船舶艙底水系統(tǒng)法規(guī)要求研究

孫東輝 高金軍

摘 ? 要：航行于河流或海洋上的船舶，借助于動力設(shè)備提供的動力，在河流和海洋上提供各類運輸服務(wù)，包括貨物運輸，科研考察，觀光旅游等。船舶在航行的過程中，需要各種設(shè)備和系統(tǒng)為其提供服務(wù)。本文通過梳理各種類型的船舶上艙底水系統(tǒng)的架構(gòu)和設(shè)計，整理各大船級社對于艙底水系統(tǒng)的規(guī)范要求，總結(jié)出船舶艙底水系統(tǒng)的設(shè)計理念以及各大規(guī)范之間的差異。

關(guān)鍵詞：艙底水系統(tǒng) ?規(guī)范法規(guī) ?各類型船舶

中圖分類號：U664.9 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）07（c）-0120-04

航行于河流或海洋上的船舶，借助于動力設(shè)備提供的動力，在河流和海洋上提供各類運輸服務(wù)，包括貨物運輸，科研考察，觀光旅游等。船舶在航行的過程中，需要各種設(shè)備和系統(tǒng)為其提供服務(wù)，其中有一個重要的系統(tǒng)，既是保持船艙干凈的重要途徑;也是船舶安全的保證—船舶艙底水系統(tǒng)。艙底水系統(tǒng)，顧名思義，即處理船舶在航行過程中各類機械設(shè)備和系統(tǒng)在運行過程中產(chǎn)生的廢棄水，也需要保證在船舶出現(xiàn)進(jìn)水事故時，能及時排除進(jìn)水，確保船舶穩(wěn)性安全。2014年5月—2015年11月，在公司承接的巴士公司500客景觀船“藍(lán)森”號的建造工程中，我負(fù)責(zé)該景觀船建造的生產(chǎn)管理工作。“藍(lán)森”號觀景船為單體鋼質(zhì)客船，單層連續(xù)甲板、三層上層建筑及一層甲板室。該船為尾機型雙機雙槳船舶，推進(jìn)裝置采用主機通過減速齒輪箱、短軸和尾軸傳動螺旋槳，設(shè)置兩臺250kW柴油發(fā)電機組，供全船動力和生活用電。由于在建造過程中，我們發(fā)現(xiàn)船型平臺以及規(guī)范法規(guī)對艙底水系統(tǒng)都有相應(yīng)的要求，由此，針對船舶艙底水系統(tǒng)法規(guī)進(jìn)行了一些研究。

1 ?艙底水系統(tǒng)組成

艙底水系統(tǒng)一般由動力水泵，和遍布全船的管網(wǎng)組成，包括艙底總管和各處所的支管。除液體儲存艙室外，每一個水密艙室均需要布置數(shù)量合適的艙底水吸口。吸口端部一般設(shè)置有止回裝置，防止停泵后艙底水回流，也避免自吸裝置長時間運行。

2 ?各類船舶的艙底水系統(tǒng)特點

2.1 貨船

由于貨船的機械設(shè)備大都集中在大機艙，整個艙底系統(tǒng)一般分為兩個部分，機艙艙底系統(tǒng)和貨艙艙底系統(tǒng)。機艙部分為點發(fā)散結(jié)構(gòu)，貨艙部分為扁平樹形結(jié)構(gòu)。貨船船型結(jié)構(gòu)為長條柱狀結(jié)構(gòu)，由于推進(jìn)裝置一般布置在尾部，所以通常機械裝置都回布置在靠近船尾的機艙里，而其他部分則用于儲存貨物。

2.2 客船

客船大部分空間都用于人員，為了人員的舒適性，機械設(shè)備會被布置在船舶下層區(qū)域，且盡量集中在機艙，因此，所能產(chǎn)生艙底水的區(qū)域也集中在上述處所內(nèi)，系統(tǒng)呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

