平臺供應(yīng)船貨物甲醇系統(tǒng)設(shè)計論文
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1船舶簡要
本船在艉部設(shè)置了兩個甲醇艙，甲醇溶液被供應(yīng)至海洋石油平臺用于鉆井液的調(diào)配，以抑制鉆井作業(yè)中鉆井隔水套管內(nèi)的水合物的形成。
2船舶布置
2.1艙室布置
根據(jù)A673決議第3章的要求，有毒有害貨品的液貨艙應(yīng)與機械處所、軸遂、干貨艙、起居處所、服務(wù)處所、飲用水艙和生活用品儲藏室，用隔離艙、留空處所、貨泵艙、空艙、燃油艙或類似處所進行分隔。9000HPPSV深水供應(yīng)船配有兩個甲醇艙配布置在艉部，為不銹鋼材質(zhì)的獨立艙室，每艙容積89m3。由干隔艙與其它艙室隔開。由于甲醇艙內(nèi)為“0”類危險區(qū)域，通常設(shè)計都以在隔離空艙內(nèi)充注氮氣或者注入淡水的方式來與安全區(qū)域隔離。
2.2甲醇泵布置
每個甲醇艙都配一臺獨立的浸沒式液貨泵，并由各自獨立的管路系統(tǒng)進行注入排出作業(yè)。9000HPPSV項目選用的甲醇泵為側(cè)裝式液壓離心泵，75m3/h，7.7bar。側(cè)裝泵的結(jié)構(gòu)非常簡單，泵的液壓馬達裝在干隔艙內(nèi)，泵體安裝在甲醇艙內(nèi)，通過隔艙填料函連接，無需中間接管。與頂裝式深井泵相比安裝簡便施工方便，成本也要低很多。雖然在掃艙性能上不如深井泵，但對甲醇掃艙余量要求不高的平臺供應(yīng)船來說并無太大影響。
2.3甲醇裝卸站布置
平臺供應(yīng)船通常都設(shè)有四個貨物裝卸站，舯部左右舷、艉部左右舷各一個。甲醇艙的管路駁運系統(tǒng)都是相互獨立的，考慮甲醇貨品的危險性，為了避免駁運管路穿過其它艙室及盡量減少管路長度，甲醇艙貨物系統(tǒng)管路都引致同側(cè)的裝卸站。在裝載或卸貨過程中，裝卸站區(qū)域可能會產(chǎn)生大量蒸汽，根據(jù)CCS規(guī)范對危險區(qū)域劃分的要求，甲醇貨物出口向上，以6m為半徑，無限高度的垂直圓柱內(nèi)，以及出口向下，以6m為半徑，半球面的露天甲板區(qū)域為“1類危險區(qū)域”；6m半徑球面之外4m的露天甲板區(qū)域為“2”類危險區(qū)域。如果在舯部及艉部裝卸站都設(shè)置了甲醇貨物接口，危險區(qū)域可能會占甲板面積的80%以上。這也意味著此域內(nèi)的電氣設(shè)備都必須為合格防爆型。平臺供應(yīng)船普遍自動化程度較高，如危險區(qū)域過大，成本及施工要求都會大大增加。所以在這類船舶設(shè)計初期就應(yīng)與船東協(xié)商澄清，如能滿足使用要求則只在艉部的裝卸站對甲醇進行裝載和卸貨，這也可以節(jié)省船東日后的維護成本。
甲醇被劃為“P”類具有污染危害性化學品，蒸汽易燃易爆。但平臺供應(yīng)船運輸此類貨品數(shù)量“有限”，因而不同于化學品船，如完全滿足IBCCode-散裝運輸危險化學品船舶構(gòu)造與設(shè)備規(guī)范并不現(xiàn)實。IMOA.673決議-近海供應(yīng)船散裝運輸和裝卸有限數(shù)量有毒有害液體物質(zhì)指南針對此類船舶對“有限數(shù)量”進行了定義：平臺供應(yīng)船載運的有毒有害液體數(shù)量不超過800m3和載重量體積（單位：立方米，密度為1.0）40%的較小值。A.673決議合理的考慮此類平臺供應(yīng)船的設(shè)計特點及實際，規(guī)定了需要滿足IBCCode要求的范圍。文章主要通過對相關(guān)規(guī)范規(guī)則的研究，對以下幾個與甲醇有關(guān)的系統(tǒng)進行簡單介紹。
