硫磺船改造液货管路设计

刘兆丹，陈建梅，苗 洋，杨 薇

(天津新港船舶重工有限责任公司，天津 300457)

2017年春，我公司修船厂承接了一项化学品船改造项目。该船技术参数如下：船长99.00 m，型宽14.80 m，型深7.30 m，吃水6.20 m。

现将该油船改为成品液态硫磺运输船，硫磺运输船属于三类化学品船，硫磺闪点>60 ℃，最大运输密度≤1.8 t/m3，最大加热温度≤150 ℃。原船为双壳双底、单机、单桨、单舵的油船，硫磺船改造是将货舱区域的老管路拆除，将原船的油舱改为5个独立的大舱，内装有5个独立的硫磺罐体，罐体内的中纵垂直舱壁将每个罐体分为2个液货舱(左右舱靠联通阀联通)，一共10个液货舱。货舱区域的所有管路重新敷设，对于液货管路的设计，我们边探索边研究，最终找出合理的方案。

1 改造技术方针

1)硫磺船的硫磺罐是活动式的，这样一方面可以方便罐体外部绝缘保温材料的敷设，另一方面也保证了罐体在载货时受热膨胀后能伸缩自如。但是由于船舶的波动、摇摆，会导致罐体产生横向、纵向以及上下方向的窜动，并且罐体本身也会因为受热而自身产生膨胀。虽然罐体外的船体结构上有限制前后左右移动的止摇装置和上下窜动的止浮装置，但其空载时最大偏差会达到50 mm。因此与罐体相连的管路布置必须具有一定弹性和伸缩量，以免罐体的窜动造成管子断裂、横舱壁以及凸甲板的损坏。罐体止摇和防摇装置如图1所示。

图1 罐体止摇和防摇装置

为了保护管路、大舱之间的横舱壁及凸型甲板，在管路中合适的位置布置膨胀节、膨胀弯和金属弹性软管，让管路具备足够的弹力以满足罐体的窜动。

2)由于硫磺的物理化学性能，液态硫磺储存和输送的适宜温度为135～145 ℃，温度大于153 ℃以后，液态硫磺的黏度会逐渐加大，随之它的流动性会减弱。因此对于液态硫磺储存和输送的温度把控较为严格，不宜过高也不宜过低。

(1)硫磺罐内底布置满足需要的加热盘管，所有运输硫磺的泵、液货管路、阀件、附件都有热油加热。热油最大加热温度≤150 ℃，同时热油加热管布置必须合理，使得输送管路的夹套管里充满热油，并且热油系统能够充分循环流动起来，使其对液货管的加热全面，不存在加热不到的地方。在液货舱里还装有温度传感器，对液态硫磺实时温度进行监测和把控。除了液货管路有夹套伴热，液货舱通风管路也有夹套伴热，为的是防止硫磺蒸气进入通风管后遇冷固化，久而久之堵塞管路。

(2)液态硫磺卸货后，热油加热系统会停止运行，必须做到不管是硫磺罐还是液货管里残留的液态硫磺应尽可能少，以免低温下液态硫磺固化。在每个硫磺罐体底部设有沉降的吸油井，液货泵的吸口设在吸油井中，可以大大降低硫磺罐体内残留的硫磺。液货管路和通风管路的水平管路内底一定要平齐，这样可以自由输送、流动顺畅，不会存有积液。液货舱通风管布置时还需有一定的斜度,液体能自动回流回舱，并在管路最低处装有泄放阀。

2 改造技术亮点

2.1 保护横舱壁选用膨胀节

布置在罐顶的管路穿过横舱壁时，改变了以往使用的三法兰式钢质通舱管件，采用了非标的橡胶膨胀节，它具有弹性好、耐高温、水密等优点。当管子随着罐体发生窜动时不至于牵动横舱壁，对横舱壁造成损坏。

管路穿舱节点如图2所示。

图2 管路穿舱节点

2.2 保护凸型甲板选用弹性软管

硫磺罐体的上下窜动会带动液货管路、液货舱通风管路、液货舱热空气供给管路对凸型甲板产生拉力，为了保护凸型甲板不受损坏，我们在液货管路、液货舱通风管路、液货舱热空气供给管路去往凸型甲板的总管上加装了金属弹性软管或膨胀节，它们将抵消管路对凸型甲板的拉力。金属弹性软管布置如图3所示。

