LNG船压载水管路的优化布置与应用

唐钰明，陆丹贤，王海银

（沪东中华造船集团有限公司，上海 200129）

LNG船压载水管路的优化布置与应用

唐钰明，陆丹贤，王海银

（沪东中华造船集团有限公司，上海 200129）

随着造船技术的发展，对于一些高新船舶，尤其是LNG船，海水对压载管路提出了更高的要求，同时在管路的布置上也产生了更多的限制。针对LNG船压载水排舷外管路及涂塑要求进行了阐述和分析，优化船舶压载水处理装置的管路布置，形成一套高效、节约且满足趋势要求的压载水管路布置方法。

压载管路；优化；涂塑（聚乙烯）

0 引言

船舶压载水系统主要由压载水泵、压载水管路、压载水舱及有关阀件组成，系统的作用是：根据船舶营运的需要，对全船压载舱进行注入和排放，以达到调整船舶的吃水和船体纵、横向的平稳及安全的稳心高度；减少船体变形，以免引起过大的弯曲力矩与剪刀力，降低船体振动；改善空舱适航性。

对船舶进行压载的最初目的是保证船舶安全和稳性，随着造船技术的发展，海水作为最方便的载体成为船舶习惯的压载物。近年来，随着人们对海洋环境保护意识的提高，船舶压载水的加装排放所引起的相关环境问题，特别是有害水生物和病原体转移造成的危害，引起了社会各层面的广泛关注。压载水处理技术的产业化不仅是保护海洋生态环境的迫切需要，而且对提高国产船舶关键设备装船率、提高航运业和造修船业核心竞争力具有重要意义。同时，对海军自主装备建设也有十分重大意义。

对现代运输而言，压载水处理装置是必须的，它可以保证船舶的安全和高效操作，保证未载货船的平衡和稳定。然而，它也给生态环境，经济和人类健康造成了巨大的威胁。据估计，每天数以万计的海洋生物通过压载水舱被带往世界各地。IMO把通过船舶压载水带来的海洋物种入侵列为四个最具威胁的海洋问题之一。我国沿海南北航线船舶运输航程短、压载水排放频繁、装货速度快，双层底舱压载水排放速度直接影响停泊的时间。

文章针对LNG船压载水排舷外管路及涂塑进行分析和优化，形成了一套可供其他船型借鉴的设计思路和管路布置方案。

1 分析与优化对比

1.1 DN600和DN350的压载管单独排舷外所体现的问题

压载水处理系统的排舷外管路通径比较大（DN150/350/600等尺寸），数量比较多，特别是排舷外的DN600和DN350的管路，它还需要接2个QAA2525V、QAA2526V的进口遥控海水蝶阀，且是需要涂塑（聚乙烯）的管路，涂塑管路有特殊要求，这对于原本就拥挤的机舱底层就更加负重了，对于后续的吊装、维修更加不便（图1）。注意，图1仅显示了左舷的管路原理，右舷为对称布置，修改方式、内容一致。

图1 管系原理图修改前

因此，可依据流速计算公式和压力压降的经验公式，在不改变流速和压力的情况下，提出合并管路的方案，可以减少管路阀件，节约管材和舱室空间。具体公式如下：

式中：P、ρ、v分别为流体的压强、密度、速度；h为铅重高度；g为重力加速度；c为常量。

式中：n为管道粗糙系数；R为水力半径；I为水力坡度。

1.2 优化压载水处理系统排舷外管路布置

经船东、船检及压载水处理厂家多方确认后，在保证设备及阀件正常运行的前提下、保证排舷外管路正常应力流速区间情况下，将排舷外其中一路DN350的管路合并到DN600的管路上，因为它同样都是排舷外功能，所以对于原理的一致性并不影响。具体措施[1]如下：1）取消其中一路DN350排舷外的压载管；2）取消进口遥控海水蝶阀QAA2525V和QAA2526V；3）依据公式对优化后的流速与压力进行理论计算。根据上述步骤，对原有管系原理图进行修改，得到优化后的结果如图2所示。图2仅显示了左舷的管路原理，右舷为对称布置，修改方式、内容一致。

