5.5万吨化学品船液货扫舱系统设计及应用

臧大伟 杨 念 崔晓敏 王 昆 杨卓祺 马韶楠

（大连船舶重工集团设计研究院有限公司 大连116005）

船舶动力装置

5.5万吨化学品船液货扫舱系统设计及应用

臧大伟 杨 念 崔晓敏 王 昆 杨卓祺 马韶楠

（大连船舶重工集团设计研究院有限公司 大连116005）

《1973年国际防止船舶造成污染公约及其1978年协定书（MARPOL）》附则II“控制散装有毒液体物质污染规则”2004年修正案对化学品船在每个舱内及其相应管路内的液货残液量方面提出了更加严格的规定；此外，由于化学品船的特殊性，载运货品种类繁多，既可载运有毒货品，也可载运食用油类货品；并且，每次在卸货特别是在更换货品时，就对其液货扫舱系统提出非常高的要求，将很大程度影响到扫舱系统设计。因此，采取有效措施减少扫舱残液量是必须解决的关键技术问题。文中基于防污公约要求，主要对5.5万吨 IMO（国际海事组织） II型化学品船液货扫舱系统的选型方法、设计原理、扫舱步骤和管路设计注意事项等方面进行了研究分析，并且简要介绍扫舱试验程序。目前，该型船扫舱结果已成功通过船级社的检验。［关键词］化学品船；扫舱系统；残液量

引 言

5.5万吨IMO II型化学品船是新加坡万邦船东建造的目前世界最大的II类化学品船。船旗国：新加坡；船级：第1艘、第2艘船为LR+CCS双船级，第3艘、第4艘船为ABS+CCS双船级。船上设置了10对液货舱和1对污油舱。该型船的液货系统采用单舱单泵，液货泵为Marflex厂家生产的电动深井泵，各个液货舱相对独立，具有最大的货品分隔能力。在货物卸载结束后，需对液货舱内及液货管内的残留货品进行最大程度的清除，因此必须采取有效的扫舱措施，以保障化学品船运输安全和防止化学品污染［1］。扫舱程序由两部分组成：一是对液货舱内残留物的清除，二是对液货管内残留物的清除。本文将对扫舱系统的设计和扫舱程序进行阐述和分析［2］。

1 设计依据

1.1 规范对扫舱后残液量的要求

73/78防污公约（MARPOL 73/78 ）经过多次修改， 其附则II“控制散装有毒液体物质污染规则”2004 年修正案于2007 年1 月1 日生效。该版本对海洋环境造成危害威胁的物质分类由原来的5类（A，B，C，D和III类）改为4类（X，Y，Z和OS类），对化学品船液货扫舱残液量要求也作了相应修改。

1.1.1 修改前的残液量要求

A类污染货品：因其对海洋环境污染的威胁最大，故残液货物必须全部排至岸上的接收设备，所以没有规定最大允许残液量。

B类和C类污染货品：其残液货物可在某种条件下排放入海，故对其最大残液量规定分别为150 L和350 L。

D类污染货品：由于其对海上环境威胁最低，因此不规定扫舱标准。

1.1.2 修改后的残液量要求

修改后的规范中对于X、Y、Z类污染货品的最大允许残液量要求均为75 L。

新规范对化学品船在每个舱内及其相应管路内液货残液量的要求更加严格。扫舱系统的设计直接影响到化学品船运输安全以及防止化学品污染和船舶运输效率等方面。本文将针对扫舱系统的设计原理、方法以及管系设计中的注意事项等进行阐述［3］。

1.2 规范对扫舱试验的要求

MARPOL附则II附录5中关于扫舱试验要求主要为：扫舱期间，船舶的尾倾不应超过3°，横倾不应超过1°；在实验过程中，集管排出管需要有不低于100 kPa的背压；需记录每个舱的扫舱时间，并对扫舱结果进行修正。扫舱结束后，计算所有能收集到的残液量，包括以下各处：货舱吸口及周围、任何货舱底部凹处区域、液货泵泄放低点、所有和主管连接处的泄放点［4］。

