葉志鋒

(招商局金陵鼎衡船舶(揚(yáng)州)有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225217)

0 引 言

瀝青船液艙分為整體式和獨(dú)立式。獨(dú)立式液艙與主船體為非直接剛性連接，需要設(shè)置液艙的定位、防傾和防浮裝置；獨(dú)立式液艙不僅定位困難，需要考慮縱傾和橫搖的問(wèn)題，而且艙容利用率低。整體式液艙具有船型相對(duì)緊湊、艙容利用率高等優(yōu)勢(shì)；整體式液艙周?chē)捎谥苯优c壓載水艙接觸，因此取得良好的保溫效果非常困難。

15 000 t瀝青船入級(jí)意大利船級(jí)社(RINA)，雙底雙殼，淺吃水，配置2個(gè)全回轉(zhuǎn)電力推進(jìn)器；總長(zhǎng)為145.0 m，寬為26.2 m，型深為10.8 m，設(shè)計(jì)吃水為6.7 m，結(jié)構(gòu)吃水為7.2 m；航速為12.5 kn；液艙總?cè)萘繛?6 502.6 m3；設(shè)置12個(gè)整體式液艙，分為6組，每組左(P)右(S)舷各1個(gè)液艙，每組液艙的容量不完全相同；貨物為單純?yōu)r青，密度為1.06 t/m3，最高溫度為180.0 ℃。該型船通過(guò)選用泡沫玻璃作為絕緣材料和優(yōu)化加熱盤(pán)管布置[1-2]，可解決液艙絕緣保溫難題。

1 整體式液艙的絕緣保溫

1.1 保溫材料的選用

為保溫，液艙內(nèi)部須進(jìn)行有效絕緣。絕緣范圍如下：所有縱向舷側(cè)；所有艙頂；所有艙頂甲板；1號(hào)液艙前橫艙壁和6號(hào)液艙后橫艙壁；由于橫縱艙壁下方為壓載艙，上方為露天甲板，因此為減少熱損失，剩余橫向艙壁和中間縱向艙壁由上至下和由下至上各鋪設(shè)1.0 m絕緣。

該型船的絕緣保溫材料選用泡沫玻璃[1]，具有抗碎強(qiáng)度高、絕緣效果好、吸水率低、耐高溫、容重輕和耐腐蝕等特點(diǎn)。泡沫玻璃參數(shù)如表1所示。

表1 泡沫玻璃參數(shù)

1.2 保溫材料的安裝

將泡沫玻璃每4片分為1組，泡沫玻璃先由碰釘固定，再用2 mm鋼板通過(guò)螺栓固定；2 mm鋼板之間存在間隙，在四周間隙內(nèi)用螺栓固定扁鐵壓住2 mm鋼板[1]。保溫材料的安裝節(jié)點(diǎn)如圖1所示。

圖1 保溫材料的安裝節(jié)點(diǎn)

主甲板上的艙蓋和傳感器等開(kāi)孔的固定方式為將艙蓋筒體和傳感器筒體延伸至泡沫玻璃外，通過(guò)扁鐵封邊。甲板開(kāi)孔的絕緣封邊方式如圖2所示。

圖2 甲板開(kāi)孔的絕緣封邊方式

2 整體式液艙的加熱系統(tǒng)

由于瀝青船在運(yùn)輸過(guò)程中需要不斷保溫加熱，加熱溫度高，鍋爐容量較大，因此該型船采用熱油鍋爐。液艙的加熱容量與液艙的保溫效果具有直接的聯(lián)系。該型船采用泡沫玻璃為絕緣材料，傳熱系數(shù)低，液艙所需要的保溫量較小。為給液艙提供足夠的熱量以保證溫度控制在165.0 ℃，每個(gè)液艙加熱盤(pán)管分為2個(gè)獨(dú)立回路，吸口單獨(dú)布置1路加熱盤(pán)管，3進(jìn)3出，每組回路均與主甲板的主熱油進(jìn)出管相連[3-6]。

2.1 液艙加熱計(jì)算

液艙加熱基準(zhǔn)條件參數(shù)如表2所示。以1艙左為計(jì)算對(duì)象，加熱面積如表3所示。

表2 液艙加熱基準(zhǔn)條件參數(shù)

表3 1艙左加熱面積 m2

(1)液艙理論加熱熱量[4]按式(1)計(jì)算：

(1)

式中：Q1為液艙理論加熱熱量，kJ/h。

將表2的相關(guān)數(shù)據(jù)代入式(1)，得到Q1=288 432 kJ/h，通過(guò)單位換算得到1艙左理論加熱熱量Q1為80.1 kW。

(2)液艙散失熱量[4]按式(2)計(jì)算：

Q2=qS

(2)

式中：Q2為液艙散失熱量，kW；q為絕緣材料散失熱量，kW/m2；S為絕緣材料包覆面積，m2。

q=0.088 kW/m2(見(jiàn)表1)，S=S1+S2+S3+S6=431.49 m2(見(jiàn)表3)，將數(shù)據(jù)代入式(2)，得到1艙左散失熱量Q2為38.0 kW。