2.3 海洋工程船舶

海洋工程船舶，除了人員居住處所外，所有的空間基本都用于機械設(shè)備，除了安裝發(fā)電機組的機艙，還有許多功能艙室安裝特定的機械設(shè)備。因此整個船上的艙底系統(tǒng)遍布全船，從上層甲板到底層甲板都有，鉆井平臺呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，如下圖陰影部分所示，工程輔助船同貨船類似。

2.4 豪華游輪

豪華游輪艙底系統(tǒng)，與客船類似，考慮舒適空間保留給人員，機械設(shè)備則會集中布置在底層甲板，也造成其艙底水系統(tǒng)屬于扁平樹形結(jié)構(gòu)，如圖陰影部分所示。

3 ?船舶法規(guī)和各大船級社規(guī)范對艙底水系統(tǒng)的要求

IMO（國際海事組織）法規(guī)及船級社對于艙底系統(tǒng)的要求，是為了保證船舶的安全，對系統(tǒng)設(shè)計提出的設(shè)計和建造規(guī)定。法規(guī)中對艙底水系統(tǒng)的要求，主要借鑒SOLAS（國際海上人命安全公約）2-35-1章節(jié)要求，艙底水泵送裝置[1]。其中定義了不同船舶中需要布置艙底水泵送裝置，分為客船和貨船兩大類。

規(guī)范規(guī)定，無論哪種船型，均應(yīng)設(shè)有有效的艙底水泵送系統(tǒng)，在所有實際工況下，均能抽出以及排干任何水密艙室的水;除了固定用于儲存裝載淡水，壓載水，燃油或者液貨的艙室，并且設(shè)有有效排水設(shè)備的處所。包括冷藏艙室也需要布置有效的排水裝置。

除此之外，規(guī)范中還規(guī)定的泵送艙底水所需動力水泵的數(shù)量，以及排水管尺寸的計算方法;對特殊艙室有明確的材料規(guī)定。

艙底水輸送系統(tǒng)，需能在海損時，無論船舶是正浮，或橫傾，均能操作。通常情況下，應(yīng)為所需艙室設(shè)置幾根側(cè)吸支管;如遇特殊形狀的艙室，可根據(jù)實際情況增減支管數(shù)量，確保所有情況下可用。對于某些特殊艙室，如主管機關(guān)確信可能不需要設(shè)置排水設(shè)備，則可予以免除。

通常情況下，貨船需至少設(shè)有2臺與艙底總管相連的動力泵，其中1臺可由推進(jìn)機械驅(qū)動;客船需設(shè)置3臺艙底水泵與艙底水總管相連，3臺動力水泵中，一臺可由推進(jìn)機械驅(qū)動。

但是，如KN值大于P與艙壁甲板以上的實際乘客處所總?cè)莘e之和，則P1應(yīng)取上述之和或KN值的2/3，兩者之中取較大者。

除客船外，可選用一臺艙底水噴射器取代1臺所要求的獨立動力艙底泵，但此噴射器需要有適當(dāng)海水供給壓力并與艙底水管系有連接。船長91.5m及以上，或者艙底泵衡準(zhǔn)數(shù)為30及以上的船舶，其艙底水泵的布置應(yīng)能使其在所能承的所有進(jìn)水情況下，至少有1臺動力泵可用。可選用一臺可潛式應(yīng)急泵，其動力源位于艙壁甲板以上;或者艙底水泵及其動力源在整個船長范圍內(nèi)分布，使未破損的艙內(nèi)至少有一臺水泵可用。

艙底水泵排水的抽水速度不低于2m/s。

艙底水總管的內(nèi)徑d1應(yīng)按下式計算，但是艙底水總管的實際內(nèi)徑可按最接近的標(biāo)準(zhǔn)尺度取整，但不應(yīng)小于計算值5mm。

