川江化学品船的轮机设计分析

任成德

【摘 要】某公司委托我单位设计化学品船：从重庆运输至上海（川江），要求运输原油、苯酚、苯乙烯、汽油、柴油、航空煤油、乙醇等液态化学品。我作为轮机设计师，承担了本船轮机设计工作。

【关键词】川江；化学品船；轮机设计

中图分类号： U674.133.2 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）17-0046-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.17.022

【Abstract】A Co.Ltd asked my team to design a chemical carrier：Transport from Chongqing to Shanghai in Chuan- jiang River holding Crude oil，Phenol，Phenylethylene，Petrol，Diesel oil，Jet fuel，Alcohol etc..As a mechanical designer， Im responsible for the carrier mechanical design.

【Key words】Chuanjiang River；Chemical carrier；Mechanical design

船舶主要参数：

总长：105m 垂线间长：101m

型深：5.80m 型宽：16.20m

吃水：4.50m 船员：12人

舱容：6036m3 排水量：6644T

到港卸货时间：10h

1 航区特性

根据CCS规范，航行于川江（C级航区）的船舶，必须设置双机双桨，舵效满足左右35°满舵时间不超过12S，舵机油泵为2台交流油泵、1台应急直流油泵。

2 货物的物理特性

汽油、柴油、航空煤油、乙醇、苯乙烯常温下为液态；原油和苯酚常温下会凝固，呈粘稠状。

国内原油的熔点，根据产地不同而对应的熔点约有差别，一般熔点为30℃-50℃；而苯酚熔点约为43℃，故驳运原油和苯酚适宜的温度大约在60℃左右。当温度低于50℃时，驳运泵就不能处于良好的运转状态了。

3 设计难点

本船的设计难点在于：采取措施，确保液态原油或苯酚在运输过程中保持相应温度，具有足够的流动性，能顺利从船舱驳运到目的地的岸基储存容器中。

4 主要轮机设计要点

4.1 主机组选型配套

通过机桨匹配计算，为保证航速18km/h的需要，配置主机功率约在2×520kw左右。

经过比选，最终选用可燃烧30#重油的山东淄博柴油机厂生产的6210ZLC-3机型。

4.2 燃油系统

（1）主机使用30#重油；

（2）在主机排气管上设废气热水锅炉，用废气热水锅炉加热后的热水来加热30#重油舱及重油日用油柜；

（3）在设计废气热水锅炉传热面积时，通过锅炉厂家热量计算，确保加热后的30#重油能正常燃烧，即30#重油进机温度在55℃左右；

（4）在重油舱及重油日用油柜均设置无缝钢管式（热传递效果不及磷黄铜管好，但材料成本较低、制作工艺相对简单）加热盘管。

4.3 液货舱

（1）本船液货舱仅在运输原油或苯酚时需加热到60℃左右。通过对船体结构进行热力分析计算得知，液货舱加热到60℃时对船体结构强度的影响很小，可忽略。从提高装载率考虑，本船液货舱采用整体液货舱。

（2）本船按后期维护方便的原则，设独立透气管+高速透气阀方式。

4.4 液货系统

4.4.1 保温加热系统

本船设燃油蒸汽锅炉，在各液货舱内设蛇形无缝钢管式加热盘管。蒸汽从锅炉出来进入蒸汽总管，再分成多路进入各舱蛇形加热盘管。蒸汽在液货舱内释放热能后汇总至凝水总管，再回到燃油蒸汽锅炉加热成蒸汽，形成一个不断循环的加热系统，使液态原油或苯酚温度在运输途中保持在50℃-60℃之间。

4.4.2 驳运泵

（1）驳运泵选择：螺杆泵具有无搅动、无脉冲、能平稳地輸送各种介质，且由于泵体结构保证了泵的工作元件内始终存有泵送介质作为密封液体，因此，该泵有很强的自吸能力，且能汽液混输，其输送介质范围广，介质粘度可以从1～1500mm2/s，降低转速，则粘度可达3×106mm2/s，其压力范围可达到4MPa，流量范围可达到1～2000m3/h。

