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1、 山东交通学院毕业论文液货舱的舱气置换一 船舶运输液化气体已有八十多年的历史，液化气体船与普通类型的船舶具有共性，但也具有其独有的特点。这是由于其所运载的货物性质所决定。液化气体船舶所载运的是162 或45 的低温液体货物，与普通货船比较它属于高技术船舶。将气体液化后在液态下运输，就需要给气体增压或降温，于是对船舶的液货舱提出了特殊要求。由于所载货物具有可燃性和有毒性，因此，对于货舱的气体成分有一定的要求，另外，当货舱所装载的货物种类改变时，考虑到货物之间的相容性以及货物纯度要求等因素，装货前对货舱气体成分也有一定要求。液化气船的舱气置换是保证船舶和船员安全的必须步骤,随着船舶安全要求的日益提
2、高,舱气置换成为必然趋势,在实际应用中具有重大现实意义。“远祥”号轮总载重为3126吨，配备了独立惰气发生器和众多可燃性气体测定仪，每位船员都受过液化气船专业安全和操作培训，进行过系统性的安全学习，在正常营运中，当货仓空仓时，人员要进入货仓前必须进行适当的舱气置换，以使舱气达到安全标准，防止爆炸事故，保证人员安全。今年冬天（？），在一次卸完货后，离开卸货港不久，货仓即发生爆炸，一名船员当场死亡，船舶损毁严重，后经事故专家组调查得出结论，原因是水手下舱清洁时，货仓可燃性气体浓度处于爆炸范围，货舱舱气置换方法不对，导致舱气置换不彻底，水手下舱清洁时，由于携带的工具产生静电而导致货舱爆炸。 导致这起
3、爆炸事故发生的直接原因就是舱气置换方法不对，导致置换的不彻底，而引发货舱爆炸。一、置换的原理和方法 ( 一) 惰化的原理气体燃烧和爆炸必须具备三个条件，即一定浓度的可燃气体，充足的助燃气体以及着火源。这三个条件只需缺少一个，燃烧就不可能发生。液化气是一种可燃物质，其气体若与空气混合，空气中的氧气是助燃气体，浓度达到一定时，就满足了燃烧的两个条件。对液化气船而言，虽然采取了预防火源的措施，也不能完全消除象撞击火花、静电等的产生，再加上其它人为因数，火源控制难以预测。因此，对于液化气船来说，要想完全消除燃烧爆炸现象，除控制火源以外，还要防止可燃性混合气体的形成。液化气船在换新货种或对货舱进行检查、
4、维修作业前以及维修后装货前，用惰性气体充入货舱，对舱内的可燃烃气或空气进行稀释，使成为达不到可燃或助燃气体的浓度，这个过程称为惰化（INERTING）。图1 可燃混合气组成图惰化原理可用图1说明。该图显示了可燃气体烃气浓度与氧气浓度之间相互关系，图上的每一点都表示货舱内气体的组成状态，从中可以分析惰性气体的稀释效应。图中A点表示纯净的空气，此时烃气浓度为零。C点是爆炸下限（LEL），烃气含量（体积）为1%。D点是爆炸上限（UEL），烃气含量（体积）为10%。E点相当于11.8%的含氧量，在这个临界点任何烃和空气的混合物都不会发生燃烧。CDE包括的区域代表可燃爆炸范围，ED以上为烃气过浓区，EC
5、以下为烃气过稀区，都是安全区域。当液货舱内气体组成状态处于F点，若用空气直接清除烃气，则舱内气体组成将沿FA线进入危险区。GA是一条临界线，只有在这条线以下，才可用空气稀释而不会进入危险区。当舱内气体组成处于F点时，用惰气进行稀释，则烃气浓度将沿着FH线下降，H点位于G点以下，此时用空气稀释，舱内气体组成沿HA线变化而不进入危险区，是一种安全作业。 实际上，货舱惰化过程就是用惰性气体对货舱气体进行置换的过程。二、 惰化及净化装置要求 1、惰化置换要求当人员需要进入液货舱检查维修作业或液货舱更换不相容的货种时，必须对液货舱进行惰化置换作业，即用惰性气驱除液货舱的货物蒸汽。 在货舱内充入惰气后，L