式中：L=船長（在最深分艙載重線兩端的垂線間量得的長度），m;B=船寬（在或低于最深分艙載重線處，由一舷肋骨外緣至另一舷肋骨外緣間的最大寬度） ，m;D=至艙壁甲板的型深，m。

艙底水管在布置時，須防止裝有艙底水吸入管的艙室，因其他艙室由于碰撞或者擱淺而導(dǎo)致艙底水管斷裂或其他損壞所引起的進(jìn)水事故。因此，在布置艙底水管的時候，此水管的任何部分位于距船側(cè)不到1/5船寬范圍內(nèi)，或在箱型龍骨內(nèi)，應(yīng)在其開口端所處艙室內(nèi)加裝指揮閥。

艙底水總管內(nèi)徑的計算，各大船級社均按照SOLAS所給公式進(jìn)行，后續(xù)論述里將不再贅述，僅針對其未定義的艙底支管，艙底泵數(shù)量及排量，以及艙底吸口的相關(guān)要求進(jìn)行討論。

3.1 中國船級社CCS

艙底水泵的數(shù)量以及艙底水管總管內(nèi)徑的計算方法，同SOLAS的要求一致。當(dāng)機艙艙底水系統(tǒng)僅服務(wù)于機器處所而不為貨艙或貨物處所服務(wù)時，則公式中L的長度可取為船長減去所有貨艙或貨物處所的總長度;但無論如何，此時機艙艙底水總管的流通橫截面積不應(yīng)小于機艙2根艙底水支管的流通橫截面積之和。在任何情況下，艙底水總管的內(nèi)徑應(yīng)不小于最大艙底水支管的內(nèi)徑。所有的艙底泵，均應(yīng)為自吸式泵或帶自吸裝置的泵[2]。

除客船外，當(dāng)一臺艙底水泵的排量稍小于規(guī)定值時，則其差額可由其他艙底泵超過的排量補足，通常，該差額應(yīng)限制在規(guī)定值的30%之內(nèi)。

當(dāng)艙壁甲板或干舷甲板上封閉貨物處所內(nèi)的艙底水排放通過本艙底水系統(tǒng)進(jìn)行排放時，則D應(yīng)按下列要求選取：

（1） ?當(dāng)封閉貨物處所延伸至船舶全長時，則D應(yīng)量至艙壁甲板以上的第一層甲板。

（2） ?當(dāng)封閉貨物處所的長度較短時，D應(yīng)取為至艙壁甲板的型深加上lh/L，此處l和h分別為此類封閉貨物處所的累計長度和高度。

裝貨處所和機器處所的艙底水支管內(nèi)徑d2應(yīng)按下式計算，但是艙底水支管的實際內(nèi)徑可按最接近的標(biāo)準(zhǔn)尺度取整，但不應(yīng)小于計算值5mm：

艙底水系統(tǒng)需能處理積聚在船舶艙室內(nèi)部的積水，例如，冷凝水，泄漏水，沖洗水，消防水等等。并且還具備處理進(jìn)水事故的能力。系統(tǒng)設(shè)計中，需要避免出現(xiàn)交叉進(jìn)水的情況，避免艙與艙，船舶與外部海水之間的進(jìn)水事故。系統(tǒng)在規(guī)范要求的條件下保持可用狀態(tài)，且艙底支管的吸口控制閥需要一直處于可維修和可接近的狀態(tài)[3]。

艙底吸入總管尺寸計算公式按照SOLAS的要求進(jìn)行計算，且艙底主吸入管內(nèi)徑尺寸不小于63mm（2.5英寸）。如果所涉及的艙底泵僅服務(wù)于機艙處所，則L可 減去貨艙區(qū)域的長度。

直接吸口：推進(jìn)設(shè)備處所的一個吸口，直接連接至一臺獨立驅(qū)動的艙底水泵的進(jìn)口，以便能獨立使用這臺泵來排出處所的艙底水。如果該處所被水密艙壁分割為多個艙室，則每個艙室需布置一臺水泵連接一個直接吸口。

