鐘兆卓，唐煒?lè)?/p>

（廣州中船龍穴造船有限公司，廣東廣州 511462）

1 概述

原油船是指用于裝卸、運(yùn)輸原油的船舶。在船舶剛開(kāi)始用于原油運(yùn)輸?shù)臅r(shí)候，連續(xù)發(fā)生了幾起大型船舶燃爆事件，給油船的航運(yùn)安全敲響了警鐘。燃爆容易在原油船上發(fā)生是由于原油船很容易齊備燃爆所需要三樣因素：可燃物、氧氣、引起燃爆的能量。

在貨油艙里，原油不斷揮發(fā)，可燃?xì)怏w不可避免地充滿(mǎn)整個(gè)空間。

另一方面，要杜絕引起燃爆的能量也很難完全做到，在航行的過(guò)程中，會(huì)因各種可能而產(chǎn)生靜電，難以一一避免，而靜電很大可能產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)燃爆的能量。

因此，唯一可以考慮的是想辦法減少氧氣的含量。

2 船舶惰性氣體概念、制造原理及功能

2.1 “惰氣”的概念

研究表明，當(dāng)氧含量下降到11%以下時(shí)，無(wú)論此時(shí)混合氣體中可燃?xì)怏w的含量是多少，燃爆都不會(huì)發(fā)生。因此可以認(rèn)為含氧量在11%以下的混合氣體是“惰性氣體”了。

2.2 “惰氣”的制造

在所建造的某型32萬(wàn)噸原油船中，鍋爐燃燒燃油后產(chǎn)生的氣體除了含有少量氧氣外，還含有氮?dú)?、二氧化碳、二氧化硫、煙灰等物質(zhì)，該氣體經(jīng)過(guò)洗滌塔后，氣體會(huì)被冷卻且煙灰及二氧化硫等雜質(zhì)會(huì)被過(guò)濾掉，此時(shí)的混合氣體經(jīng)探頭檢測(cè)含氧量符合要求后，通過(guò)離心式鼓風(fēng)機(jī)后輸送到甲板水封塔，然后輸送到各貨油艙。

2.3 惰氣系統(tǒng)功能總結(jié)[1]

當(dāng)貨油艙卸油時(shí)，需要吸入氣體進(jìn)行補(bǔ)充，如果補(bǔ)充空氣會(huì)有使貨油艙內(nèi)可燃?xì)怏w與空氣中氧氣混合達(dá)到燃爆狀態(tài)的危險(xiǎn)，因此在貨油艙卸放液體時(shí)，需要充惰保持貨油艙的惰化。

當(dāng)進(jìn)行貨油艙的清洗后，需要利用惰氣系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)，吸入新鮮空氣驅(qū)除貨油艙的惰氣，使艙內(nèi)不會(huì)因存有惰氣而影響作業(yè)人員健康。

當(dāng)裝載著貨油進(jìn)行航行時(shí)，需要需要繼續(xù)開(kāi)啟惰氣對(duì)貨油艙補(bǔ)氣。

3 惰氣系統(tǒng)主要設(shè)備運(yùn)行功能描述

3.1 氧含量的測(cè)定

測(cè)試氧含量的探頭為氧化鋯傳感器，傳感器內(nèi)側(cè)與惰氣接觸，外側(cè)與空氣接觸，當(dāng)內(nèi)外側(cè)分別接入電壓時(shí)，外側(cè)的氧氣由于外電壓作用獲得電子，成為氧離子進(jìn)入氧化鋯內(nèi)，然后氧離子在內(nèi)側(cè)由于外電壓作用失去電子成為氧氣，由于內(nèi)側(cè)惰氣氧含量低、外側(cè)空氣氧含量高，氧氣的濃度差使氧氣外側(cè)響內(nèi)側(cè)進(jìn)行擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。

因此，惰氣的氧含量越小，氧氣濃度差就越大，就有越多的氧離子在內(nèi)外側(cè)之間流動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生越強(qiáng)的電流信號(hào)，通過(guò)分析電流的強(qiáng)弱，即可得知惰氣中氧含量的多少。

3.2 鍋爐煙氣的處理

鍋爐煙氣由氮?dú)狻⒍趸?、氧氣、二氧化硫、煙灰等?gòu)成，其中二氧化硫會(huì)產(chǎn)生酸，它和煙灰等雜質(zhì)如果直接進(jìn)入貨油艙會(huì)影響儲(chǔ)存在艙里的原油，因此需要通過(guò)洗滌塔進(jìn)行處理。

