平臺供應船貨物甲醇系統設計論文

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1船舶簡要

本船在艉部設置了兩個甲醇艙，甲醇溶液被供應至海洋石油平臺用于鉆井液的調配，以抑制鉆井作業中鉆井隔水套管內的水合物的形成。

2船舶布置

2.1艙室布置

根據A673決議第3章的要求，有毒有害貨品的液貨艙應與機械處所、軸遂、干貨艙、起居處所、服務處所、飲用水艙和生活用品儲藏室，用隔離艙、留空處所、貨泵艙、空艙、燃油艙或類似處所進行分隔。9000HPPSV深水供應船配有兩個甲醇艙配布置在艉部，為不銹鋼材質的獨立艙室，每艙容積89m3。由干隔艙與其它艙室隔開。由于甲醇艙內為“0”類危險區域，通常設計都以在隔離空艙內充注氮氣或者注入淡水的方式來與安全區域隔離。

2.2甲醇泵布置

每個甲醇艙都配一臺獨立的浸沒式液貨泵，并由各自獨立的管路系統進行注入排出作業。9000HPPSV項目選用的甲醇泵為側裝式液壓離心泵，75m3/h，7.7bar。側裝泵的結構非常簡單，泵的液壓馬達裝在干隔艙內，泵體安裝在甲醇艙內，通過隔艙填料函連接，無需中間接管。與頂裝式深井泵相比安裝簡便施工方便，成本也要低很多。雖然在掃艙性能上不如深井泵，但對甲醇掃艙余量要求不高的平臺供應船來說并無太大影響。

2.3甲醇裝卸站布置

平臺供應船通常都設有四個貨物裝卸站，舯部左右舷、艉部左右舷各一個。甲醇艙的管路駁運系統都是相互獨立的，考慮甲醇貨品的危險性，為了避免駁運管路穿過其它艙室及盡量減少管路長度，甲醇艙貨物系統管路都引致同側的裝卸站。在裝載或卸貨過程中，裝卸站區域可能會產生大量蒸汽，根據CCS規范對危險區域劃分的要求，甲醇貨物出口向上，以6m為半徑，無限高度的垂直圓柱內，以及出口向下，以6m為半徑，半球面的露天甲板區域為“1類危險區域”；6m半徑球面之外4m的露天甲板區域為“2”類危險區域。如果在舯部及艉部裝卸站都設置了甲醇貨物接口，危險區域可能會占甲板面積的80%以上。這也意味著此域內的電氣設備都必須為合格防爆型。平臺供應船普遍自動化程度較高，如危險區域過大，成本及施工要求都會大大增加。所以在這類船舶設計初期就應與船東協商澄清，如能滿足使用要求則只在艉部的裝卸站對甲醇進行裝載和卸貨，這也可以節省船東日后的維護成本。

3系統設計簡介

甲醇被劃為“P”類具有污染危害性化學品，蒸汽易燃易爆。但平臺供應船運輸此類貨品數量“有限”，因而不同于化學品船，如完全滿足IBCCode-散裝運輸危險化學品船舶構造與設備規范并不現實。IMOA.673決議-近海供應船散裝運輸和裝卸有限數量有毒有害液體物質指南針對此類船舶對“有限數量”進行了定義：平臺供應船載運的有毒有害液體數量不超過800m3和載重量體積（單位：立方米，密度為1.0）40%的較小值。A.673決議合理的考慮此類平臺供應船的設計特點及實際，規定了需要滿足IBCCode要求的范圍。文章主要通過對相關規范規則的研究，對以下幾個與甲醇有關的系統進行簡單介紹。

3.1甲醇貨物系統

3.1.1設計壓力

在決定甲醇系統設計壓力時，應考慮該系統中的釋放閥的最高調定壓力。對沒有釋放閥保護或可能與釋放閥隔離的管路和管系部件應至少按下述壓力的最大值進行設計：

（1）對于可能存在甲醇的管路或部件，取該液體在45℃時的飽和蒸氣壓力；

（2）相關泵排放釋放閥的調定壓力；

（3）當相關泵未裝排放釋放閥時，取該泵出口處的最大總壓頭。

3.1.2管壁厚甲醇系統管路一般選用不銹鋼管，根據系統設計壓力計算壁厚，公式可參照IBCCODE第5章，第1節，此處不再贅述。

3.1.3管路間連接方式甲醇貨物系統的管路一般采用對焊連接，法蘭只允許用在管路與泵、閥門、膨脹接頭的認可形式連接，并且法蘭應為焊頸法蘭。DN50以下無晶間腐蝕的管路也可考慮使用套管焊接連接。外徑≤25mm的儀表管路及次要管路可以使用螺紋連接。

