液货船液货舱透气系统的设计

液货船液货舱透气系统的设计

叶智

江南造船（集团）有限责任公司 201913 上海

摘要：针对IMO通函以及ISO标准的新要求，从船东、船厂和船舶设计院所应履行职责的角度，对新建油船和化学品船透气系统的设计与计算方法进行研究，并给出了实例。

关键词：液货舱透气系统；高速压力/真空（释放）阀；压力

引言：船舶航行中，大气温度、舷外水温度和液货加热温度的变化会引起气密液货舱内液货体积膨胀或收缩，使得舱内气压升高或下降。另外，在装卸液货或压载水过程中，舱内气压也会随着舱内液货体积的变化而变化。如果液货舱内的压力或真空超过设计限度，就会导致船体结构的损伤或变形。然而，大多数货品在装运和装卸过程中又不能无任何限制地与外界相通。

1船方的职责

根据ISO标准15364要求，船方应履行下列职责∶应提交一份详细"订货资料"给透气装置制造厂，制造厂方可据此选定某种型号与规格的透气装置并通过试验而获得 MSC/Circ.1009 认可证书。"订货资料"应包含有∶透气管路管子通径、长度与走向布置（用来证明非锤击或非振荡的条件）;货油舱每种液货蒸汽特性，如气体增长率、密度等;最大装载速率计算;货油舱设计压力与真空;预期的环境温度范围;透气管路压力降计算，透气装置（包括所有密封件）的材料等。

选用透气装置时，应注意选用性能满足标准要求的装置，选用能从外部检查其内部表面残余物、能从外部清洁或更换其内部心轴与其它零件的装置，以及注意装置允许的结冰厚度等。设计透气系统时，应设置方便于操作透气装置提升手柄的架子或平台。

船方必须确认从制造厂方获得的产品审查文件和产品使用说明书（手册）。该说明书内容包括∶安装限定条件，装置最小的最大安全间隙（MESG）值;装置何时清洗与清洗方法，各种液货对应的装置清洗次数，年检或全面检查的次数，，液货装卸操作前的提升检查等维护要求;正、负压下的流量与流阻试验数据、透气装置初始开启与终了关闭时的流量试验数据、表明流量范围内任何流量值下的压力降的图。

2透气系统的型式

液货船的透气系统可采用多种型式，规范和公约对不同货品的液货船的透气系统的要求也不相同。液货船的透气系统一般有两种基本型式，即开式透气系统和控制式透气系统。

2.1 开式透气系统

开式透气系统是指在正常作业中，液货蒸气进出液货舱自由流动无任何限制的系统，只可用于液货的蒸发气不易燃烧、不易爆炸，吸入时对人体健康无明显危害的货品，主要适用于装运闪点在60 ℃（闭杯）以上成品油船和少数专用化学品船。开式透气系统的结构相对比较简单，主要由透气管和带阻火装置的透气管头组成。

开式透气系统布置有两种型式∶独立透气管型式、集中透气管型式布置。其布置型式见图1。独立透气管型式是指每个液货舱顶部设有各自向上的透气管，各舱透气管互不相通。集中透气管型式是指每个液货舱顶部所设的透气管汇集于一根或几根向上的透气总管。开式透气系统无论采用独立透气管的布置型式还是集中式透气管的布置型式，在任何流通情况下均不得在独立透气系统管上或透气集管上装设关断阀或盲板法兰。

2.2 控制式透气系统

大多数液货船采用控制式透气系统。控制式透气系统是指每个液货舱均有压力或真空泄放阀以限制液货舱的压力和真空的系统。控制式透气系统也可以采用由每个液货舱的独立透气管组成的独立透气管型式布置，也可以采用将透气管组合于一个或几个集管内的集中透气管型式布置。控制型透气系统在任何情况下，在压力或真空泄放阀上面或下面不应该装截止阀，但在某些操作条件下，可采取对压力真空阀加旁通阀。