2 扫舱系统的设计

根据规范要求，液货舱内残液量以及为该舱服务的管系内残液量总和要小于75 L，故在设计过程中需着重考虑这两方面。

2.1 扫舱的基本原理

化学品船扫舱一般可使用压缩空气，但针对特殊货品（如硫化物等）则需用氮气。为满足扫舱残液量低于75 L的要求，常规扫舱分为如下三个阶段。

2.1.1 第一阶段：液货泵内残留货品的扫舱

深井泵甲板部分通常厂家会设置一个扫舱阀，通过压缩空气或氮气进行扫舱。此阶段扫舱时，关闭液货泵排出阀，打开扫舱阀，缓慢运转液货泵，泵内残留货品通过扫舱管路排至集管区排出。

2.1.2 第二阶段：连接管路内残留货品的吹除

该阶段首先需关闭液货泵主排出阀以及液货泵自身扫舱排出阀，通过液货泵主管路排出口阀后第一个扫舱阀，用压缩空气或氮气对连接管路的扫舱。管路中的残留液货通过集管区主管予以排出。

2.1.3 第三阶段：集管区主管残留货品的吹除

该阶段主要针对集管区主管残留货品的吹除。此时，关闭所有连接管路阀门，通过开启集油管一端连接主管的扫舱管路，通过压缩空气或氮气吹除集油管路中残留货品至集管区另一端排出。

2.2 液货舱内扫舱的介绍

5.5万吨化学品船采用的是Marflex厂生产的电动深井泵。电动液货泵系统由驱动装置（电动马达）、泵体、中间活动支架、中间固定座、变频器等组成。变频器布置于机舱内，根据船东要求及船舶电站容量配置变频器数量。变频器是矩阵组合的形式，一般为两组配电板，每组配电板中的任何一个变频器能选择和控制任何一台液货泵或污油泵。最大液货泵运行数量受船舶电站容量影响。

扫舱过程主要是利用压缩空气或氮气吹入液货泵内，通过扫舱管系将剩余的部分液货输送到岸上的液货接收装置或污油水舱，具体分为以下四个步骤：

（1）当某液货舱结束常规的液货排放程序时，关闭泵出口的主液货阀②、停止液货泵、用软管①将压缩空气或氮气源与扫舱进气口相连、并检查气源③的供给压力不能小于0.6 MPa。

最小供给压力是为了平衡软管和接头等的阻力损失。低转速启动电动液货泵，保证通过液货主管路泵出残余液货，需要避免泵过热和超过泵干转限制。建议扫舱液货泵转速不超过最大转速的60%～75%。

（2）当液货压力②升高至液货泵工作压力时，开启扫舱阀①，残余液货将通过扫舱管路排出。

（3）当液货舱集油井内残液量达到设计要求时，开启压缩空气或氮气供给阀①，通过扫舱吹气进口输入扫舱气体，缓慢升高扫舱气体的压力，避免泵体管道中的液货被排放得太快。在此过程中，要避免未完全空舱前就进行泵的吹除，建议泵体管道中最大压力为0.3 MPa。

（4）当泵体内残货被排空后，关闭扫舱阀②、停止压缩空气或氮气供给阀①。

上述扫舱的四个步骤中，可视具体情况重复最后两个扫舱步骤，以确保泵体内所有残余液货被排空。当扫舱作业结束后，即停止液货泵并断开扫舱气源的连接。

2.3 液货管路扫线系统的设计

液货管路扫线系统的设计主要是为满足MARPOL附则II的要求，设置单独的扫线管路，通过软管连接压缩空气或氮气对管路内残液吹除至集管区通岸管处。扫线系统的设计主要根据液货系统的特点进行布置吹除管路。

下文以某5.5万吨化学品船为例，对扫舱介质设备选型及扫线管路的设计进行介绍。本船的扫线管路采用的是DN25法兰连接SUS316L不锈钢管；吹除阀为SUS316快速接头阀，带盖和链。

2.3.1 扫舱系统设备选型简介

5.5万吨化学品船液货扫舱系统扫舱所用介质为压缩空气或者氮气。压缩空气来源于机舱杂用空压机，氮气来源于独立的氮气发生装置。该船机舱杂用空压机基本参数如表1所示。该船氮气发生装置为膜渗透式，基本参数如表2所示。

