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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(jié)合規(guī)范規(guī)則的要求和實船設(shè)計經(jīng)驗，闡明其所需的特殊系統(tǒng)設(shè)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(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)和設(shè)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(shè)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(shè)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(guān)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(shè)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(shè)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(shè)置的壓力傳感器，可在貨控室調(diào)整壓力設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)定端，0.06 MPa的壓力設(shè)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(shè)計壓力小于0.06 MPa表壓力時應設(shè)置冷卻系統(tǒng)。對于環(huán)氧丙烷液貨艙的結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)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(shè)備需為防爆型。冷卻器浸沒在液貨艙中，冷卻器端部設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(guān)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(shè)備完成。

38 000 t級化學品船采用帶關(guān)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(guān)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(guān)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(jié)論

建議化學品船舶設(shè)計工作者除了常規(guī)系統(tǒng)設(shè)計外，還需要關(guān)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(shè)計實際化學品船項目時，能夠在技術(shù)上走在前面，提前做好技術(shù)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(shè)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(shù)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(shè)計[J].船舶設(shè)計通訊,2016(2):60-62.

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