翦華軍，劉曉英

(1.海軍91999部隊(duì)，山東 青島 266011；2.武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所，湖北 武漢430064)

0 引言

艙底水系統(tǒng)是重要的船舶系統(tǒng)之一。一方面，在船舶正常航行時(shí)，可以將船舶艙底水有效地排出舷外，確保船舶運(yùn)行安全；另一方面，在船舶發(fā)生緊急情況時(shí)，對(duì)船體破損出現(xiàn)的突發(fā)性大量進(jìn)水也能快速排除。因此，艙底水系統(tǒng)在船舶運(yùn)行過(guò)程中發(fā)揮著非常重要的作用。

某救生船運(yùn)行近十年來(lái)，艙底水系統(tǒng)在實(shí)際使用過(guò)程中發(fā)揮了優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也存在許多不足，主要表現(xiàn)在以下4個(gè)方面：一是機(jī)艙污水井位置布置不合理而且尺寸太小，不能滿足存儲(chǔ)油污水的要求；二是污水井吸口過(guò)濾器經(jīng)常臟堵且不易清洗；三是機(jī)艙疏水泵排水效果差，不能正常工作；四是艙底水浸水報(bào)警傳感器誤報(bào)警較多，傳感器太靈敏。為此，本文分析了影響艙底水排除效果的主要原因，并提出了某救生船艙底水系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)方案。

1 艙底水系統(tǒng)分析

1.1 艙底水系統(tǒng)簡(jiǎn)介

船舶艙底水系統(tǒng)由污水井、艙底水報(bào)警傳感器、艙底排水泵、艙底水管路、油污水分離裝置、污油水艙及有關(guān)閥件等組成。前后機(jī)艙各有2個(gè)污水井，各種油污水排放到艙底，最后匯聚流到污水井內(nèi)。每個(gè)污水井壁上部裝有艙底水報(bào)警傳感器。當(dāng)污水井內(nèi)裝滿水時(shí)，傳感器通過(guò)報(bào)警系統(tǒng)將報(bào)警信號(hào)傳輸?shù)娇刂婆_(tái)，然后發(fā)出報(bào)警告知值班人員。每個(gè)污水井內(nèi)都設(shè)有吸口。吸口處裝有過(guò)濾器，用于過(guò)濾艙底水中的各類雜質(zhì)，防止堵塞管路和損壞排水泵。

艙底水系統(tǒng)作用是負(fù)責(zé)將機(jī)艙里面的污水井和機(jī)艙中空艙的污水抽走。某救生船艙底水系統(tǒng)可分為艙底油污水處理系統(tǒng)、艙底疏水系統(tǒng)和應(yīng)急排水系統(tǒng)3個(gè)部分。前兩個(gè)系統(tǒng)是用來(lái)處理正常情況下產(chǎn)生的艙底水，后一個(gè)系統(tǒng)是處理船體破損時(shí)機(jī)艙出現(xiàn)的突發(fā)性大量進(jìn)水。機(jī)艙船體破損出現(xiàn)大量進(jìn)水時(shí)，啟動(dòng)前、后機(jī)艙壓載泵和后機(jī)艙1臺(tái)電動(dòng)潛水型排水泵進(jìn)行緊急排水。另外，前、后機(jī)艙各設(shè)有2臺(tái)排水噴射泵，可分別排除各自機(jī)艙的進(jìn)水。

1.2 艙底水系統(tǒng)的基本性能

在后機(jī)艙底層布置1臺(tái)型號(hào)為ZYFM(NJ)-3艙底油污水處理裝置，其參數(shù)為：處理能力3 m/h，分離效果≤15 mg/L，排油控制方式為自動(dòng)和手動(dòng)。在后機(jī)艙底層布置1臺(tái)型號(hào)為65CLZ-6疏水泵，其參數(shù)為：排量25 m/h，壓力0.32 MPa。在前、后機(jī)艙壁中間位置各布置2個(gè)污水井用來(lái)收集艙底水。

1.3 艙底水系統(tǒng)分析

某救生船艙底水系統(tǒng)排水效果不理想，包括泵的自吸能力、船舶浮態(tài)性、雙層底形狀和其他關(guān)鍵的因素。

機(jī)艙前后壁正中間各布置有1個(gè)污水井，污水井的長(zhǎng)、寬、高分別為0.6、0.5、0.4 m，污水井容積為0.12 m。

在后機(jī)艙底層左舷布置1臺(tái)型號(hào)為65CLZ-6疏水泵，其參數(shù)為：排量25 m/h，壓力0.32 MPa。疏水泵為自吸離心泵，安裝位置離機(jī)艙底平面0.9 m。吸入口安裝在污水井內(nèi)。污水井高為0.4 m，水泵吸入口的真空高度則為1.3 m，最遠(yuǎn)吸入口的距離為20 m。