表1 杂用空气压缩机基本参数

表2 氮气系统基本参数

氮气系统带有5 m3的氮气存储罐，并且拥有两套减压阀组，一套可以将氮气从10 kg减压至7 kg，另一套可以从7 kg减压至0.15 kg压力。输出0.15 kg的氮气主要用于甲板液货舱惰化补气使用，输出7 kg氮气主要用于甲板杂用以及为液货扫舱时输入气源。

2.3.2 液货管路主要扫线管系的设计

本船设置10对液货舱、1对污油舱、货油舱及污油舱等共计22个。单舱、单泵、单独液货管路完全独立。每个液货舱液货管为DN200不锈钢管对焊连接，扫线管采用D25不锈钢管法兰连接。每个液货舱液货管都配置有单独的扫线管路。

2.3.2.1 液货泵排出口区域扫线管路设计

在扫舱过程中，液货泵排出口蝶阀关闭，通过扫线管路直接将舱内残液排至液货主管中。因此，液货泵扫舱排出管应连接至液货泵排出口蝶阀后，以便残液排至主管。

2.3.2.2 液货纵向主管扫线管路的设计

当扫舱结束后，舱内液体全部排至液货纵向主管，对纵向主管内残液进行吹除。因此，在纵向主管端部应设置吹除阀。

2.3.2.3 集管区扫线管路的设计

当纵向主管吹除结束时，需要吹除液货集管区液货管残留液体。由于根据液货舱布置不同和液货管布置不同，船舶处于尾倾状态；因此该部分扫舱管设计也不尽相同。以集管区为界，前部的纵向主管向后倾斜，纵向主管残液可直接排至集管区，仅在集管设置吹除阀即可；后部纵向主管向后倾斜，纵向主管内残留液体部分未被吹除残液需要设置单独的扫线管，通过纵向主管端部吹至集管区并排至舷外。

具体扫舱过程及管路设计参见图8。

2.3.3 液货系统及扫舱管系设计注意事项

（1）液货管路及扫线管路布置应平直，尽量减少弯管端，且尽量不采用90°弯管，而采用45°弯管，因管路弯曲部分不易清洗干净；

（2）在液货管路端部和弯曲部分应设置吹除阀；

（3）液货深井泵将液货直接排至管路最高处，使残存在管路内液货能沿着管路顺利流到集管内；

（4）液货深井泵排出阀及装舱阀应靠近总管，并设置在管路最高点；

（5）管路内异径接头不应制成通常所用的锥形，而应制成下端水平的楔形及偏心异径接头，以防止液货在该接头处滞留；

（6）T型三通管段中支管的阀件应尽可能靠近直通安装，如支管阀未装于靠近T型三通处，则应在T型三通与阀件之间安装吹除阀；

（7）合理布置小通径扫残吹除管，利用氮气或空气最大可能的吹除泵与管路内的残液；

（8）液货管路的截止阀应设置放泄阀或放泄旋塞，以减少阀盘残存物。

3 扫舱实验介绍

根据MARPOL 73/78附则II附录5的要求，结合扫舱管系布置，为达到扫舱结果75 L的要求，设计液货系统扫舱程序，本节针对5.5万吨化学品船扫舱程序进行介绍。

3.1 实验前的准备

扫舱实验属于法定项目，船级社必须全程跟踪检验并记录结果，登记在本船P&A手册中。扫舱结果直接影响船东未来营运成本，船东也需全程进行跟踪。船厂方面要全力配合并积极有效开展试验程序，尽量达到最优效果。船厂试验前需作以下准备：

（1）液货管路安装完好，并且管路保持清洁，扫舱管系及压载系统安装完好，液货泵可以正常运行。

（2）船上需要准备0.7 MPa压缩空气及吹除阀的连接软管。集管区排出管应根据规范要求，准备连接10 m高度软管。

（3）在淡水舱或污水舱准备充足的实验用淡水，并且检测液货舱安全，可以保证人员自由出入。用于检测舱内及管路内残液量容器需准备好。

（4）船检、船东及液货泵服务工程师均应召集至实验现场。

3.2 实验条件

（1）扫舱实验时，船尾倾不应超过3°，横倾不应超过1°。根据被实验舱，通过压载水调整船舶状态［5］。

（2）连接临时集管排出10 m高软管（见图9）。

（3）连接压缩空气吹除软管。

（4）被实验液货舱内在吸入井附近存有100 mm深的淡水。

3.3 实验过程

实验过程按上页图8所示进行。扫舱过程中，集管排出阀憋压时间要严格控制。根据实船扫舱经验，总结为首次憋压时间控制在5 min左右，全开该阀。反复2次，再憋压3 min以上，而后开启排出阀，有水排出后需快速关闭该阀，以防回流，如此反复2～3次便基本能满足扫舱要求。

