船用甲醇罐设计

第15卷第8期中国水运No 82015年8月China Water TransportAugust 2015船用甲醇罐设计金库,刘久军,吴庆(中船重工(武汉)船舶与海洋工程装备设计有限公司,湖北武汉430060)摘要:结合某型深远海工作船甲醇罐开发设计情况,阐述了船用甲醇罐强度计算模式、甲醇卸载与安全防护系统设计,对后续同类型船舶的船用甲醇罐设计及布置提供了指导。关键词:船舶;甲醇罐;甲醇系统中图分类号:TQ223.121文献标识码:A文章编号:1006-7973(2015)08-001504随着海洋资源的开发与利用以及国家的深海发展战略引2.甲醇系统的要求导,深海钻井作业的活动还渐增多,为保证深海钻井作业安(1)甲醇的装载由岸上的装货设施完成,甲醇的卸载由全进行,甲醇作为作业过程中不可或缺的水合物抑制剂,在船上配备的甲醇泵完成。海工行业的需求也越来越多。这就对深远海工作船的设计提(2)甲醇罐通道与甲醇罐里需配备惰性气体保护系统出了配备甲醇装载运输系统的要求。由于甲醇易燃易爆(闪(3)甲醇罐透气系统采用高速排气方式,装备高速透气点12℃),属于有毒有害液体物质,在进行甲醇装载运输系阀统设计时其安全性是考虑的重点,而且船舶行业规范规则对(4)甲醇罐透气管应联至惰性气体系统。其要求也更加严格。(5)甲醇罐采用雷达式遥控测深。由于目前国内现有近海供应船大多未设置专用甲醇罐,(6)甲醇装载管系与船上钻井压载水系统连接对这一领域的研究不多,因此需要进行开发设计。在进行设(7)甲醇罐液货舱区配备消防安全系统。计时,以化学品运输船舶相关规范作为设计依据,但是也考(8)装卸管路均采用不锈钢材料,管路采用焊接形式连虑到深远海工作船运输的甲醇数量有限这一实际情况。我们接在船上设置一个罐体,给其配备相关的系统,同时与船舶的(9)在泵、阀和管路上,应设有区别标记,以识别它们结构和自有系统设计相结合,满足船东和船级社的要求。本的用途和它们所服务的舱。文结合某型深远海工作船船用甲醇罐的实船设计,对船用甲二、甲醇罐罐体设计醇罐的设计进行总结归纳。1.罐体舾装设计甲醇罐设计原则由于甲醇罐体积大,且属于危险品舱室,所以在布置时1.甲醇罐罐体的要求我们考虑到安全性,将其置于船舶主甲板下一个方形的减摇(1)甲醇罐采用不锈钢材质制作(船东要求)水舱之中。在主甲板上与甲醇罐之间设置通道,通道做成围(2)甲醇罐周围都设有隔离舱保护井式结构,该通道顶部(主甲板上)和底部(甲醇罐顶部)(3)甲醇罐可作为压载舱并注入压载水都设有一个净开口大小为600×800mm人孔盖,人孔盖下(4)从开敞甲板至甲醇罐需设置2个通道配直梯到达甲醇罐底部,直梯宽度应不小于400mm。对于(5)甲醇罐一端设一个深井平台供应船而言,我们设置通道时不应与主甲板载货区域重(6)甲醇罐内部设置防浪挡板叠,所以在靠近甲醇罐两端,各设一个通道出入口,与船舶表1甲醇罐设计要求主甲板两侧通道交汇,如图1所示技术要求互连道设备容积大于70立方米主壳体材质工作压力内压0.1MPa外压0O6MP0-5C存储介质设备安装形式设备外形尺寸o2 2X2)m罐体舾装设计收稿日期:2015-06-21中国煤化工作者简介:金库(1988-),男,汉族,学士学位,工程师,中船重工CNMHG计有限公司,研究方向为船体设计。基金项目:国家发改委2013年海工装备研发及产业化项目资助。中国水运第15卷在甲醇罐内部,沿长度方向每隔2m设置一个防浪挡板减缓甲醇在罐内的晃荡,但该设置不会影响装卸甲醇时甲醇M.