(1)對(duì)于大型船舶的機(jī)艙來(lái)說(shuō)，艙底水來(lái)源有管路、裝備、裝置等不正常工作導(dǎo)致漏泄的各種油污水、管壁艙壁的冷凝水、清洗甲板的沖洗水。前當(dāng)污水井內(nèi)的水不能及時(shí)排放處理時(shí)，遇到船舶搖擺等情況時(shí)，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)機(jī)艙底平面都是油污水。水量較多時(shí)，一方面產(chǎn)生的大量自由液面會(huì)降低船舶穩(wěn)性；另一方面是機(jī)艙起小火時(shí)，容易引起艙底大面積油火，對(duì)船舶生命力安全造成影響。

(2)采用油污水處理裝置排水情況分析。該救生船前后機(jī)艙污水井共有0.48 m的油污水，油污水處理裝置處理能力為3 m/h，9.6 min能將4個(gè)污水井內(nèi)油污水處理完畢。當(dāng)油污水處理裝置選用“人工啟動(dòng)、自動(dòng)停機(jī)”的工作方式，機(jī)艙值班人員必須人工啟動(dòng)處理裝置。為防止污水井內(nèi)油污水溢出，機(jī)艙值班人員必須整天在機(jī)艙內(nèi)反復(fù)啟動(dòng)油污水處理裝置。

(3)采用機(jī)艙疏水泵排水情況分析。前后機(jī)艙污水井共有0.48 m的油污水。用機(jī)艙疏水泵排水時(shí)，疏水泵的排量為25 m/h，只需要1.15 min就能將4個(gè)污水井內(nèi)污水排完，也就是說(shuō)水泵剛啟動(dòng)就要停止排水泵。

(4)疏水泵是自吸離心泵，離心泵本身沒(méi)有自吸能力。所謂自吸，就是指泵的吸入管插在水中，吸入管和泵體內(nèi)充滿空氣時(shí)泵啟動(dòng)的吸取情況。自吸能力就是指泵自身有能力排除吸入管和泵體內(nèi)的空氣而將液體吸入泵內(nèi)。為了擴(kuò)大離心泵的使用范圍，在離心泵上附設(shè)引水裝置，使其具有自吸能力。該疏水泵在吸水過(guò)濾器上方裝有自動(dòng)啟閉止回閥來(lái)解決自吸能力，而自動(dòng)啟閉止回閥在機(jī)艙油污顆粒等雜質(zhì)的影響下不能自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)疏水泵停止后，進(jìn)水管內(nèi)是無(wú)法存儲(chǔ)油污水的，故疏水泵在使用過(guò)程中不能排除進(jìn)水管和泵體內(nèi)空氣。

離心泵在自吸時(shí)，離心泵的排出背壓是大氣壓力。離心泵吸入口所能建立的真空度為：

=

式中：為吸入口的直空度，Pa；為空氣密度，=1.293 kg/m；為重力加速度，=9.8 m/s；為水泵揚(yáng)程，當(dāng)疏水泵的出口壓力為0.32 MPa時(shí)，則=32 m。

經(jīng)計(jì)算，=405.89 Pa。

因此，在大氣壓力作用下離心泵只能將水吸上0.4 m，而機(jī)艙疏水泵的實(shí)際安裝高度為1.3 m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)這個(gè)高度。通過(guò)某救生船的實(shí)際排水情況分析，艙底水系統(tǒng)排水效果不好。一方面是疏水泵建立的真空度不符合要求；另一方面是通過(guò)給排水泵灌水來(lái)建立真空度后，水泵啟動(dòng)頻繁等，船員剛啟動(dòng)水泵排完污水后又要停泵，對(duì)泵的磨損較大。由于自吸能力不夠，也未采取可靠自吸的措施，無(wú)法保障艙底泵的有效掃艙。

2 優(yōu)化改進(jìn)方案

在保留現(xiàn)有艙底水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)上，對(duì)艙底水系統(tǒng)進(jìn)行如下優(yōu)化改進(jìn)方案：

