濟性和安全性，結合貨艙的大小和船東的主要運輸貨品清單，對各要素進行評估，選擇適宜的加熱系統。

本文對 33000t雙相不銹鋼化學品船的二次加熱系統和普通化學品船采用的加熱方式進行比較，介紹了二次加熱系統的設計，可供化學品船設計者選擇液貨加熱系統或設計加熱系統參考。