鍋爐的煙氣進(jìn)入洗滌塔后與從噴嘴噴出的由洗滌塔海水泵供給的海水混合后經(jīng)過(guò)丘文里管，在丘文里管的收縮段，由于收縮作用使氣液兩相間相對(duì)流速很大，液滴在高速氣流下霧化，氣體溫度達(dá)到飽和，塵粒被水濕潤(rùn)。塵粒與液滴之間、塵粒之間發(fā)生激烈碰撞和凝聚。之后進(jìn)入擴(kuò)散段，在擴(kuò)散段，速度下降、壓力回升，以塵粒為凝結(jié)核的凝聚作用加快，凝聚成直徑較大的含塵液滴，掉到洗滌塔底部通過(guò)管路排到船外。

余下的氣體被引導(dǎo)往上升，通過(guò)被從洗滌塔海水泵供給的水濕潤(rùn)的濕式濾網(wǎng)，氣體被進(jìn)一步降溫和清潔，氣體內(nèi)的硫化物被水霧帶走，水霧慢慢落到洗滌塔底部通過(guò)管路排到船外。

之后的氣體然后經(jīng)過(guò)干式濾器去除氣體內(nèi)的水汽后，從洗滌塔出口排出。

3.3 甲板水封

甲板水封塔用于防止貨油艙內(nèi)氣體逆流至鍋爐煙道內(nèi)，塔底層為從甲板水封泵供給的海水，隋氣進(jìn)入甲板水封塔的底部，以氣泡的形式通過(guò)海水往上冒，在此過(guò)程中惰氣會(huì)帶走部分的液體，因此甲板水封泵會(huì)保持運(yùn)行供給海水，惰氣以氣泡形式冒出液面后經(jīng)過(guò)干式濾器除去氣體內(nèi)的水汽后，排出甲板水封塔。

由于貨油艙的惰氣壓力要比大氣壓力大，海水進(jìn)口側(cè)有一高出進(jìn)口側(cè)兩米半的管路，海水升上該高出進(jìn)口側(cè)兩米半的管路而產(chǎn)生壓力，從而補(bǔ)償水封塔進(jìn)、出口兩側(cè)的壓力差。

4 惰氣系統(tǒng)控制原理

惰氣系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 惰氣系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

當(dāng)需要利用惰氣系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)吸入新鮮空氣驅(qū)除貨油艙的惰氣時(shí)，需要的步驟以及各設(shè)備的控制程序如下。

（1）打開(kāi)空氣進(jìn)口閥7。

（2）選擇需要開(kāi)啟的風(fēng)機(jī)。

（3）按“啟動(dòng)空氣”按鈕。

1）此時(shí)風(fēng)機(jī)起動(dòng)，并且密封空氣電磁閥4、大氣通風(fēng)閥10自動(dòng)打開(kāi)，當(dāng)風(fēng)機(jī)經(jīng)過(guò)降壓起動(dòng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)后，鼓風(fēng)機(jī)出口閥8/9會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，打開(kāi)的角度由系統(tǒng)所設(shè)的流量決定，由圖2可以看出，風(fēng)機(jī)流量隨著軸功率的提高而增大，而軸功率是隨著風(fēng)機(jī)馬達(dá)電流的增大而提高的。

2）通過(guò)檢測(cè)風(fēng)機(jī)馬達(dá)電流，便可間接得知風(fēng)機(jī)的流量，當(dāng)風(fēng)機(jī)處于額定負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，電流為135 A，當(dāng)風(fēng)機(jī)處于最小允許負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，電流為75 A，把135 A設(shè)為“100”，75 A設(shè)為“0”，當(dāng)把流量設(shè)置從“100”變?yōu)椤?0”時(shí)，則風(fēng)機(jī)出口閥8/9進(jìn)行關(guān)閉動(dòng)作，同時(shí)檢測(cè)風(fēng)機(jī)反饋的電流值，當(dāng)電流值降為額定電流的（135-75） ×80%+75，即125 A時(shí)，風(fēng)機(jī)出口閥8/9停止繼續(xù)關(guān)閉的動(dòng)作，即此時(shí)可認(rèn)為風(fēng)機(jī)已達(dá)到所要求的80%的排量[2]。

（4）鼓風(fēng)機(jī)出口閥8/9達(dá)到所要求的開(kāi)度后，并且甲板水封泵保持運(yùn)行使甲板水封塔的水位位于正常水位時(shí)，可以按“輸送到甲板”按鈕。

1）此時(shí)惰氣主閥11會(huì)自動(dòng)打開(kāi)、甲板通風(fēng)電磁閥12會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，空氣通過(guò)惰氣主閥11進(jìn)入甲板水封塔，經(jīng)過(guò)甲板水封塔輸?shù)郊装迕娼o需要新鮮空氣的艙室進(jìn)行供氣，同時(shí)，一直打開(kāi)的大氣通風(fēng)閥會(huì)進(jìn)行閉動(dòng)作，使空氣的出口壓力與所設(shè)置的壓力相一致。