應(yīng)急吸口：在直接吸口的要求之外，推進(jìn)機械的處所還需要配置一個應(yīng)急吸口。該吸口直接連接至該處所最大排量的獨立驅(qū)動泵。如果最大排量的泵不合適，則需要連接至第二大排量的泵。該泵不是作為艙底水泵的泵，且其排量不小于艙底水泵的排量。應(yīng)急吸口需設(shè)置吸口截止止回閥，且易于迅速操作，其操作位置需至少高于花鋼板460mm。

內(nèi)燃機推進(jìn)設(shè)備處所，應(yīng)急吸口管徑需等于所選泵的進(jìn)口口徑;蒸汽推進(jìn)設(shè)備處所，應(yīng)急吸口管徑需達(dá)到所選泵口徑的2/3，主冷卻水泵是其首選連接動力泵。

3.3 英國勞氏船級社LR

艙底水系統(tǒng)需要能夠在船水平時泵出艙底水，不管是豎直狀態(tài)還是注意傾斜不超過5度的狀態(tài)。在客船上，艙底系統(tǒng)能夠在出現(xiàn)事故后的任何情況下都能泵出艙底水，無論船舶是豎直還是傾斜。如果在艙頂有凹槽凹陷處所，需要增加額外的艙底管吸口。除了以上艙底吸口的要求外，每一個主機械處所需提供一個應(yīng)急吸口[4]。

當(dāng)有兩臺冷卻水泵，如果每一臺可提供足量的冷卻水是，其中一臺可以連接應(yīng)急吸口。如果主冷卻水泵不適合作為應(yīng)急吸口工況，應(yīng)急吸口需連接至排量最大的可用泵，但不能是所選定的艙底水泵。當(dāng)應(yīng)急吸口連接至具有自吸能力的泵時，相同側(cè)的直接吸口可以省略，客船除外。

應(yīng)急吸口閥門許使用銘牌注明“僅限應(yīng)急情況使用”。

直接吸口，不同于應(yīng)急吸口。直接吸口用于機械處所，連接至獨立的動力泵，且能獨立于艙底總管進(jìn)行排艙底水操作。位于主機間，或者其他較大的獨立的鍋爐間，泵艙，輔機間布置有直接吸口，其內(nèi)徑不小于艙底總管內(nèi)徑。如艙室容積較小，直接吸口管內(nèi)徑需要單獨考慮。

LR，對于艙底水主管的內(nèi)徑要求，同SOLAS要求一致，計算公式同公式一，結(jié)果取整5mm，但不小于任何一個支管內(nèi)徑。

服務(wù)于貨艙或者機械處所的艙底水管支管內(nèi)徑不小于以下公式計算值

式中：db=艙底支管內(nèi)徑;mm;c=艙室長度;m

油輪和類似船舶，如果機艙泵沒有處理機艙以外的艙室艙底水，其艙底水總管直徑可以小于公式要求，但不能小于機艙支管內(nèi)徑的2倍。

艙底泵的排量，按照以下公式計算

其中：dm=規(guī)范定義艙底支管內(nèi)徑，mm;Q=排量，m3/h

所有服務(wù)于艙底系統(tǒng)的動力泵均需為自吸泵，除非有一套認(rèn)可的中央自吸系統(tǒng)。且該系統(tǒng)需船級社認(rèn)可。

3.4 DNVGL

至少配置2臺艙底水泵，對于90m及以下的船舶，其中一臺艙底泵可有主機驅(qū)動;對于大型船舶，兩臺艙底泵都需要獨立驅(qū)動[5]。每一臺艙底泵需確保艙底水總管流速不低于2m/s，其排量可按照以下公式計算

式中：D=艙底水管內(nèi)徑，mm。

針對各種規(guī)格的管路內(nèi)徑，船級社給出所列艙底水管內(nèi)徑對應(yīng)的艙底泵排量對照表，可根據(jù)實際情況選擇。如大型離心泵作為艙底泵，艙底總管內(nèi)水流速超過5m/s，艙底泵的參數(shù)以及管路系統(tǒng)壓力降計算需提交送審