=21+k)E2416+N.m在罐体内部的流动性。为便于甲醇泵将甲醇抽离甲醇罐,需在甲醇罐一端设置一个深井圆筒支座处横截面弯矩我们把甲醇罐设计为成套设备,所以在其罐体上还应该配备不锈钢的人孔盖、直梯、甲醇泵基座、甲醇加载口/卸载口、2AL-=103e+08N·mm传感器法兰座、透气口、惰性气体加注口等与甲醇系统配套的接口,且均因采用不锈钢材质。这些接囗的位置都设置在左右由此可得最危险截面为中间界截面。根据圆筒材料,可舷围井区域内,可有效减小货物区域的范围,同时也便于检修查得材料甲醇罐制作完成后其不锈钢表面需酸洗钝化处理。设计温度下许用压缩应力[L=8032MPa,2.罐体结构强度设计工作状态中间截面处轴向应力甲醇罐为卧式罐体,主体为圆筒,端部采用平盖形式封头,设置双鞍马座与船体基座间用焊接形式,圆筒材料采用0mRo。40.5MPaP=0.06MPa,可得筒体厚度满足要求。对于=P+6-12mNm2<=1003MPa,合格外压情况其他参数的校核,考虑到其校核过程、结果与内压校核情况一致,再次就不做进一步阐述。4)封头计算厚度三、甲醇罐隔离舱室设计为了保护保护船舶和周围环境,船舶的危险品液货舱应+C+C2=117mm<,加以保护,以防船舶与例如码头或拖船接触后产生较小破损合格,其中平盖封头当量直径d=520mmo而引起滲漏聊垃垬齒以止船舶碰撞或触礁而中国煤化工甲醇罐的隔离舱。5)筒体轴向应力计算引起破损支座反力F=mg=41315N,可求得圆筒中间处截面弯矩此隔离舱的CNMH⑧,又对甲醇罐进行了有效隔离,大大减小货物区域范围,有利于船舶的总布置。第8期金库等:船用甲醇罐设计由于此隔离舱也属于货物区域,因此该隔离舱在开敞甲板(主760mm,距离上层建筑或甲板室的外侧为3~5m。装卸站甲板)设有2个人孔,人孔大小600*800mm,且两个人孔应配有400L收集盘。应尽量远离,如图1所示对于甲醇罐加载/卸载系统,与船上系统的交集如下在设置隔离舱的压载水的管路时,管路上配有隔离阀,1)全船日用空气系统用于在泵油开始前和结束后检查泵止回阀,并设单独喷射泵用于清空隔离舱内压载水,在左右的轴封状态以及用于扫舱目的(6-7bar);舷舱底均设有吸口。喷射泵驱动水来自船舶消防/甲板清洗系2)船上淡水冷却水系统用于冷却液压动力单元统。在隔离舱中设计与甲醇罐鞍马座匹配的船体基座,甲板3)钻井水/压载水系统接入加载管路用于加注压载水反面做相应的结构加强。4)船舶监控系统对于该系统的实时监控四、甲醇罐甲醇系统设计2.甲醇罐惰性保护气体系统设计1.甲醇罐加載/卸载系统设计为避免发生危险,我们应该对甲醇罐内的蒸气空间以及在甲醇罐深井中配备甲醇泵用于甲醇的卸载,出于安全进出甲醇罐的围井通道进行大气控制,一般有惰化法、隔绝性考虑,甲醇泵采用液压驱动。甲醇泵液压系统主要由甲醇法、干燥法、通风法四种方式。我们采用惰化法,利用氮气泵、液压动力单元、液压油存储/泄放柜、液压油驳运单元、充入上述保护区域中,以维持状态。该保护系统主要由氮气遥控阀组,如图2所示。甲醇泵顶部(在主甲板上)安装有瓶组、减压阀组以及相应的管系组成如图3所示。遥控控制阀,无极调速,而且在泵侧也可以就地控制泵排量。氮气瓶组可通过岸基气源加载氮气,但船上应携带足够甲醇泵顶部还应设一套扫舱装置,以使得在泵甲醇结束后再的氮气以满足对甲醇进行装卸与航行途中的正常损耗。为方货舱内的残液量最少。甲醇泵规格选为:75m3/h-9bar。液便以后使用,也可以在船上设置制氮机为该系统提供氮气。