载运危险货物船舶的舱底水系统设计

王 萍，赵玮颉

（中船重工船舶设计研究中心有限公司设计部，辽宁大连 116001）

载运危险货物船舶的舱底水系统设计

王 萍，赵玮颉

（中船重工船舶设计研究中心有限公司设计部，辽宁大连 116001）

以某两条多用途船舶为例，介绍了船舶载运危险货物对舱底水系统设计的特殊要求，分析了舱底泵排量计算的设计要点，探讨了舱底泵、阀件及其管路的布置方法，总结提出了一些注意事项，以期为今后载运危险货物船舶的舱底水系统设计提供参考。

危险货物；舱底水；舱底泵排量；管路布置

0 引言

舱底水系统是重要的保船系统，在船舶正常航行时，对水密舱室内生成的舱底水能有效排除；在应急情况下，对水密舱室在有限进水情况下也能进行有效的排水[1]。货船常规的舱底水系统设计包括舱底水管路布置方式、管径的确定、舱底水管的壁厚要求、机器处所支吸口和直通舱底泵的吸口位置和数量、货舱吸口的位置和数量、应急吸口的位置，以及其他处所，包括管隧、轴遂、首部干舱和锚链舱的排水要求等，已经有一套成熟的设计方法，按照相应规范和规则的要求和经验公式，逐项进行计算和选取即可。

有些货船有时会要求在某一指定的货舱内载运危险货物，例如多用途船，这种情况下可将货物放在甲板上的集装箱内，或尽量将危险货物装在离机舱前壁之前3米之外的货舱内[2]。设计舱底水系统时，应充分考虑到防止由于误操作而使危险货物进入安全区域。本文所要讨论的是除了常规舱底水系统设计中，各项参数通过计算已经确定外，由于危险货物的载运，对舱底水系统设计的特殊要求，机器处所的舱底泵和危险区域专用舱底泵的设计要点，以及需要注意的地方。

1 危险货物的等级划分

危险货物是指“国际海运危险货物运送规则”（IMDG Code）中所涵盖的物质及材料。它在运输的过程中有可能对人员、动物及环境造成不利的影响。因此国际海事组织出台了有关法令，对危险货物的装运制定了一系列的要求，尽可能地加强危险货物的运输安全，以保护人员安全及环境安全[3]。

危险货物的形式很广泛，包括包装或散装固体危险货物，散装危险化学品货物，液化气等。本文所说的危险货物，是指载运包装或散装固体危险货物的船舶舱底水系统设计。

危险货物分为以下9类：

1类：爆炸物；

2类：气体；

3类：易燃液体；

4类：易燃固体；

5类：氧化物和有机过氧化物；

6类：有毒和传染性的物质；

7类：放射性的物质；

8类：腐蚀性的物质；

9类：杂类危险货品；

每一类具体还分为几小类，在此不详细赘述。

2 对船舶舱底水系统设计的特殊要求

在船舶设计初期，应和船东商定拟装危险货物的清单，根据清单查找相关规范规则，分析其对船舶布置、结构和设备的影响，确定设计方案。包装或散装固体危险货物装运对船舶舱底水系统设计主要有以下特殊要求：

1）应设有固定式喷雾器设备或用水浸入货物处所的设备，以使指定甲板下的货物处所按货物处所水平区域面积每平方米至少5L/min的水量得到有效冷却。所要求的总供水量按最大的指定货物处所同时计算。

2）排水系统的尺度所达到的排量应不低于水雾系统泵和所要求数量（4具）的消防水枪的组合容量的125%。排水系统的阀门应能从所保护位置的外部靠近灭火系统控制装置的位置进行操作。

3）如果在围蔽货物处所内载运易燃或有毒液体，舱底泵系统的设计应能防止由于疏忽而将这种液体输往机器处所的可能。

4）如果舱底排放系统是机器处所内舱底泵系统的附加系统，则对于所服务的每个货物处所，该系统的排量不得小于 10m3/h。如果附加系统是公用的，则其排量不必超过25m3/h。

5）只要载运易燃或有毒液体，通往机器处所的舱底泵管路就应安装盲板法兰或可锁的封闭阀门予以隔离。

6）污水井应具有足够的容量，并应布置在船侧，其在每一水密舱内相互间的距离不得超过40m[4]。

3 舱底水系统的设计要点

3.1 机器处所内舱底泵排量的确定

以为瑞士某船东设计的17000吨多用途船舶为例，探讨舱底水系统的设计。在这条船上，1号货舱和甲板上装载危险等级为1、2、3、4.1、4.2、4.3、5.1、5.2、6.1、8和9类的危险品；在2号和3号货舱内装载危险等级为2、3.3、4.1、4.2、4.3、5.1、5.2、6.1（固体）和9类的危险品。

