張允明

(營口港務(wù)集團(tuán)有限公司,遼寧營口 115007)

淺析惰氣系統(tǒng)在油輪的應(yīng)用

張允明

(營口港務(wù)集團(tuán)有限公司,遼寧營口 115007)

惰氣系統(tǒng)是防止油氣燃燒、爆炸,保證油輪安全的重要系統(tǒng)。本文結(jié)合實(shí)際,對油輪惰氣系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)介紹。講解了油輪惰氣系統(tǒng)防火防爆的工作原理;船用惰氣系統(tǒng)的組成,最后,根據(jù)船舶規(guī)范要求,提出了惰氣系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)要求。

油輪 安全 惰氣系統(tǒng) 維護(hù)保養(yǎng)

1 惰氣在油輪上的應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，石油已成為生產(chǎn)生活不可或缺的重要能源，而油輪船隊隨著石油需求不斷擴(kuò)大，事故發(fā)生率增加，不僅造成人命財產(chǎn)損失，其海洋污染對人類及生態(tài)的影響更為嚴(yán)重和深遠(yuǎn)！為此油輪的安全防控得到了高度的重視。而惰氣系統(tǒng)正是通過向貨油艙內(nèi)充注惰性氣體以使其中的氧氣濃度低于爆炸極限，從而防止火災(zāi)及爆炸事故，有效保證了油船的安全。主要表現(xiàn)在有以下幾個方面：空油艙惰化；在貨油的卸載作業(yè)期間的正壓保持；排壓載水防止空氣進(jìn)入及正壓保持；原油洗艙和清洗油艙的惰氣供給；油艙驅(qū)氣等其他需要進(jìn)行隔艙和充惰情況。

2 惰氣系統(tǒng)工作原理及操作要求

在油船上通常遇到的烴氣，在含氧量低于11%體積比的大氣環(huán)境中就不能燃燒。防止貨油艙起火或爆炸的方法之一就是保持含氧量低于這一水平。為了減少油艙的空氣含量并由此降低其氧氣含量而使艙氣達(dá)到不可燃狀態(tài)，現(xiàn)代油輪基本都安裝了惰氣系統(tǒng)。惰氣系統(tǒng)是保證油輪安全有效操作的重要設(shè)備。它把固定設(shè)備產(chǎn)生的的惰氣經(jīng)過處理合格后輸送到各個油艙中以降低艙氣的含氧量，從而達(dá)到安全操作目的。

防火防爆原理可由圖2．1(烴/空氣/惰氣混合氣圖)得以說明，該圖以烴氣/空氣的混合比表明烴氣與氧氣之間的關(guān)系。

圖2．1中的橙色區(qū)域?yàn)榭扇?可爆混合氣體區(qū)域，在作業(yè)中應(yīng)盡量避免貨艙中的氣體進(jìn)入這一區(qū)域?？扇枷薅戎狄虿煌瑹N氣純度和不同石油液體所生成的混合氣而變化，通常把原油油氣的可燃下限和可燃上限(LFL和UFL)分別取為1%和10%的體積比。這兩個數(shù)值在上圖中以AB線上的C點(diǎn)和D點(diǎn)表示。圖上任意點(diǎn)都代表在烴氣含量和氧氣含量的限定條件中烴氣、空氣和惰氣的混合氣體。

AB線表示無任何惰氣的烴氣與空氣的混合氣，AB線的傾斜代表氧氣含量隨著烴氣含量的的增加而減少。在AB線左邊的各點(diǎn)越是靠左邊，表示惰氣的比例越大、氧氣含量的百分比越小。隨著惰氣不斷加入到烴氣與空氣的混合氣體中，可燃范圍逐步縮小，直至達(dá)到表示LFL和UFL相匯合的E點(diǎn)。這一點(diǎn)相當(dāng)于約為11%的含氧量。在這樣的含氧量水平，沒有任何烴氣/空氣的混合氣體能發(fā)生燃燒。在實(shí)際應(yīng)用中為了留出安全余地，以8%的含氧量定為任何環(huán)境條件下烴氣/空氣的混合氣體不會燃燒的標(biāo)準(zhǔn)。因此，為了防止含有烴氣/空氣混合氣體的油艙發(fā)生起火或爆炸，就需要產(chǎn)生和供給含氧量通常不超過5%的惰氣用于置換油艙中存在著的空氣，直至最后整個艙的含氧量不超過8%體積比。

經(jīng)過修正的國際海上人命安全公約(SOLAS 1974)要求，任何需要的氣流速率在惰氣總管中輸送含氧量不超過5%體積比的惰氣；除了要油艙除氣外，任何時候都能夠保持貨油艙處于正壓狀態(tài)并且含氧量不超過8%體積比。