3.1甲醇貨物系統(tǒng)
3.1.1設(shè)計壓力
在決定甲醇系統(tǒng)設(shè)計壓力時，應(yīng)考慮該系統(tǒng)中的釋放閥的最高調(diào)定壓力。對沒有釋放閥保護或可能與釋放閥隔離的管路和管系部件應(yīng)至少按下述壓力的最大值進行設(shè)計：
（1）對于可能存在甲醇的管路或部件，取該液體在45℃時的飽和蒸氣壓力；
（2）相關(guān)泵排放釋放閥的調(diào)定壓力；
（3）當相關(guān)泵未裝排放釋放閥時，取該泵出口處的最大總壓頭。
3.1.2管壁厚甲醇系統(tǒng)管路一般選用不銹鋼管，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計壓力計算壁厚，公式可參照IBCCODE第5章，第1節(jié)，此處不再贅述。
3.1.3管路間連接方式甲醇貨物系統(tǒng)的管路一般采用對焊連接，法蘭只允許用在管路與泵、閥門、膨脹接頭的認可形式連接，并且法蘭應(yīng)為焊頸法蘭。DN50以下無晶間腐蝕的管路也可考慮使用套管焊接連接。外徑≤25mm的儀表管路及次要管路可以使用螺紋連接。
3.1.4管系試驗
管路在組裝完畢后，每一管系應(yīng)經(jīng)至少為1.5倍設(shè)計壓力的靜水壓試驗。然而，當管系或部分系統(tǒng)已制成并裝配備了所有附件后，靜水壓力試驗可在船上安裝前進行。焊接的接頭應(yīng)在船上以1.5倍設(shè)計壓力進行靜水壓試驗。在船上安裝完工后，每一管系都應(yīng)進行泄漏試驗，其試驗壓力系取決于適用的試驗方法。對于甲醇艙內(nèi)的管路和管端開敞的管路，可按照公認的標準可同意放寬這些要求。
3.1.5管路布置
甲醇貨物管路應(yīng)布置在甲板以上，避免布置在甲板以下甲醇艙外側(cè)與外板之間，除非能保持對破損保護要求的距離。布置時應(yīng)考慮防止機械破壞，在穿過艙壁時還應(yīng)能防止其在艙壁處產(chǎn)生過大的應(yīng)力。需注意以螺栓連接的法蘭不應(yīng)穿過艙壁。為了適當控制甲醇駁運，每個甲醇艙的注入管路和排放管路上應(yīng)設(shè)置一個手動操作的截止閥或截止止回閥；在每個貨物軟管連接處應(yīng)設(shè)1個截止閥；所有甲醇貨物泵應(yīng)設(shè)有遙控關(guān)閉裝置。
3.2貨物透氣系統(tǒng)
透氣系統(tǒng)的目的是防止甲醇艙內(nèi)的蒸汽壓力過壓或欠壓。每一個甲醇艙都應(yīng)設(shè)置獨立于其它艙室透氣的系統(tǒng)，能夠避免蒸汽集聚和進入安全處所及可能發(fā)生火災(zāi)、爆炸的處所。透氣管布置時應(yīng)連接到艙室頂部，出口應(yīng)允許蒸汽垂直向上噴射而不受阻礙，并應(yīng)盡可能在所有可正常操作的橫傾和縱傾的條件下使貨物透氣管路能自行排放回液貨艙內(nèi)。IBCCODE將液貨艙的透氣類型分為開式透氣系統(tǒng)和控制式透氣系統(tǒng)。開式系統(tǒng)指在正常操作期間，允許貨物蒸汽自由進出液貨艙而無任何限制，此種方式只能用于無安全危險和無毒危險貨物?？刂剖酵笟庀到y(tǒng)由一個主透氣系統(tǒng)和一個輔助透氣系統(tǒng)構(gòu)成，當其中一套裝置發(fā)生故障時能允許完全釋放蒸氣以防止過壓或欠壓。主系統(tǒng)是在每個液貨艙內(nèi)設(shè)置的壓力真空釋放閥，以限制艙內(nèi)的壓力或真空。