33000t化学品船液货二次加热系统设计

曹 云

（新世纪船舶设计研发（上海）有限公司，上海 201203）

0 引 言

33000t双相不锈钢化学品船可用来装载《散装运输危险化学品船舶构造与设备规范》[1]第十七章中规定的三百多种货品（覆盖了大部分适载的化学品）。该船共有28个双相不锈钢结构液货舱，其中2个兼做污油水舱。该船可同时装载28种货品，所有货舱均可由二次热水加热系统加热，艉部8个货舱还可由二次热油系统加热。

与普通化学品船货舱由蒸汽直接一次加热相比，二次加热系统加热后液货表面温度较低，因此可装载酚、苯等对温度控制要求较高的货品；另外，有些剧毒或危险性较高的货品必须由二次热油加热系统加热，如二苯甲烷二异氰酸酯、硫酸、氯磺酸、异丙氰醇和甲苯二异氰酸酯等。这些货品不仅对运输的要求较高，而且运价相对较高，能运输此类货品是该 33000t双相不锈钢化学品船的优势所在，利于船东在各码头间选择所要运输的货品。

本文主要对化学品船液货舱的加热特点、液货二次加热与普通蒸汽直接货舱加热的对比和该33000t化学品船的二次加热设计要点进行介绍。

1 概 述

1.1 化学品船液货舱加热的特点

与普通油船相比，化学品船装载的货品种类繁多且复杂，有些货品具有易燃性、易爆性、易反应性、凝结性、腐蚀性、有毒性和放射性等，不仅容易对人体和环境造成损害，而且容易造成财产损失。因此，在港口装卸货过程中和航行过程中均要注意安全，特别要注意某些特殊货品的加热（保温）特性。

化学品船的液货舱加热需考虑以下特点：

1) 液货舱加热温度应控制在允许的范围内，且有些货品的加热速度不能太快，如食用油的 24h温升应为3～5K；

2) 在对某些液货进行加热时，液货表面的温度不能过高，以免因局部过热而使液货发生化学反应或引发结焦、变质等货损或危险；

3) 要对液货舱进行温度控制，一般在液货舱内的不同高度处布置2～3个带高温报警的温度传感器，用以检测各部位的温度；

4) 有些货品不能与水或蒸汽接触，需采用热油作为加热介质，通常选用一次热油或二次热油加热系统[2]。

1.2 化学品船液货舱的加热介质

化学品船要求加热介质与被加热液货有化学相容性，并与液货的加热温度相匹配。同时，要避免有毒物质进入机舱。加热介质通常为饱和蒸汽、热煤油、热水和乙二醇等。

1.3 液货舱的加热方式

化学品船液货舱加热系统通常采用甲板上加热器循环加热和液货舱内加热盘管加热2种方式[3]。

1) 甲板上加热器循环加热是将液货舱内的货物泵出至加热器加热，之后通过注入管将加热后的货物注入液货舱。这种加热方式比较安全、方便，且货舱内无加热盘管，对提高洗舱效果有利。缺点是加热时需启动货油泵进行循环加热，经济性较差。

2) 液货舱内加热盘管加热可分为一次循环加热和二次循环加热，其中：一次循环加热需布置带取样装置的凝水观察柜，以免有毒物质进入机舱，加热介质主要是蒸汽或热油；二次循环加热的初级加热装置布置在机舱内，二次加热装置和循环泵设置在液货甲板区域房间内，初级加热介质通过热交换器将热量传递给二次加热介质，主要变换形式有蒸汽-热油、蒸汽-乙二醇与水、热油-热油和热油-乙二醇与水。

2 液货加热系统

2.1 液货加热方式选择

33000t双相不锈钢化学品船是各项配置均较高的全球无限航区的I/II类化学品船，可装载的化学品达三百多种，其液货加热系统的选择特别重要。各种加热介质和加热方式的比较见表1。

表1 各种加热介质和加热方式的比较

通过与船东进行多次讨论，考虑到该船主要往来于欧洲各港口，航程短，单船装载的货品种类多，且

大部分货品具有毒性，不能采用一次蒸汽直接加热的方式加热；此外，有些货物不能与水或蒸汽接触，必须采用热油加热，但货物总量不是很大。最终从安全性和经济性的角度综合考虑，采用以下2种二次加热系统：