6、PG气体的最大允许浓度，对丙烷来说是6.2%（容积），对丁烷来说是5.5%（容积）。考虑到对货仓检测时采样点的局限性以及测量仪器存在误差，丙烷、丁烷气体的残留浓度应取5%(容积)以下。对于新造的船舶或进厂维修完的船舶，货物系统内充满了空气，在装货之前对液货舱也应进行惰化置换作业，即用惰性气体驱除液货舱内的空气。在进行惰化作业时，液货舱内的含氧量应定期检查。虽然理论上舱气中的氧气含量只要小于11.8%（容积），烃内物质就不会发生燃烧，但实际中为了安全起见，惰化后氧气的浓度不能超过5%(容积)。考虑到其它因数的影响，通常氧气的含量控制在1.5%-2%(容积)之间。但是，惰化后的含氧量应以货主或有关
7、部门提供的货物理化资料为标准。在装载不饱和石化产品时，其化学性质均不稳定，特别是有氧的介入，更容易发生聚合反应，使液体变粘而不能自由流动，甚至结成固体。所以，装载不饱和石化产品的货舱必须高度除氧。如装载丁二烯液货时，舱内含氧量只允许在0.3%以下，因为丁二烯在有氧和铁锈存在时，很容易氧化生成爆炸性氧化物，同时由于丁二烯化学性质比较活泼，装运过程中必须添加抑制剂以防止发生聚合反应；在运载乙烯时，舱内含氧量应低于0.5%，以确保其化学纯度。在惰化作业完成后，舱内的含氧量任应定期检测。2 、净化置换要求对货舱进行惰化处理以后，一般还应进行净化置换作业。对于人员需要进入货舱内作业时，首先应对货舱进行惰
8、化，货气含量达到标准后，再进行净化置换作业，即用空气驱除舱内的惰气。当舱内气体含氧量达到19.6%（容量）以上，烃含量为0.1%（1000ppm）以下，船舱才达到“人员安全”、“防火安全”状态，人员可以进入货舱作业。对于新造的船舶或进厂维修完毕的船舶，在装货前首先进行货舱惰化作业。当货内含氧量达到标准后，再进行净化置换作业，即用货物气体驱除舱内的惰气。净化的程度即净化后舱内惰气的含量应取决于货主及有关部门对货物的纯度等有关要求而定。三、置换的方法1、分层（推移）法如图2所示图2和图3位置错了吧？。这种方法是将与舱内气体密度不同的气体通入舱内，而使舱内气体排出，达到置换的目的。图2 紊流置换法
9、（置换气体从顶部进入） 示意图大多数烃气比惰气重。在惰化作业时，可以把惰气从舱的顶部排出。在净化作业时可以把货物蒸汽从舱的底部通入，使惰气从舱的顶部排出。2、紊流（混合）法如图3、图4所示。这种方法是将大量的惰化或净化气体从舱的顶部或底部强有力地吹入舱内形成紊流，使惰化或净化气体与舱内原有气体充分混合，从舱的底部或顶部排出，使舱内原有气体的含量逐渐降低，达到置换的目的。图3 分层置换示意图图4 紊流置换法（置换气体从底部进入）示意图1、惰性气体总管 2、透气总管 3、液货管 3、综合法亦称真空/压力综合法。这种方法是用压缩机或水压风机抽吸舱内气体(舱内气体压力应在强度范围以内)，然后输入惰化或
10、净化气体（应从多处尽快注入，以使舱内气体有效地混合）。反复进行这一过程，直到舱内气体达到要求为止。4、注水法 这种方法是将货舱注满水，赶水舱内气体。然后压入惰化或净化气体，把舱内的水压出，达到置换的目的。由于装载LPG货物时，要求货物管路及货舱不能有水分，对其干燥程度要求较高，因此LPG船一般不采用注水法进行舱气置换。四、压力式液货舱的舱气置换程序（一）、驱除空气的置换程序新船或修理后的船舶在装货前需对货舱进行驱除空气的置换操作。其步骤如下: 1、货舱惰化根据船舶的具体情况，选用前面讲过的置换方法，将惰气输入船舱，使货舱惰化。一般情况下，惰化前先用船上的货物压缩机抽吸舱内的空气，并经气相管排到