通常，每一舱底泵的排量应小于按下式计算之值：

式中，d为舱底水总管内径。按下述公式计算：

式中，L是船长；B是船宽；D是型深。以实船参数带入公式，L=134m，B=22.8m，D=13.35m，得到：

但是由于在1号货舱内载运了1类危险品，按照规则的要求，需要配备固定喷淋（或水系统）有效冷却货舱，并设置相应的排水系统。需要配备的货舱喷淋泵的容量为：

式中，m代表每平方米至少5 l/min的水量，S1为指定甲板下货物处所水平区域面积之和529m2。

则Q1=158.7（m3/h）。

排水系统的尺度所达到的排量应不低于水雾系统泵和所要求数量的消防水枪的组合容量的125%。所以，机器处所内舱底水泵的总容量至少应为：

此处50表示4个消防水枪水量总和，按惯例，通常每个消防水枪的容量是12.5m3/h。

按照各船级社的要求，船长大于91.5m的船舶，需要配备2台独立动力泵做为舱底泵，则每台舱底泵的排量至少是131m3/h。

此处需要特别注意的是，所要求的总供水量按最大的指定货物处所同时计算。多用途船货舱内通常设有中间甲板，舱盖为吊离式，中间甲板上面和下面可同时载运货物，这种布置可以载运不同种类的危险货物。水雾喷淋管布置在主甲板舱口盖下和中间甲板舱口盖下，这样在计算供水量时，货物处所水平区域的面积，应是主甲板下面积和中间甲板下面积之和，这一点非常重要，它直接决定了供水泵的排量确定，直至影响到舱底泵的排量确定。

以为德国某船东设计的19000吨多用途船为例，本船在设计初期，按照规格书的要求，3号货舱也装有1类危险品，3号货舱是容量最大的货舱，主甲板下面水平区域面积是945m2，中间甲板下面也是945m2，总面积就是1890m2，需要的供水量就是:

舱底泵的总容量是:

正常只需要128×2=256（m3/h），按照船长148m，船宽23.4m，型深13.5m计算所得。

对于这种万吨级的船舶来说，供水泵和舱底泵的排量是比较大的，需要的电机功率也大，泵的外形尺寸也非常大，安装、维护都不方便，而且使用效率低，不经济。船东看了给出的计算和结果，听了详细分析，主动取消了在3号货舱载运1类危险货物的要求，为船厂节省了人力、物力和财力，降低了造船成本。

3.2 舱底水系统附加系统的配置

如果拟在围蔽货物处所内载运大量易燃或有毒液体，应考虑为这些处所配备附加的排放装置。比较好的解决方法就是为这些处所配备独立的舱底泵。

按照危险货物的等级分类，3类是易燃液体，6类是有毒液体，本条船上2号和3号货舱虽然装载这类物质，但细分之下，3.3类液体的闪点小于23℃，不属于易燃液体；6.1类（固体）不属于有毒液体，因此，2号和3号货舱不需要考虑配备附加的排放装置。1号货舱标明装运3类、6.1类物质，没有上述的闪点和固体的具体要求，所以必须考虑设置独立的舱底泵，作为机舱舱底泵的附加系统。按照规定，对于所服务的每个货物处所，该系统的排量不得小于10m3/h。喷射泵由于结构简单，工作可靠，维护方便，能产生一定的真空，具有自吸能力，可以抽送污浊或含有杂质的液体等特点[5]，最终选用1台容量为10m3/h的喷射泵，作为1号货舱的专用舱底泵，专门用于载运易燃和有毒液体货物时舱底水的排出。

3.3 喷射泵及其阀件的设计选用

按照要求，如果附加系统是公用的，则其排量不必超过25m3/h，附加舱底系统的布置不需要冗余。是以19000吨船为例，这条船是在2号和3号货舱载运了易燃和有毒液体，为了降低造船成本，最初为这2个货舱共配备了1台舱底水喷射泵，排量为25m3/h，喷射泵布置在管隧里，在3号舱的尾部，靠近机舱。自消防系统的驱动水通过1个手动截止阀控制，布置在机舱侧，喷射泵进口处设置1个手动截止阀，带小轴传动装置，也能在机舱侧控制，喷射泵出口也设置1个手动截止阀，带限位开关，常开状态，进口阀和出口阀都布置在管隧里，排舷外阀设置1个遥控阀，浸没在压载舱内，可在货物办公室遥控操作，见图1。

但是船东不接受这个方案，他们坚持每个货舱配备1个喷射泵，并要求喷射泵的进、出口阀是遥控的。见图2。

船东认为在管隧里，阀的操作和维护困难，小轴传动装置不可靠。通过与船厂沟通，同意了船东的方案，并改进了船东的方案，因为左右舷2个污水井同时被抽水，容易造成喷射泵吸入空气，损害喷射泵。而且，出口阀和舷外阀都是遥控阀，不仅增加成本，还容易误操作，影响舱底水的排出，不如把舷外阀改为手动阀，常开状态，在甲板上通过小轴传动装置控制。最终船东接受了这个修改，并加价把小轴传动装置改为手动液压油泵控制。见图3。