压动力单元主要包括液压油膨胀箱、电驱动液压单元、保压氮气瓶组通过减压阀组减压使输出的氮气维持0012MPa的泵、液压油冷却器、温控阀、液压油滤器、压力/流量自动控表压力。保护系统不得使甲醇罐内的压力升高到超过甲醇罐制系统、压力控制组件。液压油存储/泄放柜注入头用管路引的释放阀调整压力。至主甲板以便加注,同时该油柜设置泄放管连接至船上污滑惰性保护气体系统也可预留接入甲醇加注管路的接口,油舱。液压油驳运单元用于液压油的注入、放气及泄放,此用于检查泵的轴封状态以及扫舱,可以在此处替代全船日用外其还可作为保压泵的备用泵。遥控阀组通过设置的甲醇泵空气系统。但是在接入管路上应设置气动蝶阀与双联盲板法控制面板与液压系统控制面板控制,在甲醇泵控制面板可以兰。对甲醇泵进行排量的无极调控以液压系统压力显示,液压系甲那管系原理图左教走道通气管统控制面板则具有故障声光报警信号、运行指示、液压动力泵控制按钮、油温油压显示等功能,这些报警与指示信号都石爱逢气管以上至少3m右动逐气晋尔载/即裁可以通过船舶监控系统的驾驶室电脑实现监控,在遥控模式连管时液压泵站可以通过电脑实现启停并在驾驶室通过操纵杆控岸基性气通按开/压载水系制甲醇泵流量。为提高船舶自动化水平,也可将上述控制面板的全部功能引入电脑界面,取消实物的控制面板。出于甲醇罐的压载工况与洗舱考虑,我们将压载水的注入管路从主甲板上连至甲醇注入管。为避免甲醇残液混合至其他系统,在该管路上设有止回阀,并设一小段可拆短管,并在该短管两端都设盲板法兰。甲醇舱的泄放管路兼用做压载水的排出管路。接淡水斗却水系图3甲醇管系原理图3.甲醇罐透气系统设计液压幼力我们需要给甲醇罐及其围井通道均应设置透气管,在透气管顶部设置高速透气阀(压力真空阀),右舷做相同处理,通控两组该透气系统应该与惰性保护气体系统管路连接,如图3所示。再2/在装载甲醇时甲醇罐内部压力增加,压力增大至压力阀开启压力时(设定为中国煤化工本;在卸载甲醇时茂滑油甲醇罐内部压CNMHG气体系统释放氮图2甲醇液压系统图气补压,如发生氮气不足,压力减小至真空阀开启压力(设甲醇装卸站应设置在开敞甲板区域,距船舷内侧至少定为-0.007MPa),甲醇罐会吸入大气。(下转第20页)中国水运第15卷后,检查脱脂结果后,再进行冲刷进行内外表质量质量检查,合格产品使用三防布包装保护后,第一次高压水冲洗:脱脂完成要用高压水枪冲刷管件,送至现场施工部门。对脱脂液进行初步清洁。脱脂水槽、酸洗钝化槽与钝化后的在施工之前应再次对钢管、附件等进行质检,检查清洁清洗槽应尽量分开,避免溶液相混。水冲刷流量不应太小,度与有无损伤,如果发现问题,因即使送回原部门进行调换否则只能冲洗直管件,对弯管清洁效果很差。或返工,以免延误舾装进度,安装时应采用无应力安装严禁第一次清水浸泡:在管件表面被初步冲刷完成后,在清使用工具进行强制安装。在穿越结构分段,如横梁,舱壁等水槽中进行浸泡清洗,清除表面的碱性残留物及其他污物,时,应加强防火与填充材料的补充。要求清洗水的PH值为中性。清水槽相对管件需要足够大六、结束语保持清水的流动,并适时翻动管件,同时记录浸泡时间,测不锈钢管施工工艺是50500化学品船的核心工艺,其施量PH值,浸泡后清水的pH值理论上应为弱碱性工质量的好坏直接影响到后期船舶运营时的安全性。在目前酸洗钝化:酸洗钝化需一步完成,在20-80℃下浸泡船舶市场整体利润低竞争激烈的大背景下,做好高技术附1-24h需要根据实测温度,利用加热设备,对酸洗钝化液加值船舶的建造技术储备,是同国际同行竞争,打开国际市进行加热,大管件必须一次浸泡完成,如分两次或多次浸泡,场的重要铺垫。