冬季低温下船舶建造防冻方案设计研究

米毛毛　陈冬

摘 要：在冬季低温环境下，船舶设备及部件极易受损。一旦设备受损，不仅会对船舶建造产生不良影响，还会造成巨大的经济损失。造成船舶设备及部件受损的原因较多，比如存留水结冰膨胀而使船舶部件胀裂、流体结冰而使管路受损等。因此，做好冬季低温下船舶建造的防冻方案设计工作至关重要。

关键词：低温；船舶建造；防冻方案；存水泄放

中图分类号：U672.7+2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.03.100

船舶建造是一项艰巨的工程，尤其是在冬季低温环境下，船舶设备和管路内很可能存留液体，造成锈蚀，甚至被冻坏，不但经济损失严重，现场施工和维护难度增加，而且船舶建造也会受到影响。因此，查明船舶设备和管路受损的原因，并制订合理的防冻方案，对保证船舶的正常建造至关重要。

1 船舶部件和管路被冻坏的原因

船舶主要由船体、电气部分、舾装部分和轮机等组成。其中，舾装部分包括管路系统、自动化设备和特种系统等。管路系统主要负责将各种机械设备连接起来，并对流体进行输送。燃油，海、淡水，空气和滑油为常见的流体介质。船舶建造使用的燃油又分为轻油和重油两种，在冬季低温环境下，温度的变化会引起燃油密度发生变化，最终凝固，体积变小；海、淡水在低温条件下则会结冰膨胀；滑油由于凝点低，一般不会出现凝固现象。因此，在冬季低温条件下，燃油和滑油凝固后体积变小，不会出现冻裂现象；而海、淡水体积膨胀则会导致船舶部件胀裂。

2 船舶防冻方案设计及优劣对比

对于低温环境下船舶出现的存留水结冰，海、淡水结冰胀裂损坏船舶部件等情况，采用加热保温方法可使海、淡水凝点低于环境温度；采用添加防冻液的方法可使海水的物理特性改变，预防海、淡水在低温下凝固而膨胀，进而损坏船舶部件。对于存留在船舶中的积水，采用泄放处理的方法将其清理干净，或者干式存放，可有效预防结冰。一般来说，在低温环境下，船舶防冻方案的设计应从以下几方面考虑。

2.1 方案设计

2.1.1 改变环境温度

采用加热保温方法使海、淡水凝点低于环境温度，则不会出现低温凝固现象。在船舶建造中，如果未安装船用锅炉，可通过岸上蒸汽管路接入。安装并调试正常后，则将船用锅炉开启，使其产生蒸汽，通过增加暖气设备或蒸汽管路的方式达到改变环境温度的目的。需要注意的是，借助蒸汽作用改变环境温度时，要将开口区域封堵好，以免产生热损失。另外，在设计时，还应注意预留冬季防冻蒸汽的进出口。

2.1.2 清除介质

将管路系统或船舶设备中的存留水清理干净，使其处于干燥状态，能够有效防止设备和管路被冻坏。根据管路系统及设备的特点，常用于清理存留水的方法主要有以下三种：①存水泄放。在设计时，船舶管路系统应包含有管路泄放部分，且泄放点应尽可能地设于系统最低点，以保证存水能够泄放干净。同时，应设置泄放口，并确保泄放口能够排干净存留水。另外，对新船、新设备及新管路也应进行专门的泄放设计。②借助压缩空气吹除。在水压试验或已泄放残水后，还可借助压缩空气的作用吹除存留水。③改善设计方案，防止残水存留。如果是设备或管路原因导致残水存留，可重新对其进行设计，比如将管路布置方向由竖直改成水平，保证彻底清除残留水。

2.1.3 添加防冻液

在水中添加防冻液能够有效减少因冬季低温而导致的水结冰胀裂设备或管路事件的发生。冰点是判断防冻液防冻的重要指标，一般情况下，防冻液的冰点应比环境最低温度至少低10～15 ℃。因此，选用防腐、防锈和除垢能力较强的防冻液能有效保护管路系统。防冻液类型多种多样，在船舶建造中使用较多的是含乙二醇母液的防冻剂。另外，管路系统往往遍布全船区，对于改变环境温度的条件无法达到的情况，防冻设计时应考虑选用防冻液。

2.1.4 存水管理

在冬季低温环境下，船体水舱很容易因为存水而结冰或膨胀、崩裂。如果舱室面积较大，很难布置加热设备，那么在防冻设计时必须注意为存水留足膨胀的空间。结合实际建造经验，应优先考虑上层边水舱、前后尖舱等部位的防冻设计，一般要求存水量应少于满舱的85%；如果舱室低于水线，舱室存水量应少于满舱的95%.另外，测深管和水舱空气管的舱室舱顶上部也不得出现存水。

2.2 方案优劣对比

不同的防冻方案都有各自的特点，在经济性、适用性等方面也存在差异。改变环境温度和添加防冻液的防冻方案虽能取得良好的防冻效果，但费用高、适用区域有限；泄放设备或管路中存留水的防冻方案能够有效达到防冻效果，且可重复利用、费用较低，但部分管路可能存在泄放不彻底或泄放困难的现象；存水管理方案适用对象有限，只能用于存水舱室防冻。在清除介质的防冻方案中，每一种方法又有各自的特点。存水泄放方法适用性、操作性均较强，且费用较低，但部分管路则可能出现泄放不彻底的现象；借助压缩空气吹除的方法适用性不强，仅限用于小管径管路，且无法完全吹出弯管处的积水；改善设计方案的方法能够有效防止因积水存留膨胀而损坏设备的情况，但如果需要更改设计，则难度较大。综合来看，存水泄放方法适用性较强，在冬季低温防冻设计中的使用率也较高。

3 总结

船舶建造的质量与设计方案密切相关，特别是在冬季低温环境下，防冻设计方案的效果如何会直接影响到船舶建造的质量，进而影响到船舶的正常航行。因此，设计人员应首先了解哪些因素会对船舶建造质量产生影响，然后综合多方面的情况对冬季低温下船舶建造的防冻方案进行合理设计，尽可能地避免各种不良情况对船舶造成损坏，保证船舶的正常运行。

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〔编辑：刘晓芳〕