，，

(滬東中華造船(集團(tuán))有限公司，上海 200129)

常規(guī)化學(xué)品船通常不裝載低沸點(diǎn)貨品環(huán)氧丙烷(Propylene Oxide,PO)，但隨著化工行業(yè)的不斷發(fā)展，環(huán)氧丙烷海上貿(mào)易運(yùn)輸量不斷增加，越來(lái)越多的化學(xué)品船船東要求載運(yùn)環(huán)氧丙烷。因此,需對(duì)其低沸點(diǎn)高揮發(fā)性、易燃有毒等物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析研究，并結(jié)合規(guī)范規(guī)則的要求和實(shí)船設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，闡明其所需的特殊系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以便能更好地保證化學(xué)品船的安全營(yíng)運(yùn)。考慮以化學(xué)品船貨品中比較特殊的貨品環(huán)氧丙烷為研究對(duì)象，分析其在船舶載運(yùn)時(shí)所需的特殊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 環(huán)氧丙烷的性質(zhì)

一般條件(25 ℃，100 kPa)下，環(huán)氧丙烷性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 PO性質(zhì)

在常溫常壓下，環(huán)氧丙烷為低沸點(diǎn)高揮發(fā)性易燃液體，無(wú)色透明，有毒，對(duì)人體粘膜和皮膚有刺激性[1]。

環(huán)氧丙烷主要用于生產(chǎn)聚醚多元醇(PPG)等。聚醚多元醇是生產(chǎn)聚氨酯泡沫、保溫材料、彈性體、膠粘劑和涂料等的重要原料，還可用作表面活性劑[2]。

由于環(huán)氧丙烷低沸點(diǎn)、易燃、易爆的特性，需儲(chǔ)存在低溫通風(fēng)的環(huán)境下，并應(yīng)隔絕火源。

2 載運(yùn)環(huán)氧丙烷的特殊系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鑒于上述環(huán)氧丙烷的物理化學(xué)性質(zhì)及其重要的化工性能，為保證船舶載運(yùn)環(huán)氧丙烷的安全運(yùn)輸，《國(guó)際散裝運(yùn)輸危險(xiǎn)化學(xué)品船舶結(jié)構(gòu)和設(shè)備規(guī)則》(IBC)，船級(jí)社和美國(guó)海岸警備隊(duì)(USCG)等都對(duì)化學(xué)品船載運(yùn)環(huán)氧丙烷有特殊要求，主要涉及方面有：裝載該貨品的液貨艙的布置和壓力設(shè)計(jì)、冷卻系統(tǒng)(溫度控制)、水霧系統(tǒng)、貨艙周?chē)h(huán)境控制和裝卸貨集管處閥門(mén)控制等[3-5]。

由于載運(yùn)環(huán)氧丙烷需配置特殊系統(tǒng)，所以在化學(xué)品船設(shè)計(jì)之初就應(yīng)該規(guī)劃好裝載環(huán)氧丙烷的液貨艙的位置和數(shù)量。為營(yíng)運(yùn)靈活，船東通常要求指定部分貨艙兼裝環(huán)氧丙烷。所謂兼裝，是指在通常航次，該液貨艙載運(yùn)常規(guī)貨品，啟用常規(guī)液貨系統(tǒng)；在載運(yùn)環(huán)氧丙烷的航次，該液貨艙載運(yùn)環(huán)氧丙烷，除了啟用相關(guān)常規(guī)系統(tǒng)外，還需啟用環(huán)氧丙烷特殊系統(tǒng)。

2.1 液貨艙布置和壓力設(shè)計(jì)

兼裝環(huán)氧丙烷的貨艙一般在遠(yuǎn)離人員居住區(qū)域集中布置，這樣液貨管路也能集中布置，以方便裝卸貨時(shí)操作。以38 000 t級(jí)化學(xué)品船為例，在最初設(shè)計(jì)階段就已確定好兼裝環(huán)氧丙烷的液貨艙為位于艏部的2、3、4、5(左中右)共13只貨艙艙。見(jiàn)表2。環(huán)氧丙烷貨艙布置見(jiàn)圖1。

每個(gè)貨艙設(shè)置的壓力傳感器，可在貨控室調(diào)整壓力設(shè)定值：在通常航次正壓為0.021 MPa，在載運(yùn)環(huán)氧丙烷的航次正壓為0.06 MPa。