(3)液艙實(shí)際加熱熱量[4]按式(3)計(jì)算：

QH=(Q1+Q2)(1+10%)

(3)

式中：QH為液艙實(shí)際加熱熱量，kW；10%為加放裕量。

將數(shù)據(jù)代入式(3)，得到1艙左實(shí)際加熱熱量QH為129.9 kW。

(4)該型船加熱盤(pán)管選用外徑為60 mm、壁厚為 5 mm的無(wú)縫鋼管，加熱盤(pán)管面積[4]按式(4)計(jì)算：

(4)

式中：SH為加熱盤(pán)管面積，m2。

將表2的相關(guān)數(shù)據(jù)代入式(4)，得到1艙左加熱盤(pán)管面積SH為26.90 m2。

(5)加熱盤(pán)管長(zhǎng)度[4]按式(5)計(jì)算：

(5)

式中：L為加熱盤(pán)管長(zhǎng)度，m；d為加熱盤(pán)管外徑，m。

將數(shù)據(jù)代入式(5)，得到1艙左加熱盤(pán)管長(zhǎng)度為142.8 m。

通過(guò)上述方法，分別計(jì)算各艙加熱盤(pán)管長(zhǎng)度，如表4所示。

表4 各艙加熱盤(pán)管長(zhǎng)度

2.2 加熱盤(pán)管的布置

為對(duì)液艙進(jìn)行有效加熱，加熱盤(pán)管均勻布置在底部，距艙底150 mm，艙底周?chē)吔绺采w2.0 m，吸口單獨(dú)設(shè)置1個(gè)加熱回路，如圖3所示。

圖3 液艙加熱盤(pán)管典型布置方式

2.3 加熱盤(pán)管的設(shè)計(jì)與安裝

(1)加熱盤(pán)管的單元化設(shè)計(jì)。由于液艙內(nèi)的保溫材料需要在液艙完成密性試驗(yàn)和強(qiáng)度試驗(yàn)后才能進(jìn)行安裝，加熱盤(pán)管需要在保溫材料安裝后才能安裝，因此為方便加熱盤(pán)管的安裝，減少水下安裝時(shí)間，每艙加熱盤(pán)管設(shè)計(jì)為6個(gè)管束單元，加熱盤(pán)管采用對(duì)接焊連接，通過(guò)U字形管夾固定在U63槽鋼上。液艙加熱盤(pán)管單元布置如圖4所示。加熱盤(pán)管單元的制作、試壓和強(qiáng)度試驗(yàn)提前在車(chē)間進(jìn)行，大幅減少現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接、焊接和打磨的工作量，降低生產(chǎn)成本，大幅縮短水下安裝周期[1]。

圖4 液艙加熱盤(pán)管單元布置示例

(2)泡沫玻璃的安裝工藝。為滿(mǎn)足保護(hù)涂層性能標(biāo)準(zhǔn)(Performance Standard of Protective Coatings，PSPS)的要求，避免破壞壓載艙的油漆，單元支架與壓載艙焊接部分應(yīng)在分段階段安裝。單元支架分為兩部分，先在分段上預(yù)裝U160槽鋼的支架，在艙內(nèi)泡沫玻璃和封面薄鋼板安裝后，再進(jìn)行加熱盤(pán)管管束單元的定位安裝。預(yù)裝支架與薄鋼板之間的間隙依靠固定塊進(jìn)行焊接密封[1]。液艙內(nèi)的泡沫玻璃典型安裝如圖5所示。

圖5 液艙內(nèi)的泡沫玻璃典型安裝

(3)加熱盤(pán)管單元的定位安裝。由于泡沫玻璃在液艙成艙、進(jìn)行密性和強(qiáng)度試驗(yàn)后才能進(jìn)行安裝，因此加熱盤(pán)管單元應(yīng)提前預(yù)埋進(jìn)艙，如圖6所示。在完成除加熱盤(pán)管單元位置外的泡沫玻璃安裝后，進(jìn)行管束單元吊裝定位；最后一個(gè)單元調(diào)至其他安裝的單元上，在完成加熱盤(pán)管單元位置的泡沫玻璃安裝后，進(jìn)行復(fù)位安裝。

圖6 加熱盤(pán)管單元預(yù)埋進(jìn)艙示例

3 結(jié) 語(yǔ)

與獨(dú)立式液艙相比，15 000 t瀝青船的整體式液艙具有艙容利用率高、便于清理和船型緊湊等優(yōu)點(diǎn)。但由于液貨最高溫度為180.0 ℃，因此在航運(yùn)過(guò)程中整體式液艙必須具備良好的隔熱措施，有效保持液貨溫度，防止熱量散失，有效阻止高溫傳遞至船體結(jié)構(gòu)以避免降低船體結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，并應(yīng)保持整體式液艙周?chē)沫h(huán)境處于正常的溫度范圍，提供安全的工作環(huán)境。該型船選用泡沫玻璃作為隔熱材料，通過(guò)液艙加熱計(jì)算，在滿(mǎn)足加熱和絕緣保溫要求的情況下，優(yōu)化液艙內(nèi)的管路布置，最終實(shí)船施工減少水下周期30余天，大幅降低建造成本。