船舶舱底水系统法规要求研究

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  摘   要:航行于河流或海洋上的船舶,借助于动力设备提供的动力,在河流和海洋上提供各类运输服务,包括货物运输,科研考察,观光旅游等。船舶在航行的过程中,需要各种设备和系统为其提供服务。本文通过梳理各种类型的船舶上舱底水系统的架构和设计,整理各大船级社对于舱底水系统的规范要求,总结出船舶舱底水系统的设计理念以及各大规范之间的差异。
  关键词:舱底水系统  规范法规  各类型船舶
  中图分类号:U664.9                                文献标识码:A                        文章编号:1674-098X(2019)07(c)-0120-04
  航行于河流或海洋上的船舶,借助于动力设备提供的动力,在河流和海洋上提供各类运输服务,包括货物运输,科研考察,观光旅游等。船舶在航行的过程中,需要各种设备和系统为其提供服务,其中有一个重要的系统,既是保持船舱干净的重要途径;也是船舶安全的保证—船舶舱底水系统。舱底水系统,顾名思义,即处理船舶在航行过程中各类机械设备和系统在运行过程中产生的废弃水,也需要保证在船舶出现进水事故时,能及时排除进水,确保船舶稳性安全。2014年5月—2015年11月,在公司承接的巴士公司500客景观船“蓝森”号的建造工程中,我负责该景观船建造的生产管理工作。“蓝森”号观景船为单体钢质客船,单层连续甲板、三层上层建筑及一层甲板室。该船为尾机型双机双桨船舶,推进装置采用主机通过减速齿轮箱、短轴和尾轴传动螺旋桨,设置两台250kW柴油发电机组,供全船动力和生活用电。由于在建造过程中,我们发现船型平台以及规范法规对舱底水系统都有相应的要求,由此,针对船舶舱底水系统法规进行了一些研究。
  1  舱底水系统组成
  舱底水系统一般由动力水泵,和遍布全船的管网组成,包括舱底总管和各处所的支管。除液体储存舱室外,每一个水密舱室均需要布置数量合适的舱底水吸口。吸口端部一般设置有止回装置,防止停泵后舱底水回流,也避免自吸装置长时间运行。
  2  各类船舶的舱底水系统特点
  2.1 货船
  由于货船的机械设备大都集中在大机舱,整个舱底系统一般分为两个部分,机舱舱底系统和货舱舱底系统。机舱部分为点发散结构,货舱部分为扁平树形结构。货船船型结构为长条柱状结构,由于推进装置一般布置在尾部,所以通常机械装置都回布置在靠近船尾的机舱里,而其他部分则用于储存货物。
  2.2 客船
  客船大部分空间都用于人员,为了人员的舒适性,机械设备会被布置在船舶下层区域,且尽量集中在机舱,因此,所能产生舱底水的区域也集中在上述处所内,系统呈网状结构。
  2.3 海洋工程船舶
  海洋工程船舶,除了人员居住处所外,所有的空间基本都用于机械设备,除了安装发电机组的机舱,还有许多功能舱室安装特定的机械设备。因此整个船上的舱底系统遍布全船,从上层甲板到底层甲板都有,钻井平台呈网状结构,如下图阴影部分所示,工程辅助船同货船类似。
  2.4 豪华游轮
  豪华游轮舱底系统,与客船类似,考虑舒适空间保留给人员,机械设备则会集中布置在底层甲板,也造成其舱底水系统属于扁平树形结构,如图阴影部分所示。
  3  船舶法规和各大船级社规范对舱底水系统的要求
  IMO(国际海事组织)法规及船级社对于舱底系统的要求,是为了保证船舶的安全,对系统设计提出的设计和建造规定。法规中对舱底水系统的要求,主要借鉴SOLAS(国际海上人命安全公约)2-35-1章节要求,舱底水泵送装置[1]。其中定义了不同船舶中需要布置舱底水泵送装置,分为客船和货船两大类。
  规范规定,无论哪种船型,均应设有有效的舱底水泵送系统,在所有实际工况下,均能抽出以及排干任何水密舱室的水;除了固定用于储存装载淡水,压载水,燃油或者液货的舱室,并且设有有效排水设备的处所。包括冷藏舱室也需要布置有效的排水装置。
  除此之外,规范中还规定的泵送舱底水所需动力水泵的数量,以及排水管尺寸的计算方法;对特殊舱室有明确的材料规定。
  舱底水输送系统,需能在海损时,无论船舶是正浮,或横倾,均能操作。通常情况下,应为所需舱室设置几根侧吸支管;如遇特殊形狀的舱室,可根据实际情况增减支管数量,确保所有情况下可用。对于某些特殊舱室,如主管机关确信可能不需要设置排水设备,则可予以免除。
  通常情况下,货船需至少设有2台与舱底总管相连的动力泵,其中1台可由推进机械驱动;客船需设置3台舱底水泵与舱底水总管相连,3台动力水泵中,一台可由推进机械驱动。
  但是,如KN值大于P与舱壁甲板以上的实际乘客处所总容积之和,则P1应取上述之和或KN值的2/3,两者之中取较大者。