3.1.4管系試驗

管路在組裝完畢后，每一管系應經至少為1.5倍設計壓力的靜水壓試驗。然而，當管系或部分系統已制成并裝配備了所有附件后，靜水壓力試驗可在船上安裝前進行。焊接的接頭應在船上以1.5倍設計壓力進行靜水壓試驗。在船上安裝完工后，每一管系都應進行泄漏試驗，其試驗壓力系取決于適用的試驗方法。對于甲醇艙內的管路和管端開敞的管路，可按照公認的標準可同意放寬這些要求。

3.1.5管路布置

甲醇貨物管路應布置在甲板以上，避免布置在甲板以下甲醇艙外側與外板之間，除非能保持對破損保護要求的距離。布置時應考慮防止機械破壞，在穿過艙壁時還應能防止其在艙壁處產生過大的應力。需注意以螺栓連接的法蘭不應穿過艙壁。為了適當控制甲醇駁運，每個甲醇艙的注入管路和排放管路上應設置一個手動操作的截止閥或截止止回閥；在每個貨物軟管連接處應設1個截止閥；所有甲醇貨物泵應設有遙控關閉裝置。

3.2貨物透氣系統

透氣系統的目的是防止甲醇艙內的蒸汽壓力過壓或欠壓。每一個甲醇艙都應設置獨立于其它艙室透氣的系統，能夠避免蒸汽集聚和進入安全處所及可能發生火災、爆炸的處所。透氣管布置時應連接到艙室頂部，出口應允許蒸汽垂直向上噴射而不受阻礙，并應盡可能在所有可正常操作的橫傾和縱傾的條件下使貨物透氣管路能自行排放回液貨艙內。IBCCODE將液貨艙的透氣類型分為開式透氣系統和控制式透氣系統。開式系統指在正常操作期間，允許貨物蒸汽自由進出液貨艙而無任何限制，此種方式只能用于無安全危險和無毒危險貨物。控制式透氣系統由一個主透氣系統和一個輔助透氣系統構成，當其中一套裝置發生故障時能允許完全釋放蒸氣以防止過壓或欠壓。主系統是在每個液貨艙內設置的壓力真空釋放閥，以限制艙內的壓力或真空。輔助透氣系統可由安裝在每個液貨艙內的壓力傳感器以及安裝在貨物控制站的監控系統組成，監控系統應設有報警裝置，當艙內出現過壓或欠壓時報警。甲醇艙透氣系統需選用控制式透氣系統，其設計和操作應能保證在貨物操作期間液貨艙內所產生的壓力或真空不應超過貨艙的設計參數。在確定液貨艙透氣系統的尺寸時應考慮的主要因素如下：

3.2.1設計的裝卸率。

3.2.2裝貨期間氣體逸出：至少應為最大裝貨速率乘以1.25系數。

3.2.3貨物蒸氣混合物的密度。

3.2.4透氣管、交叉連接閥和配件的壓力損失。

3.2.5釋放裝置的壓力／真空調定值，一般取0.14bar/-0.035bar。甲醇系統透氣閥通常都選用出口噴射速度≥30m/s認可的高速透氣閥。IBCCODE中對此類閥門的位置要求是離開起居處所、服務處所和機器處所的空氣進口或開口及點火源的最近水平距離至少為10m，此要求通常都可以滿足；高度要求是在露天甲板上的高度不小于3m，如設在升高步橋的4m范圍內，則在升高步橋以上的高度應不小于3m。而實際上大部分平臺供應船的甲醇高速透氣閥都布置在安全島的頂部，安全島頂部屬于升高步橋，A.673決議也未對該條規則進行修正及解釋。由于此處完全不可能實現3m高的透氣管的布置安裝，所以船級社在審圖對此高度都會適當放寬，一般取高于主甲板3m即可。這也反映了針對平臺供應船的散裝化學品系統規范規則還不完善，隨著此類船舶的建造數量的增加，更詳細的規范更新勢在必行。