（2）本船根据液货管路设置情况，经过流量和压力计算后，选用黄工机械集团生产的—

驳运主泵：双螺杆泵2HM7000-150*2台（一用一备），流量650m3/h，压力1.0MPa。

驳运扫舱泵：双螺杆泵2HM800-60*1台，流量40m3/h，压力1.0MPa。

4.4.3 液货管路系统

（1）本船装载管系和卸载管系为独立两套系统。装载系统总管设在主甲板上，各分舱设装载支管和防冲板，装载支管下端高于液货舱最高液面，装载支管内不会残留液货而堵塞管路；卸载系统设有总管，并连接设在各舱内的吸入支管，各支管安装在每个液货舱的吸液井内，各舱液货通过吸入支管进入卸货总管，再经过双螺杆泵驳运到岸基储存容器中。

（2）设膨胀节来补偿液货管路的伸缩变形。

（3）液货管在卸载完成后，为防止化学品冷却后堵塞液货管道，必须对整个管系进行清扫，以保证系统的畅通。由于苯乙烯与空气接触会发生氧化反应，影响苯乙烯的质量，故本船采用压缩氮气作为扫线介质，在液货管路系统中设高压氮气瓶组30瓶（50L/3MP），其容积满足液货舱封舱氮气补充及液货管的扫线需要。

4.5 泡沫灭火系统

4.5.1 甲板泡沫系统

泡沫溶液供给率，按《内危规》11.3.5

（1）按液货舱甲板区域的面积计算，2L/min.m2：本船液货舱区域在32#-186#位置，已知货油舱甲板宽16.2m，肋距0.5m，

则q1=（186-32）×0.5×16.2×2=2494.8L/min

（2）按最大液货舱水平截面积20L/min.m2计算：本船液货舱最大水平截面积为51#-70#位置，舱宽6.9m，

则q1=（70-51）×0.5×6.9×20=1311L/min

（3）按《内危规》11.3.7最大泡沫炮保护的区域面积计算，10L/min.m2：本船泡沫炮最大保护区域的纵向长度为11.8m，液货舱甲板宽16.2m，

则q1=11.8×16.2×10=1911.6L/min

取以上较大值，即取：泡沫溶液供给率q1≥ 2494.8L/min

4.5.2 泡沫柜容积计算

按《内危规》11.3.6规定，供应时间不小于30min

则Smin=q.s.t=0.03×2494.8×30=2245.32L

式中：q—泡沫溶液供给率（L/min）

s—加药率（对合成泡沫浓缩液，通常取0.03）

t—施放泡沫时间（min）

考虑1.1倍系数后的泡沫液总量

则1.1Smin=1.1×2245.32=2469.85L

本船实配泡沫柜容积为V=2500L， 满足要求。

4.5.3 泡沫炮选取

按每门泡沫炮所保护液货舱甲板区域面积计算：拟选取PP32.C型泡沫炮，其流量：32L/S（1920L/min）

已知船宽16.2m，肋距0.50m，则每门泡沫炮能保护的最大纵向长度为：

1920/（16.2×10）=11.85m>11.8m，故所选泡沫炮满足要求。

泡沫炮的数量：N=（186-32）×0.5/11.8=6.53门

本船实际在尾楼上甲板左右两舷各设泡沫炮1门，共8门，其纵向布置间距为：11.8m。

PP32·C型泡沫炮，流量32L/s，射程40m，工作压力0.6-0.8MPa，满足要求。

4.5.4 泡沫泵选取

根据泡沫炮供给率，则泡沫泵的最小排量为

本船实配：泡沫泵CLH100-315B，流量117m3/h，扬程92m，电机功率45kw。

4.5.5 泡沫炮系统阻力计算

通过泡沫系统管路阻力計算，其泡沫炮进口压头为：h=H-H1=9.8064×92-242.81=658.8kpa=0.66MPa，其中H1=242.81kpa为系统管路阻力。

故泡沫泵满足泡沫炮的使用要求。

4.5.6 泡沫比例混合器选型：

泡沫炮的流量为32L/s。实取：空气泡沫比例混合器，型号：PH48·C，混合液流量：16-48L/s，满足要求。

5 结束语

该船出厂后，运行情况良好，特别是燃油系统、液货舱保温系统、液货装卸管路系统各项技术指标令船东满意，运营成本低、装载能力强、具有很强的市场竞争力。

【参考文献】

[1]《钢质内河船舶入级与建造规范》（2016）.

[2]《内河散装运输危险化学品船舶构造与设备规范》（2008）.

[3]《内河船舶法定检验技术规则》（2011）及其修改通报（2015、2016）.