圖2.1 烴氣、空氣、惰氣混合氣體-可燃混合氣體圖示

當(dāng)空氣進(jìn)入了惰化混合氣體中，如圖中F點(diǎn)所表示，隨著空氣的逐漸進(jìn)入，惰化混合氣體的成分沿著FA線而移動，于是就進(jìn)入了可燃混合氣體的陰影區(qū)，這意味著在GA線(稀釋臨界線)上方整個范圍內(nèi)的惰化混合氣體在空氣混合的過程中都要經(jīng)過某一個可燃狀態(tài)的階段，例如，在進(jìn)行除氣的作業(yè)中，就存在這樣的過程。在GA線下方，如H點(diǎn)所表示的惰化混合氣體，當(dāng)空氣與它們混合時，都不會具備可燃性。這就表明通過引入額外的惰性氣體，即以驅(qū)氣的方法，可以把F點(diǎn)所代表的那種混合氣處理成H點(diǎn)所代表的另一種混合氣。

3 惰氣系統(tǒng)的組成

3.1 惰氣系統(tǒng)的分類

根據(jù)產(chǎn)生方式和使用方法的不同，惰性氣體系統(tǒng)目前分為兩類，一類氮?dú)馄肯到y(tǒng)，另一類是惰性氣體發(fā)生系統(tǒng)。氮?dú)馄肯到y(tǒng)意即船上裝有氮?dú)馄拷M，船舶靠岸沖裝，量小成本高，一般是小型液貨船使用。惰性氣體發(fā)生系統(tǒng)，即惰性氣體在船上是不斷產(chǎn)生的，而非固定存儲的。根據(jù)產(chǎn)生方式的不同，可以分為煙氣式惰氣產(chǎn)生系統(tǒng)、中空纖維膜氮?dú)庀到y(tǒng)、變壓吸附式氮?dú)庀到y(tǒng)。

3.2 煙氣式惰氣系統(tǒng)

煙氣式惰氣是船用惰氣的主要形式，其產(chǎn)生方式主要由以下三種：

(1)煙氣式惰性氣體系統(tǒng)；煙氣式惰性氣體系統(tǒng)就是利用船上主輔鍋爐的煙氣，經(jīng)過洗滌塔對其冷卻、除硫、除塵。檢驗(yàn)合格的惰性氣體，通過風(fēng)機(jī)經(jīng)甲板水封送至惰氣總管分配到貨油艙中。該系統(tǒng)目前是船上最常用的一種。(2)惰氣發(fā)生器式惰性氣體系統(tǒng)；這種惰性氣體是由獨(dú)立發(fā)生器惰氣裝置提供，它通過在該裝置的燃燒室內(nèi)燃燒一般的輕質(zhì)柴油或重油，產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過冷卻和凈化處理后輸送到油艙。由于該裝置中有一套特殊的燃燒裝置及控制系統(tǒng)，使油燃燒充分，所以產(chǎn)生的惰氣質(zhì)量較高，該系統(tǒng)產(chǎn)生的惰性氣體的含氧量在0．1%以下。這種惰性氣體系統(tǒng)就是我們船上常用的TOPPING UP GENERATOR那種，也常叫做惰氣發(fā)生器。一般在惰氣用量較大時如卸貨等，不用此系統(tǒng)。在惰氣用量小如滿載航行貨油艙需要補(bǔ)氣時，有時用此惰性氣體系統(tǒng)工作。(3)組合式惰性氣體系統(tǒng)；組合式惰性氣體系統(tǒng)既可以作為煙氣惰氣裝置使用，即冷卻凈化煙氣使之變?yōu)楹细竦亩栊詺怏w，也可以作為獨(dú)立發(fā)生器惰氣裝置使用，即在空氣助燃下，燃燒油或燃?xì)猱a(chǎn)生高質(zhì)量的惰氣，還可將柴油機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)排出的廢氣再燃燒，產(chǎn)生合格的惰性氣體。無論何種惰氣來源，所產(chǎn)生的惰氣在送往各貨油艙之前，都必須經(jīng)過用水冷卻和洗滌，以清除其中的煙灰和含硫的酸性物質(zhì)。

3.3 中空纖維膜氮?dú)庀到y(tǒng)

該系統(tǒng)使用空氣為原材料，經(jīng)過空壓機(jī)、冷干機(jī)、以及關(guān)鍵的中空纖維膜組，使氧氣等快氣先滲透掉，后滲透的氮?dú)饧礊樗枰亩铓猓窒扌允堑獨(dú)猱a(chǎn)量小。

