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1、平台供应船货物甲醇系统设计论文平台供应船货物甲醇系统设计论文1 船舶简要本船在艉部设置了两个甲醇舱，甲醇溶液被供应至海洋石油平台用于钻井液的调配，以抑制钻井作业中钻井隔水套管内的水合物的形成。2 船舶布置舱室布置根据 A673 决议第 3 章的要求，有毒有害货品的液货舱应与机械处所、轴遂、干货舱、起居处所、服务处所、饮用水舱和生活用品储藏室，用隔离舱、留空处所、货泵舱、空舱、燃油舱或类似处所进行分隔。9000HPPSV 深水供应船配有两个甲醇舱配布置在艉部，为不锈钢材质的独立舱室，每舱容积 89m3。由干隔舱与其它舱室隔开。由于甲醇舱内为“0”类危险区域，通常设计都以在隔离空舱内充注氮气或者注
2、入淡水的方式来与安全区域隔离。甲醇泵布置每个甲醇舱都配一立的浸没式液货泵，并由各自独立的管路系统进行注入排出作业。9000HPPSV 项目选用的甲醇泵为侧装式液压离心泵，75m3/h， 。侧装泵的结构非常简单，泵的液压马达装在干隔舱内，泵体安装在甲醇舱内，通过隔舱填料函连接，无需中间接管。与顶装式深井泵相比安装简便施工方便，成本也要低很多。虽然在扫舱性能上不如深井泵，但对甲醇扫舱余量要求不高的平台供应船来说并无太大影响。甲醇装卸站布置平台供应船通常都设有四个货物装卸站，舯部左右舷、艉部左右舷各一个。甲醇舱的管路驳运系统都是相互独立的，考虑甲醇货品的危险性，为了避免驳运管路穿过其它舱室及尽量减少
3、管路长度，甲醇舱货物系统管路都引致同侧的装卸站。在装载或卸货过程中，装卸站区域可能会产生大量蒸汽，根据 CCS 规范对危险区域划分的要求，甲醇货物出口向上，以 6m 为半径，无限高度的垂直圆柱内，以及出口向下，以 6m 为半径，半球面的露天甲板区域为“1类危险区域” ；6m 半径球面之外 4m 的露天甲板区域为“2”类危险区域。如果在舯部及艉部装卸站都设置了甲醇货物接口，危险区域可能会占甲板面积的 80%以上。这也意味着此域内的电气设备都必须为合格防爆型。平台供应船普遍自动化程度较高，如危险区域过大，成本及施工要求都会大大增加。所以在这类船舶设计初期就应与船东协商澄清，如能满足使用要求则只在艉
4、部的装卸站对甲醇进行装载和卸货，这也可以节省船东日后的维护成本。3 系统设计简介甲醇被划为“P”类具有污染危害性化学品，蒸汽易燃易爆。但平台供应船运输此类货品数量“有限” ，因而不同于化学品船，如完全满足 IBCCode-散装运输危险化学品船舶构造与设备规范并不现实。决议-近海供应船散装运输和装卸有限数量有毒有害液体物质指南针对此类船舶对“有限数量”进行了定义：平台供应船载运的有毒有害液体数量不超过 800m3 和载重量体积（单位：立方米，密度为）40%的较小值。决议合理的考虑此类平台供应船的设计特点及实际，规定了需要满足 IBCCode 要求的范围。文章主要通过对相关规范规则的研究，对以下几
5、个与甲醇有关的系统进行简单介绍。甲醇货物系统设计压力在决定甲醇系统设计压力时，应考虑该系统中的释放阀的最高调定压力。对没有释放阀保护或可能与释放阀隔离的管路和管系部件应至少按下述压力的最大值进行设计：（1）对于可能存在甲醇的管路或部件，取该液体在45时的饱和蒸气压力；（2）相关泵排放释放阀的调定压力；（3）当相关泵未装排放释放阀时，取该泵出口处的最大总压头。管壁厚甲醇系统管路一般选用不锈钢管，根据系统设计压力计算壁厚，公式可参照 IBCCODE 第 5 章，第 1 节，此处不再赘述。管路间连接方式甲醇货物系统的管路一般采用对焊连接，法兰只允许用在管路与泵、阀门、膨胀接头的认可形式连接，并且法兰