表2 38 000 t化學(xué)品船液貨艙布置及設(shè)計(jì)壓力

兼裝環(huán)氧丙烷的貨艙安全閥(壓力真空閥)的壓力設(shè)定為：通常航次正壓為0.021 MPa；載運(yùn)環(huán)氧丙烷的航次正壓為0.06 MPa。不同壓力設(shè)定之間的轉(zhuǎn)換通過(guò)手動(dòng)操作完成。

38 000 t級(jí)化學(xué)品船采用雙壓力設(shè)定端型壓力真空閥，見(jiàn)圖2。載運(yùn)環(huán)氧丙烷的航次需鎖住正壓為0.021 MPa的壓力設(shè)定端，0.06 MPa的壓力設(shè)定端正常工作。

2.2 冷卻系統(tǒng)

IBC規(guī)則要求環(huán)氧丙烷液貨艙的設(shè)計(jì)壓力小于0.06 MPa表壓力時(shí)應(yīng)設(shè)置冷卻系統(tǒng)。對(duì)于環(huán)氧丙烷液貨艙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壓力為0.065 MPa(表壓)的艙，因已滿足IBC 規(guī)則對(duì)液貨艙的結(jié)構(gòu)安全要求，不需要配置冷卻系統(tǒng)。但船東為了保證運(yùn)輸過(guò)程中的安全性，降低運(yùn)輸時(shí)液貨艙內(nèi)的蒸氣壓力，并盡量減少貨物揮發(fā)損失，要求配置液貨冷卻系統(tǒng)[6]。

冷卻系統(tǒng)應(yīng)配備至少兩套自動(dòng)調(diào)節(jié)艙內(nèi)溫度變化的冷卻機(jī)組，使艙內(nèi)溫度保持低于貨艙維護(hù)壓力下的沸點(diǎn)溫度。每個(gè)冷卻機(jī)組的能量都能足以保持液體貨物的溫度。

設(shè)定38 000 t級(jí)化學(xué)品船兼裝環(huán)氧丙烷的貨艙維護(hù)為正壓0.06 MPa、負(fù)壓0.003 5 MPa，冷卻系統(tǒng)能在周?chē)髿鉁囟?5 ℃、海水溫度32 ℃環(huán)境下保溫貨物在25 ℃。

冷卻系統(tǒng)一般有兩種設(shè)計(jì)方案，一種為貨艙內(nèi)冷卻器方案，系統(tǒng)的組成為：每個(gè)貨艙內(nèi)冷卻器+冷卻機(jī)組+冷卻介質(zhì)環(huán)路管系,見(jiàn)圖3。

38 000 t級(jí)化學(xué)品船就采用這種冷卻系統(tǒng)，生產(chǎn)廠家FRAMO。冷卻機(jī)組布置在甲板區(qū)域房間內(nèi)(危險(xiǎn)區(qū)域)，電氣設(shè)備需為防爆型。冷卻器浸沒(méi)在液貨艙中，冷卻器端部設(shè)有水力透平，冷媒水同時(shí)驅(qū)動(dòng)水力透平實(shí)現(xiàn)液貨在艙內(nèi)的循環(huán)冷卻，在艙內(nèi)形成有效對(duì)流，使貨艙內(nèi)貨物溫度分布均勻并維持在安全溫度運(yùn)輸。

貨艙內(nèi)冷卻器方案成本較高，但冷卻效率高。也有船東出于成本的考慮采用另一種貨艙冷卻共用加熱盤(pán)管方案，其冷卻系統(tǒng)的組成為：每艙加熱盤(pán)管+冷卻機(jī)組+冷卻介質(zhì)環(huán)路管系,見(jiàn)圖4。

該系統(tǒng)利用原液貨艙中已有的為常規(guī)貨品設(shè)置的加熱盤(pán)管，在載運(yùn)環(huán)氧丙烷時(shí)作為冷卻盤(pán)管使用，不設(shè)置獨(dú)立的艙內(nèi)液貨冷卻器。冷卻系統(tǒng)與加熱系統(tǒng)的切換通過(guò)操作位于甲板上的截止閥和雙孔法蘭完成。此系統(tǒng)成本低，但冷卻效果差，還需要通過(guò)啟動(dòng)液貨泵和艙外管路來(lái)強(qiáng)制循環(huán)。艙外管路循環(huán)增加了貨物泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。

冷卻系統(tǒng)制冷介質(zhì)采用不與貨物反應(yīng)的乙二醇水溶液。冷卻介質(zhì)輸送管路需外包絕緣。

2.3 水霧系統(tǒng)

