任成德
【摘 要】某公司委托我單位設(shè)計(jì)化學(xué)品船:從重慶運(yùn)輸至上海(川江),要求運(yùn)輸原油、苯酚、苯乙烯、汽油、柴油、航空煤油、乙醇等液態(tài)化學(xué)品。我作為輪機(jī)設(shè)計(jì)師,承擔(dān)了本船輪機(jī)設(shè)計(jì)工作。
【關(guān)鍵詞】川江;化學(xué)品船;輪機(jī)設(shè)計(jì)
中圖分類(lèi)號(hào): U674.133.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 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
船舶主要參數(shù):
總長(zhǎng):105m 垂線間長(zhǎng):101m
型深:5.80m 型寬:16.20m
吃水:4.50m 船員:12人
艙容:6036m3 排水量:6644T
到港卸貨時(shí)間:10h
1 航區(qū)特性
根據(jù)CCS規(guī)范,航行于川江(C級(jí)航區(qū))的船舶,必須設(shè)置雙機(jī)雙槳,舵效滿足左右35°滿舵時(shí)間不超過(guò)12S,舵機(jī)油泵為2臺(tái)交流油泵、1臺(tái)應(yīng)急直流油泵。
2 貨物的物理特性
汽油、柴油、航空煤油、乙醇、苯乙烯常溫下為液態(tài);原油和苯酚常溫下會(huì)凝固,呈粘稠狀。
國(guó)內(nèi)原油的熔點(diǎn),根據(jù)產(chǎn)地不同而對(duì)應(yīng)的熔點(diǎn)約有差別,一般熔點(diǎn)為30℃-50℃;而苯酚熔點(diǎn)約為43℃,故駁運(yùn)原油和苯酚適宜的溫度大約在60℃左右。當(dāng)溫度低于50℃時(shí),駁運(yùn)泵就不能處于良好的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)了。
3 設(shè)計(jì)難點(diǎn)
本船的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于:采取措施,確保液態(tài)原油或苯酚在運(yùn)輸過(guò)程中保持相應(yīng)溫度,具有足夠的流動(dòng)性,能順利從船艙駁運(yùn)到目的地的岸基儲(chǔ)存容器中。
4 主要輪機(jī)設(shè)計(jì)要點(diǎn)
4.1 主機(jī)組選型配套
通過(guò)機(jī)槳匹配計(jì)算,為保證航速18km/h的需要,配置主機(jī)功率約在2×520kw左右。
經(jīng)過(guò)比選,最終選用可燃燒30#重油的山東淄博柴油機(jī)廠生產(chǎn)的6210ZLC-3機(jī)型。
4.2 燃油系統(tǒng)
(1)主機(jī)使用30#重油;
(2)在主機(jī)排氣管上設(shè)廢氣熱水鍋爐,用廢氣熱水鍋爐加熱后的熱水來(lái)加熱30#重油艙及重油日用油柜;
(3)在設(shè)計(jì)廢氣熱水鍋爐傳熱面積時(shí),通過(guò)鍋爐廠家熱量計(jì)算,確保加熱后的30#重油能正常燃燒,即30#重油進(jìn)機(jī)溫度在55℃左右;
(4)在重油艙及重油日用油柜均設(shè)置無(wú)縫鋼管式(熱傳遞效果不及磷黃銅管好,但材料成本較低、制作工藝相對(duì)簡(jiǎn)單)加熱盤(pán)管。
4.3 液貨艙
(1)本船液貨艙僅在運(yùn)輸原油或苯酚時(shí)需加熱到60℃左右。通過(guò)對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱力分析計(jì)算得知,液貨艙加熱到60℃時(shí)對(duì)船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響很小,可忽略。從提高裝載率考慮,本船液貨艙采用整體液貨艙。
(2)本船按后期維護(hù)方便的原則,設(shè)獨(dú)立透氣管+高速透氣閥方式。
4.4 液貨系統(tǒng)
4.4.1 保溫加熱系統(tǒng)
本船設(shè)燃油蒸汽鍋爐,在各液貨艙內(nèi)設(shè)蛇形無(wú)縫鋼管式加熱盤(pán)管。蒸汽從鍋爐出來(lái)進(jìn)入蒸汽總管,再分成多路進(jìn)入各艙蛇形加熱盤(pán)管。蒸汽在液貨艙內(nèi)釋放熱能后匯總至凝水總管,再回到燃油蒸汽鍋爐加熱成蒸汽,形成一個(gè)不斷循環(huán)的加熱系統(tǒng),使液態(tài)原油或苯酚溫度在運(yùn)輸途中保持在50℃-60℃之間。
4.4.2 駁運(yùn)泵
(1)駁運(yùn)泵選擇:螺桿泵具有無(wú)攪動(dòng)、無(wú)脈沖、能平穩(wěn)地輸送各種介質(zhì),且由于泵體結(jié)構(gòu)保證了泵的工作元件內(nèi)始終存有泵送介質(zhì)作為密封液體,因此,該泵有很強(qiáng)的自吸能力,且能汽液混輸,其輸送介質(zhì)范圍廣,介質(zhì)粘度可以從1~1500mm2/s,降低轉(zhuǎn)速,則粘度可達(dá)3×106mm2/s,其壓力范圍可達(dá)到4MPa,流量范圍可達(dá)到1~2000m3/h。
(2)本船根據(jù)液貨管路設(shè)置情況,經(jīng)過(guò)流量和壓力計(jì)算后,選用黃工機(jī)械集團(tuán)生產(chǎn)的—
