阿芙拉型油船航行中油气回收系统研究

2018-09-12豆庆民

船舶标准化工程师 2018年3期

豆庆民，曲波

（大连中远海运重工有限公司，辽宁大连 116113）

0 引言

通常，在运输原油的油船中，原油蒸汽压力超过油舱许用压力，油气挥发气即通过安全阀放入大气。油气挥发气中含有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等碳氢化合物[1]。甲烷比空气轻，会漂浮到大气中，形成温室效应。其他气体比空气重，会与空气中的NOX反应形成烟雾。这些烟雾对动植物均会产生不同程度的危害，有些碳氢化合物，如苯、甲苯等还可能引起白血病[2]。

据测量和分析显示，航行在热带海域的油船每星期排入大气的油气挥发气约为货油总量的0.085%，以113 300 DWT原油运输船计算，从中国到澳大利亚需航行约14天，则整个航次排放到大气中的挥发气量约为200 t，这对环境是一个巨大的污染。对船东来说，也是一个不可忽略的经济损失。如何有效减少航行中油气挥发气量，从而最大限度减少环境污染，增加船东收益，已经是一个不可不考虑的问题[3]。

大连中远海运重工113 300 DWT原油运输船是世界知名船东Chandris在国内建造的首艘原油船，本项目配备了瓦锡兰最新研发的航行中油气回收系统，本文以此项目为背景，探讨航行中货油油气回收系统的设计要义。

1 项目简介

大连中远海运重工113 300 DWT原油运输船是一艘单机单桨、低速主机配备定距桨推进、运输闭杯闪点不大于60℃油品的原油运输船。该船按LR现行规范规则设计、建造，并受之检验，取得相应船级符号[4]。

全船设6对货油舱和1对污油舱，机舱和货舱区域之前设有货泵间，货泵间底层设有3台货油泵，3台货油泵采用传统的、由位于机舱内的3台蒸汽透平通过万向联轴节驱动，整个货油系统的设计能够确保该船可以同时装载或卸载3种不同的油品[5]。

该船的主尺度参数见表1。

表1 主尺度参数

2 回收系统设计概述

该船航行中货油油气回收系统有2个主要模式。

图1 113 300 DWT原油运输船总图

1）真空扫舱模式。当卸货末期，货舱中的液位越来越低，为防止货油泵吸入气体造成损坏，在货油泵前设置1个油气分离器，利用水环式真空泵将油气分离器中的气体抽走，通过在油气分离器顶部制造真空来保持罐中的液位高度，确保气体不会被吸入货油泵。

2）航行中油气回收模式。航行过程中，为减少向大气排放的货油挥发气量，将货舱顶部产生的过量挥发气通过真空泵回注至货舱底部，使货油挥发气再次溶解到货油中。

其流程图如图2所示。

3 回收系统主要设备

3.1 真空泵

本项目配备2台电机驱动的水环式真空泵，均安装在机舱和泵舱之间的气密舱壁上，真空泵本体位于泵舱内的危险区域，而驱动电机则布置在机舱内的安全区域。真空泵性能参数见表2。

该真空泵有2种使用工况，分别是真空扫舱工况和航行中油气回收工况。真空扫舱工况时，真空泵用于将油气分离器顶部的气体抽走，并排至污油舱中；通过在油气分离器顶部制造真空来保持罐中的液位高度，从而提高货油泵扫舱效率。航行中油气回收工况时，真空泵用于将货舱顶部产生的货油挥发气回注至货舱底部，以便使挥发气在上升过程中被货油冷却并重新液化，从而降低舱压，有效减少排放至大气的挥发气量。

表2 真空泵主要性能参数表

3.2 油气分离器

油气分离器安装在货油泵吸入端，材质为碳钢，内涂环氧漆，容积约1.8 m3，罐体上装有浮球阀、液位传感器和单向阀等，该罐用于将气体从货油中分离出来，确保气体不会被吸入货油泵。当罐内液位过高时，顶部的浮球阀自动关闭，防止液体被吸入真空泵中，当罐内液位降低时，浮球阀打开，利用真空泵将灌顶气体抽走。

图2 航行中货油油气回收系统流程图

3.3 泄放柜

泄放柜（图3）安装在泵舱中，材质为碳钢，内涂焦油环氧漆，容积约1.0 m3，柜体上装有液位传感器、蒸汽加热管等。当真空泵输送油气的过程中，部分油气会在输送过程中再次凝结，汇入密封水中，使真空泵中的密封水液位逐渐升高，为保证真空泵正常工作，需将多余的密封水泄放到泄放柜中。真空泵与泄放柜之间安装了一个浮球溢流阀，确保多余的密封水自动泄放到泄放柜中。泄放柜中安装有液位传感器，当液位高时会发出高位报警，船员听到报警后，可用扫舱泵将柜中的泄放水泵送至污油舱中。