載運(yùn)環(huán)氧丙烷的液貨艙，需設(shè)置具有足夠能量的水霧系統(tǒng)。其貨艙裝載集管的周?chē)鷧^(qū)域以及露天甲板上的貨物透氣管路等都要能被該水霧系統(tǒng)有效地覆蓋。系統(tǒng)布置應(yīng)能均勻噴灑水霧，USCG46CFR153要求噴灑率為0.175 L/(m2·min)(0.004 3 gal/ft2sec)?？筛鶕?jù)集管處布置的溫度傳感器信號(hào)(左右舷各一)對(duì)該水霧系統(tǒng)進(jìn)行就地操作或遙控。遙控手動(dòng)操作裝置設(shè)置在上層建筑前面，以便在受保護(hù)區(qū)域發(fā)生火災(zāi)時(shí)遙控起動(dòng)水霧系統(tǒng)的供水泵和遙控閥。

38 000 t級(jí)化學(xué)品船水霧系統(tǒng)計(jì)算如下。

覆蓋面積約550 m2；

噴灑率0.175 L/m2min；

所需水量為347 m3/h。

水霧系統(tǒng)原理見(jiàn)圖5。

2.4 貨艙周?chē)h(huán)境控制

貨艙周?chē)h(huán)境控制是指裝載環(huán)氧丙烷的貨艙的周?chē)贺浥?，壓載艙和隔離空艙等應(yīng)裝載相容的貨物或充裝惰性氣體使其惰性化。周?chē)膲狠d艙和隔離空艙要備有壓力真空閥或帶關(guān)閉裝置的特殊空氣管頭和惰性氣體接管，以便在裝載環(huán)氧丙烷航次，這些艙的含氧量保持在2%以下。含氧量的監(jiān)測(cè)可通過(guò)便攜式設(shè)備完成。

38 000 t級(jí)化學(xué)品船采用帶關(guān)閉裝置的特殊空氣管頭，見(jiàn)圖6。

在通常航次，該特殊空氣管頭拉桿抬升到打開(kāi)位置⑤作為空氣管頭,空氣自由流通；在載運(yùn)環(huán)氧丙烷的航次需鎖定拉桿到水平關(guān)閉位置⑥，在艙內(nèi)通入惰性氣體后作為壓力真空閥安全閥工作。

2.5 裝卸貨時(shí)閥門(mén)的遙控

裝載PO的貨艙的集管布置除了滿足OCIMF[7]的要求外，每個(gè)裝載環(huán)氧丙烷的貨物集管軟管接頭處，都應(yīng)配備一個(gè)在貨物駁運(yùn)時(shí)能控制關(guān)閉速率的遙控截止閥。遙控截止閥可以是采用固定安裝，也可以采用可拆卸安裝，即在使用的時(shí)候把該遙控截止閥裝上去，接上驅(qū)動(dòng)管路后在貨控室內(nèi)遠(yuǎn)程操控。

3 結(jié)論

建議化學(xué)品船舶設(shè)計(jì)工作者除了常規(guī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)外，還需要關(guān)注船舶載運(yùn)低沸點(diǎn)貨品環(huán)氧丙烷的特殊系統(tǒng)，繼而保證承接和設(shè)計(jì)實(shí)際化學(xué)品船項(xiàng)目時(shí)，能夠在技術(shù)上走在前面，提前做好技術(shù)儲(chǔ)備工作，真正滿足化學(xué)品船載運(yùn)環(huán)氧丙烷安全營(yíng)運(yùn)的要求，避免或減少在未來(lái)設(shè)計(jì)和建造中不必要的改造。

[1] 唐敬麗,王婭楠.全降解塑料產(chǎn)業(yè)污染源環(huán)氧丙烷回收提純[J].商,2013(22):125-125.

[2] 胡金春.環(huán)氧丙烷生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀及研究進(jìn)展[J].精細(xì)與專(zhuān)用化學(xué)品,2008(18):26-28.

[3] International Code for the Construction and Equipment of Ships Carrying Dangerous Chemicals in Bulk[S]. IMO,2009.

[4] DNV Rules for Classification of Ships,Pt.5 Ch.4[S].Det Norske Veritas AS,2015.

[5] USCG 46 CFR 153[S]. United States Coast Guard,2016.

[6] 朱永龍,陳俊.38 000 DWT化學(xué)品船液貨輔助冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].船舶設(shè)計(jì)通訊,2016(2):60-62.

[7] Recommendations for Oil Tanker Manifolds and Associated Equipment[S]. Oil Companies International Marine Forum,1991.