图3 金属弹性软管布置

2.3 液货管合理布置

液货装卸共用1根总管，进罐靠重力自流，出罐由液货泵抽出。在每个大舱中，罐体顶面布置的液货管在罐体纵向的两端与罐体中的泵和注入管相连接，而罐体这2处的连接点会使液货管和罐体产生联动，液货管会随着罐体的窜动而移动，因此每相邻2个大舱的罐体一旦发生相对位移，与罐体相连的液货管就会发生变形。在相邻的2个大舱之间(例如：No.2舱的液货泵和No.3舱的注入管之间)的管路中增加膨胀节。对于在同一大舱内，罐体会因为自身的受热膨胀而使液货泵和注入管之间的液货管发生拉伸的现象，可在中间管段上增加膨胀弯。

2.4 硫磺泵的布置

一个硫磺罐用垂直立板分隔成左右2个液货舱，液货舱底部设置隔离阀左右连通。在罐体内设置了吸油井，泵的吸口布置在吸油井内。可以让2个液货舱共用1台硫磺泵(立式深井式)来完成硫磺的向外输送工作，也可以2个液货舱单独设计，当任何1台泵故障时，可开启底部联通阀，利用对应的另1台泵进行驳运，经济合理的配置卸货系统。本船没有单独的扫舱系统，清舱工作直接由装卸管路完成，液态硫磺卸货时，吸油井的布置可以大大降低罐体内剩余的硫磺量，这样能够达到残余量很小的设计要求。硫磺泵的布置如图4所示。

图4 硫磺泵的布置

2.5 液货管内无残液的处理

在硫磺船运输到卸货地点并将硫磺卸完货后，热油系统会停止运行，这时如果液货管路里存有积液，残留的液态硫磺就会在低温下固化，日积月累就会堵塞管路。因此在液货管路管径发生变化时，为了避免硫磺流动有阻碍且管路里有积液这种情况，将水平管路中的异径接头都选用偏心异径接头，这样可以保证管子与部件的内底面平齐，液货输送顺畅，无存液。

2.6 液货夹套管路的伴热管

在液货管的外面焊上一段夹套管，通过热油管路系统将热油输送到夹套管内，并使其循环流动起来，完全运行无死角，不管是水平布置的管路还是竖直布置的管路，热油走向都必须低进高出，这样才能使夹套管内热油流动均匀。伴热管的热油走向布置如图5所示。对于不能做成夹套形式的部件如90°弯头及三通，可以选用铜管紧贴围绕布置。

图5 伴热管的热油走向布置

2.7 膨胀节上的加热管

在2.3中提到在相邻2个罐体之间的液货管路上应布置膨胀节，从而液货管上的膨胀量会由膨胀节来承受。 这样膨胀节处的热油管的布置便不能如图5形式，即图6(a)所示。考虑到由于膨胀节的膨胀量会带动该处的热油管产生膨胀，最终导致夹套管上的管座焊道开裂，为了避免这种问题的发生，我们可以考虑将膨胀节处的节点改为图6(b)形式，将热油管做成环形弯来安装，以抵消膨胀节的膨胀量。

2.8 液货舱通风管

凸型甲板上通风管节点图见图7。

液货舱通风系统是一种特殊的安全系统，它控制了硫磺罐内的真空和压力，确保在硫磺罐装卸及运输过程中维持舱内适当的压力。液货舱通风管布置需在船长方向具有一定斜度，使得通风管内硫磺蒸气液化后可以顺利回流到罐内，并在管路最低处须装有放泄丝堵。同时硫磺受高温汽化产生的蒸气也会通过透气管排向大气。硫磺蒸气具有很大的引燃性，它会因为火花、静电而引燃，造成火灾或爆炸。因此要求将通风管出口布置阻燃器，并必须布置在高出凸型甲板至少6 m以上的位置。

3 结束语

通过近一年的运行，船东反映船舶状况很好。液态硫磺运输船虽然没有集装箱船、散货船的市场需求量大，但随着硫磺市场的发展和环境保护的需求，硫磺船的需求会不断增长。此文所述的液货管路的布置要点对以后化学品船的改造和建造项目具有参考和指导意义。