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(滬東中華造船(集團)有限公司，上海 200129)

常規(guī)化學品船通常不裝載低沸點貨品環(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)易運輸量不斷增加，越來越多的化學品船船東要求載運環(huán)氧丙烷。因此,需對其低沸點高揮發(fā)性、易燃有毒等物理化學性質(zhì)進行分析研究，并結合規(guī)范規(guī)則的要求和實船設計經(jīng)驗，闡明其所需的特殊系統(tǒng)設計，以便能更好地保證化學品船的安全營運?？紤]以化學品船貨品中比較特殊的貨品環(huán)氧丙烷為研究對象，分析其在船舶載運時所需的特殊的系統(tǒng)設計。

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)見表1。

表1 PO性質(zhì)

在常溫常壓下，環(huán)氧丙烷為低沸點高揮發(fā)性易燃液體，無色透明，有毒，對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、易燃、易爆的特性，需儲存在低溫通風的環(huán)境下，并應隔絕火源。

2 載運環(huán)氧丙烷的特殊系統(tǒng)設計

鑒于上述環(huán)氧丙烷的物理化學性質(zhì)及其重要的化工性能，為保證船舶載運環(huán)氧丙烷的安全運輸，《國際散裝運輸危險化學品船舶結構和設備規(guī)則》(IBC)，船級社和美國海岸警備隊(USCG)等都對化學品船載運環(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計、冷卻系統(tǒng)(溫度控制)、水霧系統(tǒng)、貨艙周圍環(huán)境控制和裝卸貨集管處閥門控制等[3-5]。

由于載運環(huán)氧丙烷需配置特殊系統(tǒng)，所以在化學品船設計之初就應該規(guī)劃好裝載環(huán)氧丙烷的液貨艙的位置和數(shù)量。為營運靈活，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，該液貨艙載運常規(guī)貨品，啟用常規(guī)液貨系統(tǒng)；在載運環(huán)氧丙烷的航次，該液貨艙載運環(huán)氧丙烷，除了啟用相關常規(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計

兼裝環(huán)氧丙烷的貨艙一般在遠離人員居住區(qū)域集中布置，這樣液貨管路也能集中布置，以方便裝卸貨時操作。以38 000 t級化學品船為例，在最初設計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。見表2。環(huán)氧丙烷貨艙布置見圖1。

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

表2 38 000 t化學品船液貨艙布置及設計壓力

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

38 000 t級化學品船采用雙壓力設定端型壓力真空閥，見圖2。載運環(huán)氧丙烷的航次需鎖住正壓為0.021 MPa的壓力設定端，0.06 MPa的壓力設定端正常工作。

2.2 冷卻系統(tǒng)

IBC規(guī)則要求環(huán)氧丙烷液貨艙的設計壓力小于0.06 MPa表壓力時應設置冷卻系統(tǒng)。對于環(huán)氧丙烷液貨艙的結構設計壓力為0.065 MPa(表壓)的艙，因已滿足IBC 規(guī)則對液貨艙的結構安全要求，不需要配置冷卻系統(tǒng)。但船東為了保證運輸過程中的安全性，降低運輸時液貨艙內(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)應配備至少兩套自動調(diào)節(jié)艙內(nèi)溫度變化的冷卻機組，使艙內(nèi)溫度保持低于貨艙維護壓力下的沸點溫度。每個冷卻機組的能量都能足以保持液體貨物的溫度。

設定38 000 t級化學品船兼裝環(huán)氧丙烷的貨艙維護為正壓0.06 MPa、負壓0.003 5 MPa，冷卻系統(tǒng)能在周圍大氣溫度35 ℃、海水溫度32 ℃環(huán)境下保溫貨物在25 ℃。

冷卻系統(tǒng)一般有兩種設計方案，一種為貨艙內(nèi)冷卻器方案，系統(tǒng)的組成為：每個貨艙內(nèi)冷卻器+冷卻機組+冷卻介質(zhì)環(huán)路管系,見圖3。

38 000 t級化學品船就采用這種冷卻系統(tǒng)，生產(chǎn)廠家FRAMO。冷卻機組布置在甲板區(qū)域房間內(nèi)(危險區(qū)域)，電氣設備需為防爆型。冷卻器浸沒在液貨艙中，冷卻器端部設有水力透平，冷媒水同時驅(qū)動水力透平實現(xiàn)液貨在艙內(nèi)的循環(huán)冷卻，在艙內(nèi)形成有效對流，使貨艙內(nèi)貨物溫度分布均勻并維持在安全溫度運輸。

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管方案，其冷卻系統(tǒng)的組成為：每艙加熱盤管+冷卻機組+冷卻介質(zhì)環(huán)路管系,見圖4。

該系統(tǒng)利用原液貨艙中已有的為常規(guī)貨品設置的加熱盤管，在載運環(huán)氧丙烷時作為冷卻盤管使用，不設置獨立的艙內(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，還需要通過啟動液貨泵和艙外管路來強制循環(huán)。艙外管路循環(huán)增加了貨物泄漏的風險。

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

2.3 水霧系統(tǒng)

載運環(huán)氧丙烷的液貨艙，需設置具有足夠能量的水霧系統(tǒng)。其貨艙裝載集管的周圍區(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(左右舷各一)對該水霧系統(tǒng)進行就地操作或遙控。遙控手動操作裝置設置在上層建筑前面，以便在受保護區(qū)域發(fā)生火災時遙控起動水霧系統(tǒng)的供水泵和遙控閥。

38 000 t級化學品船水霧系統(tǒng)計算如下。

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)原理見圖5。

2.4 貨艙周圍環(huán)境控制

貨艙周圍環(huán)境控制是指裝載環(huán)氧丙烷的貨艙的周圍液貨艙，壓載艙和隔離空艙等應裝載相容的貨物或充裝惰性氣體使其惰性化。周圍的壓載艙和隔離空艙要備有壓力真空閥或帶關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)測可通過便攜式設備完成。

38 000 t級化學品船采用帶關閉裝置的特殊空氣管頭，見圖6。

在通常航次，該特殊空氣管頭拉桿抬升到打開位置⑤作為空氣管頭,空氣自由流通；在載運環(huán)氧丙烷的航次需鎖定拉桿到水平關閉位置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 裝卸貨時閥門的遙控

裝載PO的貨艙的集管布置除了滿足OCIMF[7]的要求外，每個裝載環(huán)氧丙烷的貨物集管軟管接頭處，都應配備一個在貨物駁運時能控制關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，即在使用的時候把該遙控截止閥裝上去，接上驅(qū)動管路后在貨控室內(nèi)遠程操控。

3 結論

建議化學品船舶設計工作者除了常規(guī)系統(tǒng)設計外，還需要關注船舶載運低沸點貨品環(huán)氧丙烷的特殊系統(tǒng)，繼而保證承接和設計實際化學品船項目時，能夠在技術上走在前面，提前做好技術儲備工作，真正滿足化學品船載運環(huán)氧丙烷安全營運的要求，避免或減少在未來設計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)技術現(xiàn)狀及研究進展[J].精細與專用化學品,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化學品船液貨輔助冷卻系統(tǒng)設計[J].船舶設計通訊,2016(2):60-62.

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