駁運(yùn)主泵:雙螺桿泵2HM7000-150*2臺(tái)(一用一備),流量650m3/h,壓力1.0MPa。
駁運(yùn)掃艙泵:雙螺桿泵2HM800-60*1臺(tái),流量40m3/h,壓力1.0MPa。
4.4.3 液貨管路系統(tǒng)
(1)本船裝載管系和卸載管系為獨(dú)立兩套系統(tǒng)。裝載系統(tǒng)總管設(shè)在主甲板上,各分艙設(shè)裝載支管和防沖板,裝載支管下端高于液貨艙最高液面,裝載支管內(nèi)不會(huì)殘留液貨而堵塞管路;卸載系統(tǒng)設(shè)有總管,并連接設(shè)在各艙內(nèi)的吸入支管,各支管安裝在每個(gè)液貨艙的吸液井內(nèi),各艙液貨通過(guò)吸入支管進(jìn)入卸貨總管,再經(jīng)過(guò)雙螺桿泵駁運(yùn)到岸基儲(chǔ)存容器中。
(2)設(shè)膨脹節(jié)來(lái)補(bǔ)償液貨管路的伸縮變形。
(3)液貨管在卸載完成后,為防止化學(xué)品冷卻后堵塞液貨管道,必須對(duì)整個(gè)管系進(jìn)行清掃,以保證系統(tǒng)的暢通。由于苯乙烯與空氣接觸會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng),影響苯乙烯的質(zhì)量,故本船采用壓縮氮?dú)庾鳛閽呔€介質(zhì),在液貨管路系統(tǒng)中設(shè)高壓氮?dú)馄拷M30瓶(50L/3MP),其容積滿足液貨艙封艙氮?dú)庋a(bǔ)充及液貨管的掃線需要。
4.5 泡沫滅火系統(tǒng)
4.5.1 甲板泡沫系統(tǒng)
泡沫溶液供給率,按《內(nèi)危規(guī)》11.3.5
(1)按液貨艙甲板區(qū)域的面積計(jì)算,2L/min.m2:本船液貨艙區(qū)域在32#-186#位置,已知貨油艙甲板寬16.2m,肋距0.5m,
則q1=(186-32)×0.5×16.2×2=2494.8L/min
(2)按最大液貨艙水平截面積20L/min.m2計(jì)算:本船液貨艙最大水平截面積為51#-70#位置,艙寬6.9m,
則q1=(70-51)×0.5×6.9×20=1311L/min
(3)按《內(nèi)危規(guī)》11.3.7最大泡沫炮保護(hù)的區(qū)域面積計(jì)算,10L/min.m2:本船泡沫炮最大保護(hù)區(qū)域的縱向長(zhǎng)度為11.8m,液貨艙甲板寬16.2m,
則q1=11.8×16.2×10=1911.6L/min
取以上較大值,即?。号菽芤汗┙o率q1≥ 2494.8L/min
4.5.2 泡沫柜容積計(jì)算
按《內(nèi)危規(guī)》11.3.6規(guī)定,供應(yīng)時(shí)間不小于30min
則Smin=q.s.t=0.03×2494.8×30=2245.32L
式中:q—泡沫溶液供給率(L/min)
s—加藥率(對(duì)合成泡沫濃縮液,通常取0.03)
t—施放泡沫時(shí)間(min)
考慮1.1倍系數(shù)后的泡沫液總量
則1.1Smin=1.1×2245.32=2469.85L
本船實(shí)配泡沫柜容積為V=2500L, 滿足要求。
4.5.3 泡沫炮選取
按每門(mén)泡沫炮所保護(hù)液貨艙甲板區(qū)域面積計(jì)算:擬選取PP32.C型泡沫炮,其流量:32L/S(1920L/min)
已知船寬16.2m,肋距0.50m,則每門(mén)泡沫炮能保護(hù)的最大縱向長(zhǎng)度為:
1920/(16.2×10)=11.85m>11.8m,故所選泡沫炮滿足要求。
泡沫炮的數(shù)量:N=(186-32)×0.5/11.8=6.53門(mén)
本船實(shí)際在尾樓上甲板左右兩舷各設(shè)泡沫炮1門(mén),共8門(mén),其縱向布置間距為:11.8m。
PP32·C型泡沫炮,流量32L/s,射程40m,工作壓力0.6-0.8MPa,滿足要求。
4.5.4 泡沫泵選取
根據(jù)泡沫炮供給率,則泡沫泵的最小排量為
本船實(shí)配:泡沫泵CLH100-315B,流量117m3/h,揚(yáng)程92m,電機(jī)功率45kw。
4.5.5 泡沫炮系統(tǒng)阻力計(jì)算
通過(guò)泡沫系統(tǒng)管路阻力計(jì)算,其泡沫炮進(jìn)口壓頭為:h=H-H1=9.8064×92-242.81=658.8kpa=0.66MPa,其中H1=242.81kpa為系統(tǒng)管路阻力。
故泡沫泵滿足泡沫炮的使用要求。
4.5.6 泡沫比例混合器選型:
泡沫炮的流量為32L/s。實(shí)?。嚎諝馀菽壤旌掀?,型號(hào):PH48·C,混合液流量:16-48L/s,滿足要求。
5 結(jié)束語(yǔ)
該船出廠后,運(yùn)行情況良好,特別是燃油系統(tǒng)、液貨艙保溫系統(tǒng)、液貨裝卸管路系統(tǒng)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)令船東滿意,運(yùn)營(yíng)成本低、裝載能力強(qiáng)、具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
【參考文獻(xiàn)】
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