塑料管在渔船鱼舱舱底水管系中的应用探讨

◎ 文/李阎华 韩海斌 许应国

渔船舱底钢制水管系极易受到腐蚀，而塑料管有条件应用于舱底管系可有效减少腐蚀，增加管系使用寿命。作者立足现有规范，结合渔船实际情况，从管材设计压力、设计温度、管系等级、防火、防护、防冻等多个角度，针对国内45m 以下、冷藏方式为冰保鲜的海洋渔船，探讨了在鱼舱使用塑料管替代钢管作为舱底水管系的可能性以及应用注意事项，为塑料管在船舶上更大范围地运用提供科学依据。

一、引言

（一）渔船舱底水系统简介

舱底水是指机舱或货舱舱底积水，专门用于排出舱底积水的管路系统称为舱底水系统，它包括舱底泵、管系等。

舱底水系统的作用是及时将机舱、货舱等舱室的舱底积水排至舷外；当船舶破损时，舱底水系统可用于应急辅助排水。

（二）研究背景

目前，江苏省群众性渔船鱼舱冷藏方式通常是冰制冷加发泡保温层对渔获物进行保鲜，舱底水管系普遍使用的是无缝钢管和有缝钢管。舱底水一般为冰水、海水、渔获物腐败后的硫化物及有机酸等的混合物，实验测得其pH值为4.9～7.2，对船体和钢管具有较强腐蚀性。渔船管系通常没有任何保护措施，舱底空间狭窄，除锈保养困难，再加上船舶建造时管系预处理工艺不到位，造成鱼舱舱底水管系极易受到腐蚀，一般2年～3年就必须重新更新舱底水管。更换管系时，还必须清除部分鱼舱的发泡保温层以防发生火灾。很多渔船船主在营运期间发现舱底水管腐蚀报废后，直接放弃安装舱底水管系统，虽然在验船师提醒下临时安装，日后还可能自行割除，继而使用电动潜水泵替代原有的舱底水系统，埋下更大安全隐患。故开展更耐腐蚀的塑料管在鱼舱舱底水管系中的应用探讨十分必要。

二、塑料管材的种类及应用领域

（一）塑料管材种类

按材料可分为聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚丁烯（PB）、玻璃纤维增强塑料（GRP玻璃钢）等管材。

1.聚氯乙烯（PVC）管

PVC管物理化学性质稳定，具有一定抗化学腐蚀性、耐酸碱，对盐类相对稳定；其次是具有相对较高机械强度，有一定抗压和抗冲击性；第三点是具有阻燃性和绝缘性，不易燃烧和导电。

硬质聚氯乙烯（UPVC）管是使用普遍的一种塑料管，其特点有较高的硬度和刚度、较高的抗冲击性能和耐化学性能。许用应力一般在10MPa以上，价格比其他塑料管低，硬质聚氯乙烯管产量居第一位。

2.聚乙烯（PE）管

按密度不同分为高密度聚乙烯（HDPE）管、中密度聚乙烯（MDPE）管和低密度聚乙烯（LDPE）管。HDPE管具有较高的强度和刚度；MDPE管除了有HDPE管的耐压强度外，还具有良好的柔性和抗蠕变性能；LDPE管柔性、伸长率、耐冲击性能较好，尤其是耐化学稳定性和抗高频绝缘性能良好。

3.交联聚乙烯（PE-X）管

交联聚乙烯是通过化学方法或物理方法将聚乙烯分子的平面链状结构改变为三维网状结构，使其具有优良的理化性能。PE-X管主要用于建筑室内冷热水供给和地面辐射采暖。

4.三型聚丙烯（PP-R）管

三型聚丙烯是第三代改性聚丙烯，即采用气相共聚法使PE在PP分子链中随机地均匀聚合，使其具有较好抗冲击性能、耐温性能和抗蠕变性能，PP-R管主要应用于建筑室内冷热水供给和地面辐射采暖。

5.聚丁烯（PB）管

聚丁烯管具有独特的抗蠕变性能，能长期承受高负荷而不变形，化学性能稳定，可在-20℃～95℃安全使用，主要应用于自来水、热水和采暖供热管，但价格高昂。

6. ABS工程塑料（ABS）管

ABS是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的三元共聚物，具有比较高的耐冲击强度和表面硬度，在-40℃～100℃仍能保持韧性和刚度，并不受电腐蚀和土壤腐蚀，使用温度可达90℃。常用作洁具下水管、输气管、高腐蚀工业管道，国内一般用于室内冷热水管和水处理的加药管道、有腐蚀作用的工业管道。