輔助透氣系統(tǒng)可由安裝在每個液貨艙內(nèi)的壓力傳感器以及安裝在貨物控制站的監(jiān)控系統(tǒng)組成，監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有報警裝置，當艙內(nèi)出現(xiàn)過壓或欠壓時報警。甲醇艙透氣系統(tǒng)需選用控制式透氣系統(tǒng)，其設(shè)計和操作應(yīng)能保證在貨物操作期間液貨艙內(nèi)所產(chǎn)生的壓力或真空不應(yīng)超過貨艙的設(shè)計參數(shù)。在確定液貨艙透氣系統(tǒng)的尺寸時應(yīng)考慮的主要因素如下：
3.2.1設(shè)計的裝卸率。
3.2.2裝貨期間氣體逸出：至少應(yīng)為最大裝貨速率乘以1.25系數(shù)。
3.2.3貨物蒸氣混合物的密度。
3.2.4透氣管、交叉連接閥和配件的壓力損失。
3.2.5釋放裝置的壓力／真空調(diào)定值，一般取0.14bar/-0.035bar。甲醇系統(tǒng)透氣閥通常都選用出口噴射速度≥30m/s認可的高速透氣閥。IBCCODE中對此類閥門的位置要求是離開起居處所、服務(wù)處所和機器處所的空氣進口或開口及點火源的最近水平距離至少為10m，此要求通常都可以滿足；高度要求是在露天甲板上的高度不小于3m，如設(shè)在升高步橋的4m范圍內(nèi)，則在升高步橋以上的高度應(yīng)不小于3m。而實際上大部分平臺供應(yīng)船的甲醇高速透氣閥都布置在安全島的頂部，安全島頂部屬于升高步橋，A.673決議也未對該條規(guī)則進行修正及解釋。由于此處完全不可能實現(xiàn)3m高的透氣管的布置安裝，所以船級社在審圖對此高度都會適當放寬，一般取高于主甲板3m即可。這也反映了針對平臺供應(yīng)船的散裝化學品系統(tǒng)規(guī)范規(guī)則還不完善，隨著此類船舶的建造數(shù)量的增加，更詳細的規(guī)范更新勢在必行。
3.3甲醇艙檢測及測量液貨艙的檢測主要有三種型式：
3.3.1開式裝置
利用液貨艙的開口進行測量，可以將測量儀表放置于貨物或其蒸氣之中。
3.3.2限制式裝置
此裝置伸入液貨艙，使用時允許少量貨物蒸氣或液體逸入大氣。不使用時，這種裝置是完全封閉的。其設(shè)計應(yīng)確保在打開這種裝置時不致使艙內(nèi)貨物(液體或氣霧)發(fā)生危險的外溢。
3.3.3閉式裝置
此裝置伸入液貨艙，成為封閉系統(tǒng)的一部分，且能防止艙內(nèi)貨物逸出。例如浮筒式系統(tǒng)電子探測器、磁性探測器和帶有防護的觀察裝置等；也可采用不穿過液貨艙殼板而與液貨艙無關(guān)的間接式裝置，如貨物稱重裝置和管式流量計等。甲醇系統(tǒng)應(yīng)采用上述的限制式裝置，常規(guī)設(shè)計是按規(guī)范要求設(shè)置兩套氧氣傳感器來測量甲醇貨物蒸氣的濃度，其中一套為固定式探測系統(tǒng)，安裝在艙室頂部或甲醇透氣管路上；則另一套可采用便攜式探測儀，需要透氣管路在甲板上預(yù)留測量接口。在裝載前后應(yīng)對甲醇艙的蒸氣空間進行測試，以保證其含氧量不超過2%體積。甲醇艙配置的傳感器應(yīng)能夠?qū)崟r監(jiān)測艙內(nèi)的狀態(tài)，除了氧氣傳感器，甲醇艙還配備一套溫度傳感器用于監(jiān)測艙內(nèi)的溫度，在甲醇運輸或駁運過程中，艙內(nèi)溫度超過設(shè)定值時能輸出報警；作為上文介紹的的輔助透氣系統(tǒng)，每個甲醇艙還應(yīng)配備一套壓力傳感器，當高速透氣閥發(fā)生故障，艙內(nèi)壓力超出設(shè)定值時輸出報警信號。甲醇艙的液位測量一般選用雷達式液位傳感器，能夠?qū)⒁何恍畔@示在駕控臺上，并能輸出高位報警。