3.4 气液混合器

图3 泄放柜外形图

图4 气液混合器结构图（面板详图）

气液混合器（图4）安装在指定货舱货油吸入管吸入口的上部，材质为碳钢。气液混合器由对称的2部分组成，面板上均匀布置着许多小孔，当油气回收时，真空泵将货舱顶部产生的货油挥发气通过货油吸入口回注至货舱底部，货油挥发气穿过气液混合器时，被气液混合器上的小孔分解成细小的气泡，从而增加挥发气与货油的接触面积，提高挥发气再液化的效率。

4 航行中油气回收系统模式介绍

4.1 真空扫舱模式

卸货过程中，当货油舱内液位越来越低时，货油泵有可能吸入空气，为保证货油泵正常工作，通常在货舱内液位剩余2 m～4 m时，将系统切换至真空扫舱模式。此时，由于货舱液位仍然较高，油气分离器中充满液货，其上部的浮球阀保持关闭状态。当系统切换至真空扫舱模式时，真空泵将处于备用状态，V1、V2阀将自动开启，V3、V4、V5、V6、V7自动关闭，此时真空泵会根据吸入管中的真空度（PT1）自动启停，当真空度小于-0.03 MPa时自动启动，当真空度大于-0.07 MPa时自动停止。

随着货舱中的液位逐渐降低，油气分离器顶部开始积聚气体，罐内的液位逐渐降低，随着液位降低，分离器上部的浮球阀首先开启，当液位继续降低至70%液位时，油气分离器相对应的真空阀V5、V6或V7自动开启，分离器上部的气体被抽走，并形成负压，在负压的作用下，油气分离器中的液位逐渐升高，当液位继续升高至95%液位时，油气分离器相对应的真空阀V5、V6或V7再次关闭。

随着货舱中的液位进一步降低，油气分离器顶部开始积聚大量气体，此时，控制系统会根据油气分离器中液位高度调节货油泵出口调节阀的开度，当罐内液位降低时，减小调节阀开度，反之，则增大调节阀开度。通过调节出口调节阀的开度可以改善货油泵的吸入条件，通过降低货油泵的排量可以减少吸入油气分离器的气量，以便最大限度地使用货油泵扫舱。

为保证整个系统随时可用，本项目配备两台真空泵，一主一备，可通过集控台上的选择按钮选择其中任意1台为主用。当主用真空泵故障时，备用真空泵会自动投入使用。同时，当油气分离器内的气体过多时，1台主用真空泵无法保证管内要求的真空度，当真空度继续减小至-0.02 MPa时，备用真空泵也会自动启动，2台泵同时工作，当真空度大于-0.07 MPa时同时停止。由于真空泵布置在危险区域，为防止轴承高温造成危险，当真空泵轴承温度超过60℃时，真空泵自动停止，并发出声光报警。

真空扫舱模式流程如图5所示。

图5 真空扫舱模式流程图

4.2 航行中油气回收模式

航行过程中，为减少向大气排放的货油挥发气量，降低环境污染，通常在航行初期即将系统切换至航行中油气回收模式，当系统切换至油气回收模式时，真空泵将处于备用状态，V1、V2阀将自动关闭，V3、V4阀自动开启。由于本项目可同时装载3种不同的油品，为防止各种油气混合，在油气回收前，需确认预回收的油气种类，并将油气回注至同油品的货舱中。在确认油品后，根据实际情况，手动开启V5、V6或V7阀，及相应货舱扫舱管路上的吸入阀，然后通过集控台上的选择按钮可选择其中任意1台真空泵处于自动运行状态。

当货舱内的压力超过0.017 MPa时，处于自动运行状态的真空泵自动启动，将货舱内的货油挥发气，通过油气分离器和货油吸入管路泵送至指定货舱的底部，货油挥发气在上升过程中重新液化并溶解到货油中；而挥发气中混合的惰气则重新回到货油舱顶部。当货舱内的压力逐渐降低至0.005 MPa时，处于自动运行状态的真空泵自动停止。

同样，考虑到真空泵布置在危险区域，为防止轴承高温造成危险，当真空泵轴承温度超过60℃时，真空泵自动停止，并发出声光报警。流程见图6。