  除客船外,可选用一台舱底水喷射器取代1台所要求的独立动力舱底泵,但此喷射器需要有适当海水供给压力并与舱底水管系有连接。船长91.5m及以上,或者舱底泵衡准数为30及以上的船舶,其舱底水泵的布置应能使其在所能承的所有进水情况下,至少有1台动力泵可用。可选用一台可潜式应急泵,其动力源位于舱壁甲板以上;或者舱底水泵及其动力源在整个船长范围内分布,使未破损的舱内至少有一台水泵可用。
  舱底水泵排水的抽水速度不低于2m/s。
  舱底水总管的内径d1应按下式计算,但是舱底水总管的实际内径可按最接近的标准尺度取整,但不应小于计算值5mm。   式中:L=船长(在最深分舱载重线两端的垂线间量得的长度),m;B=船宽(在或低于最深分舱载重线处,由一舷肋骨外缘至另一舷肋骨外缘间的最大宽度) ,m;D=至舱壁甲板的型深,m。
  舱底水管在布置时,须防止装有舱底水吸入管的舱室,因其他舱室由于碰撞或者搁浅而导致舱底水管断裂或其他损坏所引起的进水事故。因此,在布置舱底水管的时候,此水管的任何部分位于距船侧不到1/5船宽范围内,或在箱型龙骨内,应在其开口端所处舱室内加装指挥阀。
  舱底水总管内径的计算,各大船级社均按照SOLAS所给公式进行,后续论述里将不再赘述,仅针对其未定义的舱底支管,舱底泵数量及排量,以及舱底吸口的相关要求进行讨论。
  3.1 中国船级社CCS
  舱底水泵的数量以及舱底水管总管内径的计算方法,同SOLAS的要求一致。当机舱舱底水系统仅服务于机器处所而不为货舱或货物处所服务时,则公式中L的长度可取为船长减去所有货舱或货物处所的总长度;但无论如何,此时机舱舱底水总管的流通横截面积不应小于机舱2根舱底水支管的流通横截面积之和。在任何情况下,舱底水总管的内径应不小于最大舱底水支管的内径。所有的舱底泵,均应为自吸式泵或带自吸装置的泵[2]。
  除客船外,当一台舱底水泵的排量稍小于规定值时,则其差额可由其他舱底泵超过的排量补足,通常,该差额应限制在规定值的30%之内。
  当舱壁甲板或干舷甲板上封闭货物处所内的舱底水排放通过本舱底水系统进行排放时,则D应按下列要求选取:
  (1)  当封闭货物处所延伸至船舶全长时,则D应量至舱壁甲板以上的第一层甲板。
  (2)  当封闭货物处所的长度较短时,D应取为至舱壁甲板的型深加上lh/L,此处l和h分别为此类封闭货物处所的累计长度和高度。
  装货处所和机器处所的舱底水支管内径d2应按下式计算,但是舱底水支管的实际内径可按最接近的标准尺度取整,但不应小于计算值5mm:
  舱底水系统需能处理积聚在船舶舱室内部的积水,例如,冷凝水,泄漏水,冲洗水,消防水等等。并且还具备处理进水事故的能力。系统设计中,需要避免出现交叉进水的情况,避免舱与舱,船舶与外部海水之间的进水事故。系统在规范要求的条件下保持可用状态,且舱底支管的吸口控制阀需要一直处于可维修和可接近的状态[3]。
  舱底吸入总管尺寸计算公式按照SOLAS的要求进行计算,且舱底主吸入管内径尺寸不小于63mm(2.5英寸)。如果所涉及的舱底泵仅服务于机舱处所,则L可 减去货舱区域的长度。
  直接吸口:推进设备处所的一个吸口,直接连接至一台独立驱动的舱底水泵的进口,以便能独立使用这台泵来排出处所的舱底水。如果该处所被水密舱壁分割为多个舱室,则每个舱室需布置一台水泵连接一个直接吸口。
  应急吸口:在直接吸口的要求之外,推进机械的处所还需要配置一个应急吸口。该吸口直接连接至该处所最大排量的独立驱动泵。如果最大排量的泵不合适,则需要连接至第二大排量的泵。该泵不是作为舱底水泵的泵,且其排量不小于舱底水泵的排量。应急吸口需设置吸口截止止回阀,且易于迅速操作,其操作位置需至少高于花钢板460mm。
  内燃机推进设备处所,应急吸口管径需等于所选泵的进口口径;蒸汽推进设备处所,应急吸口管径需达到所选泵口径的2/3,主冷却水泵是其首选连接动力泵。
  3.3 英国劳氏船级社LR
  舱底水系统需要能够在船水平时泵出舱底水,不管是竖直状态还是注意倾斜不超过5度的状态。在客船上,舱底系统能够在出现事故后的任何情况下都能泵出舱底水,无论船舶是竖直还是倾斜。如果在舱顶有凹槽凹陷处所,需要增加额外的舱底管吸口。除了以上舱底吸口的要求外,每一个主机械处所需提供一个应急吸口[4]。
  当有两台冷却水泵,如果每一台可提供足量的冷却水是,其中一台可以连接应急吸口。如果主冷却水泵不适合作为应急吸口工况,应急吸口需连接至排量最大的可用泵,但不能是所选定的舱底水泵。当应急吸口连接至具有自吸能力的泵时,相同侧的直接吸口可以省略,客船除外。
  应急吸口阀门许使用铭牌注明“仅限应急情况使用”。