图2 管系原理图修改后

1.3 三维模型下的排舷外管路

船舶压载水系统能够将全船各压载舱的压载水驳进、驳出或相互调驳。舷外海水靠压差自动流入压载水舱。压载水处理系统就是对船舶排放海里的压载水进行处理的装置。图3所示的QAA2541V就是用于控制压载水排舷外的遥控蝶阀，其中取消的一路DN350的压载管直接在DN600上开支管，无需另外穿过拥挤的机舱舷旁的管路，而靠QAA2541V也有足够的压力排舷外了。

因LNG船的特殊性，LNG船是世界公认的高技术、高附加值、高可靠性要求的三高船，为保证造船使用长寿命要求的特殊液货系统。所有的机舱压载管都需要涂塑（聚乙烯），如此狭窄的机舱舷旁无法再容纳需涂塑的压载管了，因为目前国内技术的限制，压载管的涂塑有特殊要求[2]。

图3 合并后的三维模型图（左舷）

1.4 优化后所体现的优势

优化后，在人力、财力、物力三个重要生产资源上都得到了极大的解决，主要体现在以下3个方面：

1）舷旁开孔数量由原来的6只减少为2只，现场工人的船体开孔工作量得到锐减，同时也增强了船体结构的强度。

2）由于机舱舷旁空间有限，设备众多体积又大，管路布置复杂，取消一路DN350的压载管，可以预留更多的空间用于设备维修、阀件布置，同时重要的是节约了不少的管路。

3）节省两只DN350的进口遥控海水蝶阀QAA2525V和QAA2526V。

LNG一系列船合计节约成本可达六十多万人民币。

2 压载水处理系统管路的涂塑要求

涂塑钢管具有良好的耐腐蚀性，使用寿命长，在制作过程中有特殊要求，根据聚乙烯（PE）涂塑钢管设计、制造和安装指南，对所需要的涂塑管严格按照厂家提供的要求进行修改，因为现在国内的制作技术有限，无法达到自然涂塑的模板，需按图4的要求来设计和更改压载管路[3]。

整个机舱部分需涂塑的管路就达1021根，而其中压载管就有390根，占全船涂塑管的38%。由于条件受限制，管路的设计必须要考虑周全，既要满足涂塑要求，又要达到管路的流速标准。另外，考虑到涂塑曾自由端有可能产生收缩情况，在管路的设计过程中要尽量采用法兰连接形式。如因设计需要保留管子自由端，则需要在自由端预留一定的折返尺寸。在最大限度满足厂家要求的情况下，做到不多增加一路管路、一对法兰，现今的造船形式低靡，要从源头抓起，从自身做起，节约成本，为公司增加效益。

图4 涂塑（聚乙烯）钢管加工尺寸表

3 成果及总结

根据压载水管路的总体布置和设备参数的要求，对压载水处理装置各项指标进行检查。在保证设备正常运行的情况下，将排舷外两路管路进行合并，直接在DN600的管路上开支管，这样即可以改善拥挤的机舱空间，又节省了不少的压载大通径的管路，同时还可以减少左右各一只DN350的进口遥控海水蝶阀QAA2525V、QAA2526V，另外也减少了舷旁船体开孔，省去了大量的人力、物力。在压载水处理装置的优化过程中，得到了船东、船检及厂家的一致好评。

[1] 中国船级社. 钢质海船入级规范[S]. 2012.

[2] 唐珏明. H&Z541009-2003, 舱底压载消防管系设计规范[Z]. 2003.

[3] 李忠保. H&Z562001-2007, 船用涂塑钢管预制件加工技术条件[Z]. 2007.

Optimization and Application of LNG Ship Ballast Water Line

Tang Yu-ming, Lu Dan-xian, Wang Hai-yin

(Hudong Zhonghua Shipbuilding Group Co., Ltd., Shanghai 200129, China)

With the development of shipbuilding technology, for some new ships, especially the LNG boat, sea water has higher requirements for ballast pipe, but also more restrictions on pipeline layout. For the LNG ship, requirements are described and analyzed in ballast water overboard discharge pipe and plastic pipe layout, ship ballast water treatment device is optimized, thus it forms an ballast water pipeline layout method, which is efficient, energy saving and according with the trends.

ballast pipe; optimizing; plastic (polyethylene)

U662.2

A

1005-7560 (2014) 05-0025-03

唐钰明（1969-），男，高级工程师，主要从事船舶管系设计。