1700TEU 集装箱船辅助系统管系设计

孙成琪，李凯

（广东海洋大学 航海学院轮机系，广东 湛江 524025）

1700TEU 集装箱船由我国自主设计研发，船舶动力装置的设计主要包括机舱中主要设备的选型及布置，四大动力系统的设计，以及辅助管路系统的设计，每个系统和设备都要通过计算合理来确定其型号，这是保证船舶安全航行，防止造成海洋环境污染的重要基础。船舶的辅助管路系统主要包括压载水管路系统、舱底水管路系统和消防水管路系统。压载水管路系统是配合船舶货物积载的重要系统，用来调节船舶的吃水、纵倾及横倾，压载水管路系统中设备配置是否合理直接影响着货物的装卸效率；舱底水管路系统用来处理机舱及货舱累积的污水，机舱中污水累积过多会影响到机舱的安全，货舱污水累积过多会影响到货物的装载，严重时会影响到船舶的稳定性；消防水系统用来扑灭火灾，由于用水来扑灭火灾，因此，灭火的水就要有足够的扬程，对消防泵提出了具体的要求。本文针对以上3 个管路系统的具体特点，依据公式结合实际情况通过计算给出压载泵的排量和排出压力、舱底水泵的排量和排出压力与消防泵的排量和排出压力，并对各自管路的直径进行了计算，给出了相应的型号。

1 压载水管系的设计与分析

压载水管路系统用来调节船舶的吃水、纵倾及横倾。一般选择双层底和顶边舱作为压载舱，艏艉尖舱也经常作为压载舱。本船1700TEU 的集装箱船一共有18 个舱室作为压载舱，总压载水量为6800m3。

海水从海底阀进入海水总管，压载泵把海水总管中的海水打入各个压载舱，各个压载舱可通过液压遥控蝶阀进行开关，同时压载泵也可以把各个压载舱中的海水打出到舷外。

1.1 压载泵的排量和排出压力

压载泵一般设置2 台，选用叶轮式的离心泵作为压载泵，压载泵的排量按式（1）计算，如下：

通过以上分析本船总压水量为6800m3，根据本集装箱船的装货特点，排水时间选择13h，带入式（1）得到压载泵总排量为654m3/h，因此，每台泵的排水量至少为330m3/h，查离心泵的流量-扬程曲线得到泵的扬程为0.22MPa。当压载舱中的水很少，而低于压载水管路进口管径时，由于离心泵没有自吸能力，将会出现排水困难的现象，因此压载水系统中必须配备扫舱泵，以把压载舱中残余的水尽快排到舷外。

扫舱泵排量的计算公式如下：

式中：qs为扫舱泵的排量（m3/h）；K 为比例系数；qv为压载泵的排量（m3/h）。前面已经算出qv为330m3/h，通常K 取0.1 ～0.2，这里取0.18，则扫舱泵qs为60m3/h。

1.2 压载水管路口径的计算

一般压载水管路选用钢管，如果管内海水流速过快会对钢管造成腐蚀问题。经过分析测试，为避免腐蚀吸入和排出管路内，海水流速不得大于3m/s。而采用玻璃钢管（GRP）管路，流速可采用2 ～4m/s。

管径的计算一般按照式（3）计算：

式中：di为管子内径，m；qv为体积流量，m3/h；v 为流体流速，m/s。依据经验取海水流速为2.2m/s，并带入式（3），计算得到压载水总管内径为235mm，壁厚选择7mm。

1.3 压载水管路管材和附件

航行在大海上的船舶压载水一般都是海水，而海水具有腐蚀性，为了防止管路腐蚀，管子材料的选择就显得尤为重要。碳钢不耐腐蚀，价格便宜，镀锌钢管耐海水腐蚀性能相比碳钢有所改善，但价格稍贵，玻璃钢管耐腐蚀性能最好，压头损失最小。综合以上考虑，货舱段的压载水管路选择玻璃钢管，机舱段的压载水管路选择碳钢。