3.4 实验检测内容

（1）需检测舱内残余量（包括井内及舱底存水），以及相应的液货管内所有低点泄放水量；

（2）扫舱时间；

（3）初始状态，舱内水深。

检测结果需要由船级社记录，并由船东船检签字确认后，记录在程序布置手册中。

4 结 论

5.5万吨化学品船通过“有效的管路优化设计，合理的扫舱操作步骤，规范的扫舱实验程序”这三个阶段的常规扫舱程序，确保液货舱、泵及相关管路内的液货残液量不超过75 L，从而顺利通过船级社的检验并满足国际公约的相关要求。

如今的船舶航运市场中，化学品运输已占有重要地位，而减少扫舱残液量是化学品船运输的关键技术。随着化学品船的设计要求日益提高，液货扫舱系统的设计应从安全性、可靠性及船员操作使用方便等方面综合考虑，并作进一步深入探讨。

［1］ 冯树才. 46 000 DWT成品油/化学品船液货系统设计［J］.船舶，2010（3）： 35-36.

［2］ 程军. 散装化学品船的清扫系统 ［J］.船舶，2003（6）：35-36.

［3］ 中国船舶工业集团公司.船舶设计实用手册［M］. 3版.北京：国防工业出版社，2013.

［4］ 周忠辉.化学品船新公约·规则符合性研究 ［D］. 大连：大连理工大学，2008.

［5］ IMO. Annex II of MARPOL 73/78 ［S］. London：1973.

Design and application of cargo stripping system for 55 000 t chemical tanker

ZANG Da-wei YANG Nian CUI Xiao-min WANG Kun YANG Zhuo-qi MA Shao-nan
(Dalian shipbuilding industry design and research institute Co., Ltd., Dalian 116005, China)

Annex II of the International Convention for the Prevention of Pollution from Ships, 1973, as modif i ed by the Protocol of 1978 (MARPOL73/78), and as further amended to "Regulations for the Control of Pollution by Noxious Liquid Substances in Bulk" at 2004 (hereafter referred to as Annex II), provided more strict regulations of the residues in tank and corresponding pipelines for Chemical tankers. The chemical tankers can carry various cargo, such as the noxious cargo and edible oils. This particularity brings very high requirement of the liquid cargo stripping system during the unloading especially replacing cargo, which impacts a lot the design of the liquid cargo stripping system. Therefore, it is critical to fi nd an ef f ective solution to reduce the residues of the liquid cargo stripping system. Base on the requirements of MARPOL73/78, the selection, design principle, stripping process and notices of pipeline design of the cargo stripping system for a 55 000 t IMO type II chemical tanker are studied and analyzed in the paper. It also brief l y introduces the stripping test procedure. The stripping results of this ship have been successfully checked by the classif i cation society.

chemical tanker; cargo stripping system; residue

U674.13+3

A

1001-9855（2017）04-0058-06

10.19423 / j.cnki.31-1561 / u.2017.04.058

2017-02-13；

2017-03-06

臧大伟 （1983-），男，硕士，工程师。研究方向：船舶与海洋工程轮机管系设计与研究。

杨 念（1987-），女，硕士，助理工程师。研究方向：船舶与海洋工程轮机管系设计与研究。

崔晓敏（1980-），女，硕士，高级工程师。研究方向：船舶与海洋工程轮机管系设计与研究。

王 昆（1978-），男，硕士，高级工程师。研究方向：船舶与海洋工程轮机管系设计与研究。

杨卓祺（1982-），男，工程师。研究方向：船舶与海洋工程轮机管系设计与研究。

马韶楠（1979-），男，助理工程师。研究方向：船舶与海洋工程轮机管系设计与研究。