可能存在死角。保证测量池内pH值得频率,根据液体溶度参考文献及时增补新原液,并记录管件浸泡时间]张佳宁·当代化学品船发展綜述叨船舶工程,2003在完成以上工序后,进行第二次高压水冲洗,对存留在管件表面的残留溶液进行清洗,同脱脂后的清洗方法,先用凹2]韩海林,孙莉,300化学品船设计叨江苏船舶,209高压水枪冲刷,里外多次冲洗,并保证内部的水要顺利的流05:10-13.出来。在管件表面被初步冲刷完成后,在清水槽中进行第二(3]齐晓娟,谢文军,曲广善、奥氏体不锈钢的焊接特点及焊次清水浸泡清洗,排出并反复漂洗,将表面的酸性残留物以接程序认可试验船海工程,2008,02:24-27及其他污物彻底潸除,以满足经过冲洗后的废水与冲洗供水[4宋毓暎,高盛平,耿小冬,等.不锈钢船用焊接技术及焊之间的pH相差在5%以内此外,冲洗供水不应为普通用水,接材料机械工人(热加工),2007,02:30-33.必须是脱离子水。S]王智祥,王正伦,张鑫.船用双相不锈钢焊接结构疲劳性彻底清洁后的管件,晒干后,质量检查员应对每根管子能研究叨船舶力学,2012,05:573-579(上接第17页)船舶上配备2套专为探测甲醇蒸气而设计并经校准的高速透气阀的位置布置应满足以下基本条件:首先,在仪器,如果这种仪器不能测试毒性和可燃二者浓度的,则应露天甲板上的高度不小于3m,还应离开含有火源的围壁处分别配备2套独立的仪器。为保护从事装卸货操作的船员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船上配置4套防化服。在甲板上方便的地方,设置有合适标和设备的水平距离不小于10m,高速透气阀中压力阀出口流志的能消除污染的淋浴和眼冲洗设备,对这些设备应在所有速大于30m/s;其次,离开起居、服务和机器处所的空气进环境条件下均能予以使用。口或开口及着火源的最近水平距离至少为10m。高速透气阀五、小结还需设有防止火焰进入甲醇罐的装置,对该装置的设计、试本文通过对某型深远海工作船船用甲醇罐设计进行分验和安装应符合主管机关的要求,该要求至少应包括由国际析,阐述了船用甲醇罐罐体设计、隔离舱室设计以及甲醇装海事组织通过的标准载、惰化保护、透气、消防安全系统设计等方面内容,对以甲醇罐消防安全系统设计后类似船舶进行甲醇罐相关的报价设计、送审设计提供方案船舶为甲醇罐装设固定甲板泡沫系统,设2台泡沫炮,参考,也可为国内相关配套厂家进行成套设备研制时提供技主甲板上左右航各一台,每台排量不低于1,250L/min,射术参考,对船用甲醇罐的产业化发展具有推动作用。程为22m。船上设一个抗乙醇泡沫舱,容积约4m3。用钻井参考文献/压载/消防泵兼用泡沫泵,通过比例混合器,将海水和泡沫「1]中国船级社。中国船级社钢质海船入级规范[S].北京:人混合后输送至泡沫炮。还应配置5具泡沫喷枪,每具泡沫枪民交通出版社,2012的排量应不小于400L/min,且在静空气中的射程应不小于[2]中国船级社.散装运输危险化学品船舶构造与设备规范15m。泡沫总管出口的数量和布置应能使至少从两具泡沫枪S].北京:人民交通出版社,200喷出的泡沫直接射至甲醇罐甲板区域的任何部位。我们将消3]范钦珊,殷雅俊,唐靖林.材料力学ⅣM.北京:清华大防总管设计为甲板泡沫系统的组成部分,在泡沫炮前方的消学出版社中国煤化工防总管上设置截止阀,以隔断消防总管的破损管段。在主甲14]李松晶CNMHG例[M北京板上甲醇罐区域还应设置2件9L的手提式泡沫灭火器。化学工业出版社,2012