2.2.1 公用总管控制式透气系统

公用总管式透气系统是从每个舱最高处引出的透气支管都汇集到1根纵向贯通全船布置的透气总管，该总管末端部分通常沿桅杆或桅柱向上延伸，其透气口出口一般布置在液货舱甲板以上9～12 m 处。下透气桅管下部设置1 只压力和真空释放阀（呼吸阀）。当液货舱的气压超过规定值，呼吸阀中的真空释放阀自动打开，空气补进舱内降低真空度。在呼吸阀旁边通常设置1 只旁通手动开闭阀，平时关闭，当装卸液货时打开此阀，让大量舱内气体排出或外部空气进舱。为防止外界火焰进入液货舱，一般在透气桅管顶部设置阻火装置，有时这种阻火装置设在透气管底部呼吸阀附近处。有些船舶同时装运几种货品，且不允许互相混杂，因而船上的液货舱应分成几组，每一组的液货舱共用1根公用透气管，船上就有几根互不相通的公用透气管。公用总管控制式透气系统布置示意见图2。

2.2.2 独立控制式透气系统

独立式系统是指每一液货舱设有独立的透气系统，有两种型式。一种型式是自由流通式排气，从液货舱顶部引出1根直到离甲板面一定高度的透气管，在管顶部设有1 只呼吸阀和1 只旁通阀或透气口盖。前者供温度变化引起压力或真空释放之用，旁通阀供装卸油时排气或进入空气之用（在装有惰性气体的船舶上不允许空气进舱，呼吸阀一般情况下是不工作的）。有时用可启闭或带有阻火装置的透气口盖代替旁通阀。有时仅设有呼吸阀，当装液货时用手动结构使呼吸阀的压力释放阀强制打开，让气体流通。这种方式仅适合于小型低装卸速率的船舶，因为呼吸阀的流通能力是比较低的。自由流通式独立透气系统见图3。

3透气管口径的确定

开式透气系统透气管的尺寸和数量应满足规范对动力注入的液舱空气管的相关规定，每一个液货舱的空气管总横截面积应至少为其注入管有效截面积的1.25倍。对顶板长度和宽度大于7m 的液舱，应设2根或多根空气管。

控制式透气系统液货舱透气管口径可按以下2个基本要求计算得出∶

（1）装载工况时，透气管内流速不得大于40 m/s。

（2）每个液货舱透气管的截面积，应为最大装油速率的1.25倍以上。装油速率可按装货时液货管的管内流速来确定。

式中∶ 为装油速率，m³/h； 为液货管内液体流速，按3.5~5 m/s选取; 为液货管的直径，mm。液货舱透气管最小内径按式

2. 计算∶

式中∶d为液货舱透气管最小内径，mm;V为透气管内流速，正常按30 m/s计算。

4设计时其他注意事项

（1）2018年之前规范对控制式透气系统压力释放开口位置要求是不低于液货舱甲板之上2 m，且离开含有着火源的围壁处所的最近进气口和开口以及可能构成着火危险的甲板机械和设备的水平距离不小于5m处。2018年钢质海船建造规范及入级规范均把对压力释放开口位置要求修改为跟透气管出口位置的要求一致。

（2）控制式透气系统除了一个主透气装置系统外，还需设有一个辅助透气装置系统作为主系统的备用系统。液货舱的辅助透气装置系统可用压力监控系统替代。

（3）压力/真空阀需要设有用于检查压力真空阀效用的核验柄。同时压力真空阀和阻火装置处还要设有检修平台，以便工作人员维修和检验。

（4）透气系统设计时应防止系统和附件在恶劣气候条件下透气出口处货物蒸发气的冻结、聚集物的产生、大气灰尘或结冰堵塞的可能。船前部的液货舱透气管应有足够的水平坡度以防积液堵塞。

5结论

目前有的船级社已将或拟将透气和蒸汽回收系统计算书列入送审文件。为了便于计算与审查，船级社或有关当局应提供与计算相关的各种液货蒸汽/空气混合气物性参数，如密度、运动粘度等。作为计算依据的整船总装载速率与单舱装载速率，大多是由船东在设计建造规格书中指定的。但实际作业中，单个舱装载支管的分流不可能保证装载速率的均衡性，很可能超过指定值而造成某液货舱的超压。因此，今后应开展对单个液货舱装载速率确定方法的研究。

参考文献∶

【1】中国船舶工业集团公司，中国船舶重工集团公司，中国造船工程学会.船舶设计实用手册【M】.北京∶国防工业出版社，2013.

【2】 黄恒祥.轮机工程手册【M】．北京∶人民交通出版社，1992.