6、应为焊颈法兰。DN50 以下无晶间腐蚀的管路也可考虑使用套管焊接连接。外径25mm 的仪表管路及次要管路可以使用螺纹连接。管系试验管路在组装完毕后，每一管系应经至少为倍设计压力的静水压试验。然而，当管系或部分系统已制成并装配备了所有附件后，静水压力试验可在船上安装前进行。焊接的接头应在船上以倍设计压力进行静水压试验。在船上安装完工后，每一管系都应进行泄漏试验，其试验压力系取决于适用的试验方法。对于甲醇舱内的管路和管端开敞的管路，可按照公认的标准可同意放宽这些要求。管路布置甲醇货物管路应布置在甲板以上，避免布置在甲板以下甲醇舱外侧与外板之间，除非能保持对破损保护要求的距离。布置时应考虑防止机械破
7、坏，在穿过舱壁时还应能防止其在舱壁处产生过大的应力。需注意以螺栓连接的法兰不应穿过舱壁。为了适当控制甲醇驳运，每个甲醇舱的注入管路和排放管路上应设置一个手动操作的截止阀或截止止回阀；在每个货物软管连接处应设 1 个截止阀；所有甲醇货物泵应设有遥控关闭装置。货物透气系统透气系统的目的是防止甲醇舱内的蒸汽压力过压或欠压。每一个甲醇舱都应设置独立于其它舱室透气的系统，能够避免蒸汽集聚和进入安全处所及可能发生火灾、爆炸的处所。透气管布置时应连接到舱室顶部，出口应允许蒸汽垂直向上喷射而不受阻碍，并应尽可能在所有可正常操作的横倾和纵倾的条件下使货物透气管路能自行排放回液货舱内。IBCCODE 将液货舱的透
8、气类型分为开式透气系统和控制式透气系统。开式系统指在正常操作期间，允许货物蒸汽自由进出液货舱而无任何限制，此种方式只能用于无安全危险和无毒危险货物。控制式透气系统由一个主透气系统和一个辅助透气系统构成，当其中一套装置发生故障时能允许完全释放蒸气以防止过压或欠压。主系统是在每个液货舱内设置的压力真空释放阀，以限制舱内的压力或真空。辅助透气系统可由安装在每个液货舱内的压力传感器以及安装在货物控制站的监控系统组成，监控系统应设有报警装置，当舱内出现过压或欠压时报警。甲醇舱透气系统需选用控制式透气系统，其设计和操作应能保证在货物操作期间液货舱内所产生的压力或真空不应超过货舱的设计参数。在确定液货舱透气
9、系统的尺寸时应考虑的主要因素如下：设计的装卸率。装货期间气体逸出：至少应为最大装货速率乘以系数。货物蒸气混合物的密度。透气管、交叉连接阀和配件的压力损失。释放装置的压力真空调定值，一般取/-。甲醇系统透气阀通常都选用出口喷射速度30m/s 认可的高速透气阀。IBCCODE 中对此类阀门的位置要求是离开起居处所、服务处所和机器处所的空气进口或开口及点火源的最近水平距离至少为 10m，此要求通常都可以满足；高度要求是在露天甲板上的高度不小于 3m，如设在升高步桥的 4m 范围内，则在升高步桥以上的高度应不小于 3m。而实际上大部分平台供应船的甲醇高速透气阀都布置在安全岛的顶部，安全岛顶部属于升高步
10、桥，决议也未对该条规则进行修正及解释。由于此处完全不可能实现 3m 高的透气管的布置安装，所以船级社在审图对此高度都会适当放宽，一般取高于主甲板3m 即可。这也反映了针对平台供应船的散装化学品系统规范规则还不完善，随着此类船舶的建造数量的增加，更详细的规范更新势在必行。甲醇舱检测及测量液货舱的检测主要有三种型式：开式装置利用液货舱的开口进行测量，可以将测量仪表放置于货物或其蒸气之中。限制式装置此装置伸入液货舱，使用时允许少量货物蒸气或液体逸入大气。不使用时，这种装置是完全封闭的。其设计应确保在打开这种装置时不致使舱内货物(液体或气雾)发生危险的外溢。闭式装置此装置伸入液货舱，成为封闭系统的一部