3.4 變壓吸附式氮?dú)庀到y(tǒng)

和中空纖維膜氮?dú)庀到y(tǒng)類似，關(guān)鍵的是用變壓吸附塔代替其中的中空纖維膜組，內(nèi)填有碳分子篩，此法噪音比較大，但是可以通過附件純化裝置達(dá)到99．99%的氮?dú)?，局限性是氮?dú)猱a(chǎn)量小。后兩種氮?dú)馐蕉铓庀到y(tǒng)一般不用在在大型的油輪上，有些小型液貨船用此系統(tǒng)。

3.5 煙氣式惰氣系統(tǒng)組成

油船煙氣式惰氣系統(tǒng)可分為惰氣產(chǎn)生、氣體隔離和惰氣分配三部分，每一部分均由多個設(shè)備組成。惰氣產(chǎn)生部分包括取氣閥、洗滌塔、風(fēng)機(jī)和壓力調(diào)節(jié)閥；氣體隔離部分包括甲板水封、止回閥和甲板隔離閥；惰氣分配部分包括：甲板惰氣主管、P/V切斷器、分支管系和入艙閥。實(shí)船應(yīng)用的惰氣系統(tǒng)包含多種不同的類型，油輪上普遍采用的是鍋爐煙氣和惰氣發(fā)生器組合式的惰氣發(fā)生系統(tǒng)。鍋爐煙氣式惰氣發(fā)生系統(tǒng)的設(shè)備眾多，主要包括取氣閥、洗滌塔、惰氣風(fēng)機(jī)、壓力調(diào)節(jié)閥、甲板水封、甲板止回閥、甲板隔離閥、壓力真空閥(P/V閥)、壓力真空破壞器(P/V BREAKER)惰氣桅、氧氣分析儀等，每個設(shè)備、閥件均有自己獨(dú)特的功能，是系統(tǒng)不可或缺的。

4 惰氣系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)要求

4.1 每月應(yīng)安排的系統(tǒng)功能檢查試驗(yàn)

檢查試驗(yàn)應(yīng)涵蓋如下功能：所有警報和脫開效用，煙氣隔離閥的功能效用，遙控及自動控制閥的操作效用，甲板水封及單向止回閥的功能試驗(yàn)，惰氣風(fēng)機(jī)的振動情況，水封前后的氣體漏泄檢查，吹灰的連鎖功能，固定/手提式氧氣分析儀的校驗(yàn)及操作。

4.2 貨油艙氣體置換

通常有三種安排方法來進(jìn)行氣體置換：惰氣上部進(jìn)入上部排出-依據(jù)稀釋原理。惰氣下部進(jìn)入上部排出-依據(jù)稀釋原理。惰氣上部進(jìn)入下部排出-依據(jù)置換和稀釋原理。稀釋和置換方法的主要不同點(diǎn)在于：稀釋法的惰氣進(jìn)艙速度高，而置換法的惰氣進(jìn)艙速度低，經(jīng)驗(yàn)表明置換法的惰氣進(jìn)艙速度如低至250mmwg，效果會很好，因多個艙可被同時進(jìn)行氣體置換。實(shí)際操作中，可采用稀釋+置換的組合方法進(jìn)行艙內(nèi)除氣，效果更佳。氣體置換時有一點(diǎn)很重要，就是在喇叭口應(yīng)是干的，即不能有水。水會阻礙IG的流通，克服的辦法可通過讓喇叭口有點(diǎn)傾斜。多艙一組同時充惰時，從上部進(jìn)入的惰氣應(yīng)保持200-250mmwg的壓力，氣體的排出應(yīng)從底部且最好逐次通過各艙后排至大氣，應(yīng)確保艙內(nèi)含氧量低于8%，含氧量的測量應(yīng)從不同高度處取樣。無論采用何種方法，也不論是進(jìn)行充惰還是驅(qū)氣，至關(guān)重要的是含氧量或者烴氣的測量必須在艙內(nèi)幾個不同高度和水平位置上進(jìn)行以核實(shí)作業(yè)的效率。惰氣和石油氣的混合氣體排出時，與空氣混合時能夠成為可燃?xì)怏w。因此，從油艙排出石油氣時，對所應(yīng)采取的常規(guī)安全措施不得有所松懈和疏忽。

5 結(jié)語

油輪惰氣系統(tǒng)是防止貨油艙內(nèi)可燃?xì)怏w燃燒爆炸，確保安全操作的重要系統(tǒng)。并通過規(guī)范、有計劃的養(yǎng)護(hù)保證惰氣質(zhì)量，從而有效的避免油輪的安全事故。