2.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)污水井位置和大小

(1)污水井位置。每個(gè)機(jī)艙污水井應(yīng)當(dāng)設(shè)置在后壁左右兩舷，便于機(jī)艙底部的污水流入污水井內(nèi)。某救生船的污水井設(shè)置在前后壁正中間，船舶在航行中是左右搖晃的，不便于存儲(chǔ)機(jī)艙油污水和油污水流到正中間的污水井內(nèi)。如果污水井在左右兩舷時(shí)，便于機(jī)艙油污水流入污水井內(nèi)。所以艙底水系統(tǒng)的各吸入口必須安裝在各個(gè)艙底的最低處，以便于艙底水的吸出。

(2)污水井大小和形狀。每個(gè)污水井容積至少設(shè)計(jì)成2 m以上。某救生船機(jī)艙下面是雙層底，前后機(jī)艙底下面都有壓載水艙，非常方便設(shè)計(jì)污水井。對(duì)設(shè)有雙層底的船，平底時(shí)，兩舷應(yīng)各設(shè)1個(gè)污水井和吸口，其容積滿足相關(guān)規(guī)范要求。把污水井設(shè)置在每個(gè)機(jī)艙的后壁兩舷，設(shè)計(jì)成凹槽“V”字形式，便于存儲(chǔ)機(jī)艙油污水。污水井深為0.8 m、寬為1.2 m，則后機(jī)艙每個(gè)污水井的大小為8.9 m，前機(jī)艙每個(gè)污水井的大小為7.68 m，解決了污水井存儲(chǔ)要求和水泵啟動(dòng)頻繁問(wèn)題。

2.2 優(yōu)化排水泵的選型

目前使用的自吸離心泵，應(yīng)當(dāng)有解決排水泵的自吸能力。排水泵應(yīng)具有自吸能力或配備獨(dú)立的自吸裝置。一方面是給排水泵加引水裝置，從后機(jī)艙的海水總管某處加1根水管到泵的出水管端作為排水泵啟動(dòng)前的引水裝置，達(dá)到自吸引水目的。另一方面是更換水泵類型，更換成往復(fù)泵。2018年3艘船舶機(jī)艙排水泵更換成往復(fù)泵后，效果有所改善。但是由于污水井太小仍然不便于排除前后機(jī)艙油污水，而且4個(gè)污水井的吸口過(guò)濾器無(wú)法清洗，管系太多，船員無(wú)法拆卸過(guò)濾器進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。

2.3 加裝污水井吸口過(guò)濾器清洗裝置

針對(duì)污水井的過(guò)濾器在使用過(guò)程中易臟堵的問(wèn)題，在機(jī)艙污水進(jìn)水管路合適位置上加裝1根從日用淡水系統(tǒng)上的淡水管路。當(dāng)污水管路上的過(guò)濾器臟堵時(shí)，可以用淡水將過(guò)濾器、止回閥、管路內(nèi)的雜物沖洗到污水井內(nèi)。

2.4 對(duì)排水設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)

(1)把前后機(jī)艙的2臺(tái)噴射泵吸口從目前位置移到污水井內(nèi)，以解決在疏水泵損壞情況下用噴射泵排污水井內(nèi)污水。

(2)在噴射泵進(jìn)口管處加裝一支管吸口到污水井內(nèi)，這樣可以用噴射泵排出污水井內(nèi)的污水。特別注意的是，要在分支管處加一個(gè)單向截止閥，防止噴射泵在排機(jī)艙大量水時(shí)動(dòng)力工作消防水倒灌到機(jī)艙內(nèi)。

(3)在油渣泵吸入管處加一分支管到污水井，排出污水井內(nèi)污水。由此污水井和油渣泵被連接起來(lái)，至此形成了“污水井—油渣泵—油渣艙”的完整通道。

2.5 對(duì)艙底水報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)

艙底水報(bào)警系統(tǒng)是通過(guò)液位傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。傳感器易被艙底水中油污粘住，或船舶搖擺出現(xiàn)誤報(bào)警情況。傳感器信號(hào)延遲45 s后，再輸出報(bào)警信號(hào)到損管控制臺(tái)，可以有效避免船體搖晃而使污水井內(nèi)少量艙底水接觸傳感器產(chǎn)生報(bào)警，提高艙底水報(bào)警系統(tǒng)的可靠性。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于船舶艙底水系統(tǒng)必須高度重視，因?yàn)樗鼤?huì)對(duì)船舶生命力帶來(lái)不同程度的影響。本研究成果說(shuō)明艙底水系統(tǒng)工作需要從設(shè)計(jì)、建造、保養(yǎng)入手，綜合防范治理。只有合理設(shè)計(jì)艙底水系統(tǒng)和船員正確使用排水系統(tǒng)對(duì)船舶的安全才有保障作用，同時(shí)也為各型船舶艙底水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供借鑒，具有一定現(xiàn)實(shí)參考意義。