如果雷達液位傳感器只設(shè)置一套，則應(yīng)安裝一個用于應(yīng)急測量手動測深管來滿足規(guī)范要求。另外每個甲醇艙還應(yīng)另配一套獨立的高高位報警傳感器，用于輸出報警或關(guān)閉甲醇泵。以上傳感器，除壓力傳感器和氧氣傳感器可安裝在甲醇的透氣管路上，剩余的雷達測深儀、溫度傳感器、高高位報警傳感器需安裝在甲醇艙頂部。在設(shè)計時可參照下列設(shè)置保護罩的方式來安裝，此種方式可以避免甲醇艙開孔較多影響強度，通過將傳感器布置在保護罩內(nèi)，還可降低其防護等級的要求。
3.4甲板泡沫消防系統(tǒng)
裝載甲醇的平臺供應(yīng)船必須配備固定的抗乙醇泡沫系統(tǒng)，該裝置應(yīng)能把泡沫輸送到整個甲醇艙甲板區(qū)域，并且能把泡沫送到假定甲板已經(jīng)破裂液貨艙。甲板泡沫系統(tǒng)應(yīng)能簡便、迅速地操作，系統(tǒng)的主控制站應(yīng)設(shè)在貨物區(qū)域外的適當位置，并應(yīng)鄰近起居處所，以便受保護區(qū)域萬一發(fā)生火災(zāi)時能易于到達和操作。在泡沫系統(tǒng)訂貨時，目前常用的是3%AFFF水成膜泡沫，廠家提供的泡沫單元一般包含泡沫炮、泡沫罐、比例混合器，若干泡沫槍以及組成系統(tǒng)的管路、閥件、儀表、控制系統(tǒng)等。泡沫海水供給泵通常由船上的消防泵、壓載泵等來兼做。該泵需要流量較大，對壓力也有較高要求，所以在設(shè)計之初就應(yīng)通過計算確定好方案。如后期不能與系統(tǒng)匹配，不僅會增加成本，對設(shè)備布置也會造成很大麻煩。在選擇甲板泡沫系統(tǒng)時，泡沫的供給速率應(yīng)按下列的最大值選取：
3.4.1按甲醇艙甲板區(qū)域的面積
每平方米為2l/min。此處甲板區(qū)域面積是指船舶的最大寬度乘以甲醇艙處所范圍整個縱向長度。
3.4.2按具有最大水平截面積的單個甲醇艙的水平截面積
每平方米為20l/min。3.4.3按最大的泡沫炮所保護并完全位于該泡沫炮前方的區(qū)域面積，每平方米為10l/min，但應(yīng)不小于1250l/min。泡沫系統(tǒng)應(yīng)能確保以最大的供給速率持續(xù)提供泡沫溶液至少30min。在計算時甲板區(qū)域面積根據(jù)A.673決議中對貨物區(qū)域的定義選取，需要覆蓋甲醇艙3m范圍內(nèi)的甲板區(qū)域。根據(jù)經(jīng)驗，泡沫最大供給速率都由以上第3條計算得出，泡沫炮布置的位置越靠近甲醇貨物甲板區(qū)域，所需覆蓋的面積越小，對設(shè)備的選型也越有利。因此在設(shè)計時泡沫炮都布置在臨近起居處所靠近甲醇艙的安全島上，每舷一只。
4結(jié)束語
我國海上油氣資源開發(fā)具有十分廣闊的前景，據(jù)測算，南海油氣總儲量達300億噸，其中大部分海域因遠離大陸，尚未得到開采，開發(fā)潛力巨大。隨著我國向海洋進軍，作為配套服務(wù)的平臺供應(yīng)船必將陸續(xù)投入運營。配有先進貨物系統(tǒng)，能夠散裝運輸甲醇或類似有限數(shù)量的有毒有害液貨的平臺供應(yīng)船必將成為市場的首選方案。大連中遠船務(wù)承建的9000HP深水供應(yīng)船是目前國內(nèi)最先進的平臺供應(yīng)船，通過對相關(guān)規(guī)范的研究，介紹其貨物甲醇及相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計，以期能為今后國內(nèi)類似船型的建造設(shè)計提供參考。
作者：趙爽 曹建偉 李麗 單位：大連中遠船務(wù)工程有限公司