11、分，且能防止舱内货物逸出。例如浮筒式系统电子探测器、磁性探测器和带有防护的观察装置等；也可采用不穿过液货舱壳板而与液货舱无关的间接式装置，如货物称重装置和管式流量计等。甲醇系统应采用上述的限制式装置，常规设计是按规范要求设置两套氧气传感器来测量甲醇货物蒸气的浓度，其中一套为固定式探测系统，安装在舱室顶部或甲醇透气管路上；则另一套可采用便携式探测仪，需要透气管路在甲板上预留测量接口。在装载前后应对甲醇舱的蒸气空间进行测试，以保证其含氧量不超过 2%体积。甲醇舱配置的传感器应能够实时监测舱内的状态，除了氧气传感器，甲醇舱还配备一套温度传感器用于监测舱内的温度，在甲醇运输或驳运过程中，舱内温度超过设
12、定值时能输出报警；作为上文介绍的的辅助透气系统，每个甲醇舱还应配备一套压力传感器，当高速透气阀发生故障，舱内压力超出设定值时输出报警信号。甲醇舱的液位测量一般选用雷达式液位传感器，能够将液位信息显示在驾控台上，并能输出高位报警。如果雷达液位传感器只设置一套，则应安装一个用于应急测量手动测深管来满足规范要求。另外每个甲醇舱还应另配一套独立的高高位报警传感器，用于输出报警或关闭甲醇泵。以上传感器，除压力传感器和氧气传感器可安装在甲醇的透气管路上，剩余的雷达测深仪、温度传感器、高高位报警传感器需安装在甲醇舱顶部。在设计时可参照下列设置保护罩的方式来安装，此种方式可以避免甲醇舱开孔较多影响强度，通过将
13、传感器布置在保护罩内，还可降低其防护等级的要求。甲板泡沫消防系统装载甲醇的平台供应船必须配备固定的抗乙醇泡沫系统，该装置应能把泡沫输送到整个甲醇舱甲板区域，并且能把泡沫送到假定甲板已经破裂液货舱。甲板泡沫系统应能简便、迅速地操作，系统的主控制站应设在货物区域外的适当位置，并应邻近起居处所，以便受保护区域万一发生火灾时能易于到达和操作。在泡沫系统订货时，目前常用的是 3%AFFF 水成膜泡沫，厂家提供的泡沫单元一般包含泡沫炮、泡沫罐、比例混合器，若干泡沫枪以及组成系统的管路、阀件、仪表、控制系统等。泡沫海水供给泵通常由船上的消防泵、压载泵等来兼做。该泵需要流量较大，对压力也有较高要求，所以在设计
14、之初就应通过计算确定好方案。如后期不能与系统匹配，不仅会增加成本，对设备布置也会造成很大麻烦。在选择甲板泡沫系统时，泡沫的供给速率应按下列的最大值选取：按甲醇舱甲板区域的面积每平方米为 2l/min。此处甲板区域面积是指船舶的最大宽度乘以甲醇舱处所范围整个纵向长度。按具有最大水平截面积的单个甲醇舱的水平截面积每平方米为 20l/min。按最大的泡沫炮所保护并完全位于该泡沫炮前方的区域面积，每平方米为 10l/min，但应不小于 1250l/min。泡沫系统应能确保以最大的供给速率持续提供泡沫溶液至少 30min。在计算时甲板区域面积根据决议中对货物区域的定义选取，需要覆盖甲醇舱 3m 范围内的
15、甲板区域。根据经验，泡沫最大供给速率都由以上第 3 条计算得出，泡沫炮布置的位置越靠近甲醇货物甲板区域，所需覆盖的面积越小，对设备的选型也越有利。因此在设计时泡沫炮都布置在临近起居处所靠近甲醇舱的安全岛上，每舷一只。4 结束语我国海上油气资源开发具有十分广阔的前景，据测算，南海油气总储量达 300 亿吨，其中大部分海域因远离大陆，尚未得到开采，开发潜力巨大。随着我国向海洋进军，作为配套服务的平台供应船必将陆续投入运营。配有先进货物系统，能够散装运输甲醇或类似有限数量的有毒有害液货的平台供应船必将成为市场的首选方案。大连中远船务承建的 9000HP 深水供应船是目前国内最先进的平台供应船，通过对相关规范的研究，介绍其货物甲醇及相关系统的设计，以期能为今后国内类似船型的建造设计提供参考。