从最终的设计和最初的设计比较，增加了1个喷射泵，9个阀件，增加了造船成本。船级社对最初的设计并没有异议，是认可的。经常地，船厂要尽可能地降低造船成本，船东要满足自己的使用要求，设计人员就需要在设计中多动脑筋，在保证满足规范，满足规格书的基础上，平衡好船东和船厂之间的关系，尽量让双方都达到满意，这也是设计人员的责任。

图1 货舱舱底水系统（送审船东前）

图2 货舱舱底水系统（船东方案）

图3 货舱舱底水系统（完工图）

3.4 舱底水系统管路的布置

通常，管路的布置不仅仅是轮机管系设计者孤立地考虑问题，它需要和总体、船体结构等专业沟通协商。以17000吨多用途为例，见图4。

1号货舱舱底水喷射泵布置在1号货舱和2号货舱之间的空舱内，按最初的燃油舱结构和1号货舱污水井的位置来看，喷射泵舱底水的吸入管路需要穿过燃油舱才能进入到空舱内，虽然船级社原则上允许这样布置，只要穿过燃油舱的舱底水管的壁厚满足规范的壁厚要求。但一旦舱底水泄漏到燃油舱内，对于船东来说就是灾难性的伤害。总体专业提出在船长方向留出1个肋位的距离布置舱底水管路，但这样燃油舱的容积就缩小了，经济效益下降了。同时也考虑管路先向船舷经过边压载舱，再向下进入到底压载舱，从底压载舱进入到空舱内，连接到喷射泵的进口，见图5云线处。

但这样做管路弯头太多，阻力大，喷射泵的吸高不够，还要穿过多个水密舱壁，施工困难。最终与结构专业沟通，在已经送审的图纸上修改，沿船舶横向位置加大污水井的容积，让舱底水管路绕过燃油舱，直接进入到空舱内进行布置。见图5.虽然造成了设计周期的延误，但对于船厂在后期施工，船东在操作和维护上提供了便利。

图4 舱底水系统管路布置图（送审版）

图5 舱底水系统管路布置图（完工版）

4 其它需要注意和改进的地方

1）舱底泵排量Q的计算，LR和GL规范中，Q=5.75×d2×10-3（m3/h）。

而CCS和ABS规范中，Q=5.66×d2×10-3（m3/h）[6]

2）因为载运易燃和有毒液体，在通往机舱的舱底水管路上，机舱处应设有带锁的截止止回阀，并设置警告牌。

3）即使载运危险货物，每个货舱污水井内，只设置1个吸口即可，没有必要设置2个，增加造船成本。

4）因为载运1类危险货物而需要的舱底泵排量计算结果，是指总排量，包括货舱区域内喷射泵的排量，不是单个舱底泵的排量。

5）喷射泵的驱动水阀（自消防系统水管）必须在开敞甲板上操作，或者将其布置在开敞甲板上易于接近的地方。

6）布置在空舱内的喷射泵的舱底水吸入阀，如果不是遥控阀，应布置在易于接近的地方，并且进入这个空间不需要使用工具而进入。

7）排舷外的短管因为浸没在压载舱内，壁厚不仅采用加厚管，GL规范还要求此管是II级管，提供船级社认可证书。

5 结束语

本文以已经交付使用的两条多用途船舶为例，详细分析了载运危险货物船舶舱底水系统的设计要点，舱底泵及附加排水系统喷射泵的排量确定；探讨了排水系统在危险区域内的布置方式；并总结了舱底水系统设计需要注意的地方，希望为今后类似载运危险货物船舶的舱底水系统设计有所借鉴和帮助。

[1]黄恒祥等.船舶设计实用手册（第3版）轮机分册[M].北京:国防工业出版社,2013.

[2]杨葆和,等.船舶设计实用手册（第3版）总体分册[M].北京:国防工业出版社,2013.

[3]邓凌.危险货物的装运对船舶设计的影响[J].船舶设计通讯,2012,131(增刊):69.

[4]国际海事组织.国际海上人命安全公约综合文本[Z].北京:人民交通出版社,2009.

[5]朱德书,彭子通,彭东升.船舶辅助机械[M].北京:国防工业出版社,1988.

[6]王昆,苏旭.2014中国大连国际海事论坛论文集[D].大连:大连海事大学出版社,2014.

Discussion on Design of Bilge System of Ships Carrying Dangerous Goods

WANG Ping,ZHAO Wei-jie
(Design Department of China Ship Design & Research Center Co.,Ltd.,Dalian 116001,China)

Taking two multi-purpose vessels for instance,the paper introduces the special requirements of ship bilge system design due to carriage of dangerous goods.The design points of the capacity calculation of bilge pumps are analyzed and the arrangement methods of bilge pumps,valves and pipes are discussed.The matters that need to be paid attention to are proposed,which provide some reference to the design of bilge system of ships carrying dangerous goods.

dangerous goods; bilge water; bilge pumps capacity; piping arrangement

U66

A

10.16443/j.cnki.31-1420.2015.05.008

王萍（1969-），女，高级工程师，长期从事船舶轮机及管系专业详细设计工作。