11、大气中去，以减少舱内的空气量，从而减少了惰性气体的用量和惰化置换的时间。但同时需注意液货舱所能承受外部压力的能力，切勿将舱内的压力降到太低。2、检测含氧量检测惰化了的液货舱的含氧量，直至符合标准，否则应继续对货舱进行惰化作业。 3、提高压力继续向货舱内输送惰气，当舱内压力达到一定的正压并稳定时为止，关闭各阀，保持这种状态至装货前。4、排出惰气装货开始时，向舱内缓慢装入液货，货物蒸汽将惰气驱赶至货舱的上部，将货舱上部的惰气排至岸上的接收设备或在安全的条件下通过气桅放至大气中去。（二）、驱除货气的置换程序如果人员需进入货舱内检查或动火作业时，需对货舱进行惰化以及用空气置换惰气的操作。其步骤如下：1
12、、货物回收将船舱内的货物蒸汽利用货物压缩机排送到岸上或岸上的接（回）收装置。2、货舱惰化用惰气通过选定的置换方法置换掉舱内的货物气体，使货舱惰化。排出的货气 应输送到岸上接收设备进行处理。否则，船舶应在安全的海（水）域进行惰化作业，此时，船舶应采取一切有效的措施防火防爆。3、检测舱气在惰化过程中，要对舱气不断地进行检测，直到可燃性气体浓度达到标准并稳定时，货舱惰化方能结束。4、空气置换惰气将空气输送到舱内，用选定的置换方法把惰气置换掉。5、检测含氧量在进行空气置换惰气的过程中，不断地对货舱进行含氧量检测，直至货舱含氧量达到标准为止。否则应继续空气置换惰气的作业。五、冷却式液货舱的舱气置换程序（
13、一）、驱除空气的置换程序1、货舱干燥由于液货舱容积大，即使舱内气体湿度小，但总含水量也相当可观。这些水分若不除去，将与LPG货物形成水合物或结成冰块堵塞设备或管路。另外，货舱惰化时货舱表面可能是干燥的，但在货舱预冷时气体中的水分会凝结，因此应尽可能地降低舱气的湿度。货舱干燥的方法是用压缩机自舱顶吸取舱气，压送至气体干燥器中。在气体干燥器中，气体的压力升高，露点也提高，大量水分被吸掉。从干燥器中出来的气体进入气体加热器中，加热后输入货舱底部。经过干燥器及加热器的热空气是未饱和的，它很快吸收舱内水分，如此循环直到气体干燥器中无水分排除为止。2、货舱惰化当所有湿气从货物系统消除后，应充入惰性气体以减
14、少氧气的存在，防止可燃性混合气体的生成以及某些诸如丁二烯及乙烯货物的化学变化。泵、压缩机、热交换器及货舱管系都必须充惰置换。充惰要连续进行，直至液货舱内含氧量达到要求为止。货舱惰化线路如图5所示，惰气发生器7生成的惰气经管路进入货物液相集合管15，经货舱装货管进入货舱底部；舱内气体从货舱气相管出口经管路进入排气集合管11排出舱外。应注意，惰性气体必须加热到舱内空气露点以上才可输入货舱，避免舱气中的水分凝结。当准备装载的货品是氨时，可以不进行液货舱惰化作业，而直接把氨气引入舱内顶部，让舱内空气从舱底排出。图5 全冷式液化气船液货舱惰化线路图1、液货舱2、货泵3、再液化装置4、液货蒸发器5、液货加
15、热器6、货物压缩机 7、惰气发生器8、鼓风机9、液相横向总管10、气相横向总管11.、排气集合管 12、惰气结合管 13、再液化液体结合管、14、货物气相集合管15、货物液相集合管 3、舱气测定在进行货舱惰化期间，应不断地检测舱气的含氧量。含氧量达到标准并稳定时，货舱惰化操作完毕。4、货舱净化货舱净化的目的是为了使货舱做好装货的准备。若船舶设有储液罐，并且储液罐中所储存的货物与货舱所要装载的货物相同时，则净化作业可在海上进行。若准备装载LPG货物时，从甲板贮罐取用丙烷或丁烷，使之在蒸发器中蒸发，然后将产生的蒸汽送到液货舱的底部，把惰性气体从货舱顶部排出舱外。如果船舶未设有甲板储罐，那么液货舱的净化操作必须靠在码头上进行。如果岸上能供给货物气体及设有气体回流管，则可引货物气体到舱底，使惰气从舱顶排出至岸上的气体回流管。如果岸上仅能供应液货而无货物气体时，那么可使用船上的货物蒸发器使液货气化后再进行净化作业。货舱净化线路如图6所示。液货从液相横向总管9进入系统，经货物液相集合管15进入液货蒸发器4，蒸