7.玻璃钢（GRP）管

GRP管是一种新型复合材料管，主要以玻璃纤维纱为增强材料和高分子成分的不饱和聚酯树脂、环氧树脂为基体制成。具有耐腐蚀性能好、抗老化性能和耐热性能好、抗冻性能好、重量轻强度高、运输方便、水力条件好、可设计性好、维护成本低、耐磨性好、电热绝缘性好等优点。

三、塑料管应用现状

近年来，随着工业技术发展和进步，塑料管性能有了质的发展，在各个领域应用越来越广泛，也逐渐衍生到船舶产业。据了解，塑料管已广泛应用于商船生活饮用水管系、生活污水排放管系、压载水管系等多个方面。

（一）塑料管在国内船舶上的应用

玻璃钢管在化学品船舶和火车渡船取代镀锌钢管，应用于压载系统和污水处理系统，取得了很好的使用效果。不过，对于玻璃钢管在船舶上的应用，要符合规定的用途和使用范围，如内外压力试验；轴向拉伸强度；变形温度；抗冲击性能；耐老化性能；耐疲劳性能；防腐性能；立体吸附性；材料兼容性。根据其特殊用途或特殊使用处所，可能额外要求的性能有：耐火烧性能；表面播焰性；产烟性；毒性；导电性；防火涂层性能。玻璃钢管除使用范围须符合规范规则要求外，性能必须经过船级社检验并最终获得由船级社颁发的证书。

在57000DWT散货船、82000DWT船和全球最大的汽车滚装船8500PCTC全船舱底压载系统上使用辅基斯玻璃钢管和应用型玻璃钢管均取得良好效果。尽管玻璃钢管在安装时的保护稍微有些麻烦，但很大程度降低了安装劳动强度，减少了劳动力投入，因不必动用明火，在易燃易爆区域的后续维修比钢管更显优势。

（二）塑料管在渔船的应用上面临着的规范障碍

《钢质国内海洋渔船建造规范（船长大于或等于12m但小于24m 2019）》（以下简称“《建造规范2019》”）对塑料管的描述为“3.1.1.1规定，除另有说明外，管子、阀和附件应使用钢、铸铁、铜、铜合金或适用于其他用途的材料制造。铝、铅和塑料等热敏材料不得用于对船舶安全关系重要的管系以及当管子泄漏或破损可能造成火灾或水密舱室浸水的可燃液体或海水管系。”《建造规范2019》对塑料管的描述为“2.4.3.2 塑料管不得用于下列管系：（1）消防管系；（2）舱底水管系；（3）动力管系以及输送油类或其他易燃液体的管系；（4）当管子泄漏或损坏后能使船舶增加浸水危险的海水管系”。新规范已认可了塑料管在饮用水管系中的应用，但对舱底水管系的应用仍不认可。作者认为塑料管在鱼舱舱底水管系中或可有条件应用。

四、研究方法

作者立足现有规范，结合渔船实际，从管材设计压力、设计温度、管系等级、防火、防护、防冻等角度探讨塑料管在渔船鱼舱舱底水管中替代钢管的可能性以及应用注意事项。

（一）几种塑料管材的使用性能比较

几种塑料管材的使用性能比较见表1。

表1 几种塑料管材的使用性能比较

（二）渔船鱼舱舱底水管等级

按照《建造规范2019》2.1.3.1管系等级要求，鱼舱舱底水管系属于Ⅲ级管系。

（三）鱼舱舱底水管需要承受的压力

对渔船舱底水管系而言，一般泵的最大出口压力即为系统的设计压力。目前，江苏省中小型渔船上安装的鱼舱舱底泵工作压力范围为0.08Mpa～0.3Mpa，远小于常温下塑料管能承受的最大压力，因此，在工作压力方面，塑料管可以适用中小型渔船。