压载水管路口径很大，因此，管路上的阀门不适合使用价格昂贵的青铜，一般选用性价比高的球墨铸铁作为阀门。

开关每一个压载舱的阀门类型都选用液压遥控蝶阀，使用液压遥控蝶阀阀组控制各个压载舱是当前非常成熟的技术。

2 舱底水管系的设计与分析

舱底水是一般船舶正常营运中的必然产物，所以在船舶中设置了舱底水系统，主要用来排出舱底积水，以及在船体破损时的大量进水，以保证船舶安全正常航行。舱底水管路系统分为机舱和货舱两部分。

2.1 舱底水泵的排量

舱底水主要作用时用来抽吸货舱和机舱的舱底污水，同时，当船舶的消防泵启动不了时，舱底水泵要能够替代消防泵的功能，因此，对其排量和扬程也做了相应的要求。按要求舱底水泵的排量按照如下公式计算：

式中：Q 为舱底水泵排量，m/h；为总管内径，mm；带入式（4）得到舱底水泵的排量Q=170m3/h。

2.2 舱底水管路口径的设计

本船舱底水总管的内径按如下公式计算：

式中：d1为总管内径，mm；L 为船长，m；B 为型宽，m；D 为型深，m。计算得到的直径是舱底水总管的最小值。机舱和货舱中舱底水的支管直径计算公式如下：

式 中：d2为 支 管 内 径，mm；l 为 舱 室 长 度，m；l=24.65m；B 为型宽，m；D 为型深，m。由于船长L=189m，型宽B=27.4m，型深D=14.3m。公式计算的结果也是管径的最小值。通过计算得到舱底水总管内径174mm，舱底水支管内径为94mm，壁厚分别选择6mm 和4mm。

2.3 舱底水的处理

为了清洁海洋，根据国际公约的要求舱底污水是不能直接排放入海的，必须要经过油水分离器处理，处理后污水中的含油量必须要小于15ppm，方可排放入海，如果处理后含油量依然大于15ppm，那么，含油污水要回流至舱底污水柜，等待重新处理。

3 消防水管系的设计与分析

各种海难事故中，火灾的危害是最大的，因此，在火灾发生时，利用船上现有条件第一时间把火灾扑灭就显得尤为重要。用来灭火的水必须要有足够的扬程和流量，因此，这就对消防泵以及消防管路的选择提出要求，以下针对消防泵和消防管路的选型进行计算。

3.1 消防泵的选型

不同于压载泵，消防泵主要用来灭火，根据船级社的要求船用消防泵扬程不能小于40m，消防泵排量要远小于压载泵，但最小不能小于舱底水泵的排量。本船计算得到舱底水泵的排量为170m3/h，因此，本船消防泵排量170m3/h，扬程为40m。

3.2 消防水管路口径的计算

消防总管的内径根据以下公式计算：

式中：L 为船舶垂线间长，m；本船垂线间长L=176m，则d=172mm。对于货船d 不超过125mm，但任何情况下应不小于50mm。通过以上分析消防管内径应为125mm，壁厚为5mm。

4 结语

本文主要目的在于优化集装箱船舶管系的设计、加快船舶管系设计的进度、加深船舶管系设计的程度和降低船舶管系的建造成本。获得最适合船舶安全航行且能降低造船成本的管系设计方案，加快生产，提高造船效率，为企业创造更多的效益。本文主要结论如下。

（1）计算得到压载水泵排量为330m3/h，排出压力为0.22MPa，扫舱泵排量为60m3/h。压载水总管内径为235mm，壁厚为7mm。阀门采用球墨铸铁材料的液压蝶阀。

（2）计算得到舱底水泵的排量为170m3/h，总管内径174mm，机舱舱底水支管内径94mm。

（3）消防泵的排量为170m3/h，扬程40m。消防总管内径为125mm。