1) 第1种是全船28个液货舱均采用蒸汽-热水加热系统加热，二次加热介质为淡水，成本较低，能满足大部分货品的要求；

2) 第2种是最艉部8个液货舱采用蒸汽-热油加热系统加热，二次加热介质为矿物油，成本较高，但能满足特殊货品的要求。

虽然整个液货二次加热系统前期投入成本较高，但可装载的货品种类多，方便船东在各港口间选择更多种类的货品，回报率相对较高。

液货舱的加热条件为：海水温度5℃，大气温度2℃，货物保温80℃，按普通成品油加热能力计算，从44℃加热到75℃需96h。热水/热油进舱温度为140℃，出舱温度为110℃。根据液货舱各面积的散热和整个液货舱的加热计算出各液货舱的加热盘管盘面比约为0.03m2/m3，整个液货舱的加热量为11500kW/h，最艉部8个液货舱的加热量约为2400kW/h[4]。

机舱内设有2台给水量各为10t的立式水管式蒸汽锅炉，作为液货加热系统的一次循环加热系统。保温时使用1台锅炉，加热时使用2台锅炉。

2.2 二次热水加热系统

该船的液货舱均可由二次热水加热系统加热，该系统主要包含2个管壳式热交换器（蒸汽-热水，换热量各为60%的全船液货加热能力）和2台热水循环泵（其中一台备用）；另外，还有膨胀柜、给水泵、阀附件和控制元器件等，主要设备布置在货舱区甲板上单独的加热室内，该房间配备有通风量为20次/h的通风防爆抽风机[5]。

考虑到整个加热系统的经济性，热水主管采用普通热浸锌无缝碳钢管，法兰连接。为了减少管路热损失，甲板主管路和室内管路包覆防水型绝缘。各液货舱内的加热盘管采用50mm通径316L无缝不锈钢管，含钼量大于2.7%，材质与液货管一致，具有很好的耐酸碱性，能确保加热系统长时间安全运行。由于从热水主管接至加热盘管的各路支管是布置在露天甲板的，需具有较好的耐海水腐蚀性，故选择成本较高的双相不锈钢管路，这样能在海洋环境下使用多年。

二次加热的主回管路布置在货舱区步桥两侧，以适当间距布置膨胀弯，各液货舱加热盘管的手动截止阀布置在步桥两侧的膨胀弯内，方便船员操作。另外，各控制阀后配有隔断盲通法兰和吹气软管阀，当液货无须加热或不能与水接触时，可将加热盘管内的加热介质（水）吹出舱外。

2.3 二次热油加热系统

该船最艉部的8个液货舱可由二次热油加热系统加热，主要包括2台管壳式热交换器（蒸汽-热油，换热量各为60%的最后8个舱的液货加热能力）和2台热油循环泵（其中一台备用）；另外，还有膨胀柜、泄放柜、阀附件和控制元器件等设备。该二次热油加热系统与热水二次加热系统布置在同一间加热室内。

热油主管为无缝碳钢管酸洗，法兰连接，包覆防水型绝缘。其余加热盘管和支管的材质与热水二次加热系统一致。管路的设计和布置思路也与热水二次加热系统一致。

最艉部8个液货舱既可用二次热水加热系统加热，又可用二次热油加热系统加热。二次热油加热系统和二次热水加热系统示意见图1，通过隔断相应盲板法兰及截止阀、切换各进出舱支管和吹除加热盘管内的加热介质来实现不同方式的加热。图2为热水/热油主管和各控制阀、盲通法兰、吹气软管阀等布置的节点图。

图1 二次热油加热系统和热水加热系统示意

图2 二次热水/热油主管和各控制阀、盲通法兰、吹气软管阀等布置的节点图

3 结 语

化学品船加热系统对可装载的货物清单有很大影响，在初始选型时要综合考虑其经济性和安全性，结合货舱的大小和船东的主要运输货品清单，对各要素进行评估，选择适宜的加热系统。

本文对 33000t双相不锈钢化学品船的二次加热系统和普通化学品船采用的加热方式进行比较，介绍了二次加热系统的设计，可供化学品船设计者选择液货加热系统或设计加热系统参考。