艙底吸口管內(nèi)徑計算，總管參考SOLAS計算公式，取值取整趨近5mm;支管內(nèi)徑計算公式如下：

式中：l——艙室長度，m;

且任何支管內(nèi)徑不小于50mm，直接吸口內(nèi)徑不小于1.4d1，但不超過艙底總管內(nèi)徑。如果設(shè)置了應(yīng)急吸口，其管子內(nèi)徑與泵吸口側(cè)等同，但不必超過400mm。

3.5 意大利船級社 RINA

艙底水系統(tǒng)，能夠排出水密艙室里的艙底水，不論船舶是在水平狀態(tài)，還是在傾斜5度以內(nèi)的狀態(tài)。機械處所需要布置連個吸口，一個艙底支管吸口，一個直接吸口，另外，如果艙室有包含推進(jìn)機械，需要額外布置一個應(yīng)急吸口;其他艙室，每個艙室一個吸口。艙底水泵排量需確保艙底水總管流速不低于2m/s，排量不低于以下公式計算結(jié)果[6]。

3.6 法國船級社BV

BV規(guī)范中對于艙底水系統(tǒng)的要求，同RINA基本一致，本文不作贅述[7]。

4 ?結(jié)語

通過研究各大船級社規(guī)范可以了解，艙底水系統(tǒng)的基本要求為排除船舶艙底水，并且需要保證在各種條件下均能實現(xiàn)此功能。另外，對于艙底水管路的內(nèi)徑，各大船級均按照SOLAS的要求執(zhí)行，但在艙底支管內(nèi)徑的選擇上，各個船級社的要求雖然大方向上是一致，但是少有差別，在具體的項目中需要根據(jù)各自入籍情況進(jìn)行選擇。同樣的情況也出現(xiàn)在艙底水泵排量的選擇上。

泵排量系數(shù)上，CCS和ABS選擇5.66，LR和DNVGL選擇5.75，RINA和BV選擇5.65。不同的系數(shù)造成計算結(jié)果不一致，需要根據(jù)項目入籍進(jìn)行選擇。

艙底支管內(nèi)徑方面，CCS，LR，DNVGL選擇系數(shù)2.15;ABS，RINA，BV選擇系數(shù)2.16。此處對于大多數(shù)項目影響不大，畢竟標(biāo)準(zhǔn)管材是按照通徑進(jìn)行選擇，計算值僅是選取條件。但在某些特殊情況下，可能造成跨檔，因此需要關(guān)注。

針對僅服務(wù)于機械處所的艙底水總管，CCS和RINA均提出可減少其內(nèi)徑，CCS要求不小于機艙2根艙底水支管流通橫截面積之和。而RINA則給出了新的計算，來指導(dǎo)其內(nèi)徑選擇。

由此，我們可以看出，雖然存在不同船型，不同船級社的規(guī)范要求，但是對于船舶艙底水系統(tǒng)的要求其實是一致的，都是參考SOLAS作為基本要求，其目的也是為了保證船舶艙底系統(tǒng)在任何情況下可用，也是為了保證船舶安全可靠。

參考文獻(xiàn)

[1] 國際海上人命安全公約[S].IMO，國際海事組織，2014.

[2] 鋼質(zhì)海船入級規(guī)范[S].CCS，中國船級社，2018.

[3] Steel vessels[S].ABS，美國船級社，2019.

[4] Rules and Regulations for the Classification of Ship[S].LR，英國勞氏船級社，2018.

[5] Rules for classification： Ships[S] DNVGL，2018.7

[6] Rules for the Classification of Ships[S].RINA，意大利船級社，2018.

[7] Rules for the Classification of Steel Ships[S].BV，法國船級社，2018.