3.3甲醇艙檢測及測量液貨艙的檢測主要有三種型式：

3.3.1開式裝置

利用液貨艙的開口進行測量，可以將測量儀表放置于貨物或其蒸氣之中。

3.3.2限制式裝置

此裝置伸入液貨艙，使用時允許少量貨物蒸氣或液體逸入大氣。不使用時，這種裝置是完全封閉的。其設計應確保在打開這種裝置時不致使艙內貨物(液體或氣霧)發生危險的外溢。

3.3.3閉式裝置

此裝置伸入液貨艙，成為封閉系統的一部分，且能防止艙內貨物逸出。例如浮筒式系統電子探測器、磁性探測器和帶有防護的觀察裝置等；也可采用不穿過液貨艙殼板而與液貨艙無關的間接式裝置，如貨物稱重裝置和管式流量計等。甲醇系統應采用上述的限制式裝置，常規設計是按規范要求設置兩套氧氣傳感器來測量甲醇貨物蒸氣的濃度，其中一套為固定式探測系統，安裝在艙室頂部或甲醇透氣管路上；則另一套可采用便攜式探測儀，需要透氣管路在甲板上預留測量接口。在裝載前后應對甲醇艙的蒸氣空間進行測試，以保證其含氧量不超過2%體積。甲醇艙配置的傳感器應能夠實時監測艙內的狀態，除了氧氣傳感器，甲醇艙還配備一套溫度傳感器用于監測艙內的溫度，在甲醇運輸或駁運過程中，艙內溫度超過設定值時能輸出報警；作為上文介紹的的輔助透氣系統，每個甲醇艙還應配備一套壓力傳感器，當高速透氣閥發生故障，艙內壓力超出設定值時輸出報警信號。甲醇艙的液位測量一般選用雷達式液位傳感器，能夠將液位信息顯示在駕控臺上，并能輸出高位報警。如果雷達液位傳感器只設置一套，則應安裝一個用于應急測量手動測深管來滿足規范要求。另外每個甲醇艙還應另配一套獨立的高高位報警傳感器，用于輸出報警或關閉甲醇泵。以上傳感器，除壓力傳感器和氧氣傳感器可安裝在甲醇的透氣管路上，剩余的雷達測深儀、溫度傳感器、高高位報警傳感器需安裝在甲醇艙頂部。在設計時可參照下列設置保護罩的方式來安裝，此種方式可以避免甲醇艙開孔較多影響強度，通過將傳感器布置在保護罩內，還可降低其防護等級的要求。

3.4甲板泡沫消防系統

裝載甲醇的平臺供應船必須配備固定的抗乙醇泡沫系統，該裝置應能把泡沫輸送到整個甲醇艙甲板區域，并且能把泡沫送到假定甲板已經破裂液貨艙。甲板泡沫系統應能簡便、迅速地操作，系統的主控制站應設在貨物區域外的適當位置，并應鄰近起居處所，以便受保護區域萬一發生火災時能易于到達和操作。在泡沫系統訂貨時，目前常用的是3%AFFF水成膜泡沫，廠家提供的泡沫單元一般包含泡沫炮、泡沫罐、比例混合器，若干泡沫槍以及組成系統的管路、閥件、儀表、控制系統等。泡沫海水供給泵通常由船上的消防泵、壓載泵等來兼做。該泵需要流量較大，對壓力也有較高要求，所以在設計之初就應通過計算確定好方案。如后期不能與系統匹配，不僅會增加成本，對設備布置也會造成很大麻煩。在選擇甲板泡沫系統時，泡沫的供給速率應按下列的最大值選取：

3.4.1按甲醇艙甲板區域的面積

每平方米為2l/min。此處甲板區域面積是指船舶的最大寬度乘以甲醇艙處所范圍整個縱向長度。

3.4.2按具有最大水平截面積的單個甲醇艙的水平截面積

每平方米為20l/min。3.4.3按最大的泡沫炮所保護并完全位于該泡沫炮前方的區域面積，每平方米為10l/min，但應不小于1250l/min。泡沫系統應能確保以最大的供給速率持續提供泡沫溶液至少30min。在計算時甲板區域面積根據A.673決議中對貨物區域的定義選取，需要覆蓋甲醇艙3m范圍內的甲板區域。根據經驗，泡沫最大供給速率都由以上第3條計算得出，泡沫炮布置的位置越靠近甲醇貨物甲板區域，所需覆蓋的面積越小，對設備的選型也越有利。因此在設計時泡沫炮都布置在臨近起居處所靠近甲醇艙的安全島上，每舷一只。

4結束語

我國海上油氣資源開發具有十分廣闊的前景，據測算，南海油氣總儲量達300億噸，其中大部分海域因遠離大陸，尚未得到開采，開發潛力巨大。隨著我國向海洋進軍，作為配套服務的平臺供應船必將陸續投入運營。配有先進貨物系統，能夠散裝運輸甲醇或類似有限數量的有毒有害液貨的平臺供應船必將成為市場的首選方案。大連中遠船務承建的9000HP深水供應船是目前國內最先進的平臺供應船，通過對相關規范的研究，介紹其貨物甲醇及相關系統的設計，以期能為今后國內類似船型的建造設計提供參考。

作者：趙爽 曹建偉 李麗 單位：大連中遠船務工程有限公司