  直接吸口,不同于应急吸口。直接吸口用于机械处所,连接至独立的动力泵,且能独立于舱底总管进行排舱底水操作。位于主机间,或者其他较大的独立的锅炉间,泵舱,辅机间布置有直接吸口,其内径不小于舱底总管内径。如舱室容积较小,直接吸口管内径需要单独考虑。
  LR,对于舱底水主管的内径要求,同SOLAS要求一致,计算公式同公式一,结果取整5mm,但不小于任何一个支管内径。
  服務于货舱或者机械处所的舱底水管支管内径不小于以下公式计算值
  式中:db=舱底支管内径;mm;c=舱室长度;m
  油轮和类似船舶,如果机舱泵没有处理机舱以外的舱室舱底水,其舱底水总管直径可以小于公式要求,但不能小于机舱支管内径的2倍。
  舱底泵的排量,按照以下公式计算
  其中:dm=规范定义舱底支管内径,mm;Q=排量,m3/h
  所有服务于舱底系统的动力泵均需为自吸泵,除非有一套认可的中央自吸系统。且该系统需船级社认可。
  3.4 DNVGL
  至少配置2台舱底水泵,对于90m及以下的船舶,其中一台舱底泵可有主机驱动;对于大型船舶,两台舱底泵都需要独立驱动[5]。每一台舱底泵需确保舱底水总管流速不低于2m/s,其排量可按照以下公式计算
  式中:D=舱底水管内径,mm。
  针对各种规格的管路内径,船级社给出所列舱底水管内径对应的舱底泵排量对照表,可根据实际情况选择。如大型离心泵作为舱底泵,舱底总管内水流速超过5m/s,舱底泵的参数以及管路系统压力降计算需提交送审   舱底吸口管内径计算,总管参考SOLAS计算公式,取值取整趋近5mm;支管内径计算公式如下:
  式中:l——舱室长度,m;
  且任何支管内径不小于50mm,直接吸口内径不小于1.4d1,但不超过舱底总管内径。如果设置了应急吸口,其管子内径与泵吸口侧等同,但不必超过400mm。
  3.5 意大利船级社 RINA
  舱底水系统,能够排出水密舱室里的舱底水,不论船舶是在水平状态,还是在倾斜5度以内的状态。机械处所需要布置连个吸口,一个舱底支管吸口,一个直接吸口,另外,如果舱室有包含推进机械,需要额外布置一个应急吸口;其他舱室,每个舱室一个吸口。舱底水泵排量需确保舱底水总管流速不低于2m/s,排量不低于以下公式计算结果[6]。
  3.6 法国船级社BV
  BV规范中对于舱底水系统的要求,同RINA基本一致,本文不作赘述[7]。
  4  结语
  通过研究各大船级社规范可以了解,舱底水系统的基本要求为排除船舶舱底水,并且需要保证在各种条件下均能实现此功能。另外,对于舱底水管路的内径,各大船级均按照SOLAS的要求执行,但在舱底支管内径的选择上,各个船级社的要求虽然大方向上是一致,但是少有差别,在具体的项目中需要根据各自入籍情况进行选择。同样的情况也出现在舱底水泵排量的选择上。
  泵排量系数上,CCS和ABS选择5.66,LR和DNVGL选择5.75,RINA和BV选择5.65。不同的系数造成计算结果不一致,需要根据项目入籍进行选择。
  舱底支管内径方面,CCS,LR,DNVGL选择系数2.15;ABS,RINA,BV选择系数2.16。此处对于大多数项目影响不大,毕竟标准管材是按照通径进行选择,计算值仅是选取条件。但在某些特殊情况下,可能造成跨档,因此需要关注。
  针对仅服务于机械处所的舱底水总管,CCS和RINA均提出可减少其内径,CCS要求不小于机舱2根舱底水支管流通横截面积之和。而RINA则给出了新的计算,来指导其内径选择。
  由此,我们可以看出,虽然存在不同船型,不同船级社的规范要求,但是对于船舶舱底水系统的要求其实是一致的,都是参考SOLAS作为基本要求,其目的也是为了保证船舶舱底系统在任何情况下可用,也是为了保证船舶安全可靠。
  参考文献
  [1] 国际海上人命安全公约[S].IMO,国际海事组织,2014.
  [2] 钢质海船入级规范[S].CCS,中国船级社,2018.
  [3] Steel vessels[S].ABS,美国船级社,2019.
  [4] Rules and Regulations for the Classification of Ship[S].LR,英国劳氏船级社,2018.
  [5] Rules for classification: Ships[S] DNVGL,2018.7
  [6] Rules for the Classification of Ships[S].RINA,意大利船级社,2018.
  [7] Rules for the Classification of Steel Ships[S].BV,法國船级社,2018.
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