（四）鱼舱舱底水管系工作温度

《建造规范2019》2.4.3.5规定塑料管一般不得用于介质温度高于60℃或低于0℃的管系。对渔船而言，鱼舱舱底水管系抽吸的舱底污水一般为融化的冰水，打入或渗入舱底的海水，这些介质的温度一般在0℃～20℃，即使在冬天或者夏天，受舱外天气温度影响，舱底水的温度变化因保温舱的缘故，变化也不会太大。因此，塑料管同样能够适用舱底水管系的工作温度。

（五）鱼舱防火要求

《建造规范2019》要求鱼舱保温材料应使用不燃材料。我们从鱼舱保温材料的防火性能可以推知，鱼舱舱底水管的防火性能与保温材料等价即可。从表1数据可知，绝大部分塑料管具有自熄性和阻燃性。同时，我们可以采用在塑料管表面涂刷防火漆来提高塑料管的防火性能。因此，塑料管可以满足鱼舱的防火要求。

渔船鱼舱绝热安装技术要求

（六）防冻

可在管系安装时在其表面裹上耐水型保温材料。橡塑海绵、聚乙烯保温材料保温效果好，尤其是低温防冻效果很好，虽不耐高温，但用于渔船舱底水管系上一般没问题。

（七）保护

由于塑料管抗冲击能力较弱，塑料管在鱼舱安装应做好一定保护，以防止突发集中应力的冲击，可以根据中国船级社CCS《钢质海船入级与建造规范》的规定设置塑料管支架，一是船上系统管架的选择和间距取决于许用应力和最大挠度。支架间距应不大于管子制造厂推荐距离。选择管架和间距应考虑管子尺寸、管材的机械和物理性能、管子和管内液体的质量以及该系统可能遇到的外压、工作温度、热膨胀影响、外力引起的负荷冲击力、水锤现象、振动系统能经受流体流动的最大加速度等，并应考虑到综合负荷。二是每一支架的全宽范围上应均匀承担管子及其内部介质的荷重，管子与支架相接触时，应采取措施减小管子的磨损。三是管系中的重要部件如阀和膨胀接头应作单独支撑。渔船鱼舱舱底水管一般安装在鱼舱木质铺板以下，其本身已具备了防冲击的保护，因此从性能上存在理论可行性。

五、塑料管安装

（一）安装技术要求

《建造规范2019》规定：2.4.3.3塑料管不得穿过水密舱壁。2.4.3.4所有塑料管均应有适当的自由支撑。在管子每个区段均应有允许塑料管膨胀或收缩的措施。

渔船可通过钢管作为穿舱件，用法兰和塑料管相连。同时，采用法兰连接使每个鱼舱的舱底水管均有一个自由端，从而保障了塑料管的膨胀与收缩。该方案弊端为钢管过渡会破坏整个管路系统完整性，且过渡位置容易生锈。

（二）安装后的试验

安装完毕后进行压力试验，试验压力应不小于1.5倍的设计压力或0.4MPa，取其中高值。从表2可知，塑料管技术参数均符合试验压力标准，因此，中小型渔船鱼舱的舱底水管用塑料管替代钢管从安装上满足规范要求。

表2 船舶管系等级

六、结论

分析鱼舱舱底水管使用环境及各类塑料管性能可知，一是通过对塑料管的性能参数、渔船鱼舱舱底水管等级、需要承受的压力、工作温度、防火要求、防冻、保护和安装等方面进行综合分析和论证，可确认塑料管应用于鱼舱舱底水系统在技术上是可行的。二是鉴于玻璃钢管（GRP管）在商船压载水管系中的成功应用案例，以及玻璃钢本身材质的特性（玻璃钢渔船），建议首先使用GRP管作为渔船鱼舱舱底水管的首选代品。三是为进一步论证塑料管在渔船舱底水管中应用的可行性，建议在相关试验渔船上安装两套管路，一路为塑料管，一路为金属管，为理论分析积累事实依据。四是有两个难点问题。首先现有规范无法突破。规范要求塑料管必须为认可型，但目前产品分类管理需要认可的产品不包括塑料管。建议从法规开始，完善塑料管的检验依据，开展对塑料管的认可工作。其次国内生产的塑料管性能单一，适用于船舶舱底水管系的塑料管比较单一，且价格昂贵。建议重视对改性塑料、复合塑料以及其他新型塑料管材的研究力度，创造出更多物美价廉的优质塑料管材。