2）甲板水封泵出口有一個(gè)壓力傳感器，把甲板水封塔出口的惰氣壓力值傳回給控制箱，該壓力值與控制箱所設(shè)置的壓力值比較，如果所設(shè)的壓力值小于檢測(cè)到的壓力值，大氣通風(fēng)閥10將慢慢關(guān)閉，直到檢測(cè)到的壓力值大于所設(shè)置的壓力值后，才會(huì)停止大氣通風(fēng)閥10的關(guān)閉動(dòng)作。同樣道理，如果所設(shè)的壓力值小于檢測(cè)到的壓力值時(shí)，大氣通風(fēng)閥10會(huì)慢慢打開(kāi)，直到檢測(cè)到的壓力值小于所設(shè)置的壓力值后，才會(huì)停止大氣通風(fēng)閥10的打開(kāi)動(dòng)作。

圖2 惰氣鼓風(fēng)機(jī)流量與軸功率關(guān)系圖

（5）此時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入了正常的空氣供氣模式，在按“停止”按鈕使系統(tǒng)停止工作之前，風(fēng)機(jī)出口閥8/9會(huì)根據(jù)用戶(hù)的負(fù)荷要求以及風(fēng)機(jī)阻力的變化不斷地調(diào)整開(kāi)度，大氣通風(fēng)閥10會(huì)根據(jù)用戶(hù)的壓力要求以及甲板空氣壓力的變化不斷地調(diào)整開(kāi)度。

當(dāng)需要給貨油艙充惰氣時(shí)，需要的步驟以及各設(shè)備的控制程序如下。

（1）選擇洗滌塔是由洗滌塔海水泵供水還是由其他惰氣系統(tǒng)以外的泵供水。

（2）選擇供煙氣的鍋爐。

（3）選擇需要開(kāi)啟的風(fēng)機(jī)。

（4）關(guān)閉空氣進(jìn)口閥7。

（5）按觸“清洗煙道閥”按鈕，“清洗煙道閥”按鈕顏色發(fā)生變化，煙道清洗閥3將打開(kāi)，蒸汽通過(guò)煙道清洗閥3對(duì)1號(hào)鍋爐煙道閥1、2號(hào)鍋爐煙道閥2、鍋爐公共煙道閥6進(jìn)行清洗。

（6）再次按“清洗煙道閥”按鈕，“清洗煙道閥”按鈕恢復(fù)原來(lái)顏色，煙道清洗閥3將關(guān)閉。

（7）按觸“啟動(dòng)燃?xì)狻卑粹o，此時(shí)洗滌塔海水進(jìn)口閥5打開(kāi)、密封空氣閥4打開(kāi)、相應(yīng)的鍋爐煙道閥1/2打開(kāi)、鍋爐公共煙道閥6打開(kāi)、相應(yīng)的風(fēng)機(jī)出口閥8/9打開(kāi)，十秒后，如果在“步驟1”選擇的是由洗滌塔海水泵向洗滌塔供水，洗滌塔海水泵將啟動(dòng)，再經(jīng)過(guò)十七秒后，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，此時(shí)密封空氣閥3關(guān)閉，相應(yīng)的風(fēng)機(jī)出口閥8/9關(guān)閉，當(dāng)風(fēng)機(jī)經(jīng)過(guò)降壓起動(dòng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)后，鼓風(fēng)機(jī)出口閥8/9會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，打開(kāi)的角度由系統(tǒng)所設(shè)的流量決定。

（8）鼓風(fēng)機(jī)出口閥8/9打開(kāi)角度穩(wěn)定再經(jīng)過(guò)五十秒后，如果此時(shí)系統(tǒng)通過(guò)氧含量探頭確認(rèn)此時(shí)氣體氧含量在5%以下，并且甲板水封泵保持運(yùn)行使甲板水封塔的水位位于正常水位時(shí)，系統(tǒng)可以允許用戶(hù)選擇“輸送到甲板”按鈕。

（9）按觸“輸送到甲板”按鈕，此時(shí)惰氣主閥11會(huì)自動(dòng)打開(kāi)、甲板通風(fēng)電磁閥12會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，空氣通過(guò)惰氣主閥11進(jìn)入甲板水封塔，經(jīng)過(guò)甲板水封塔輸?shù)郊装迕娼o貨油艙進(jìn)行充惰，同時(shí)，一直打開(kāi)的大氣通風(fēng)閥10會(huì)進(jìn)行閉關(guān)動(dòng)作，使空氣的出口壓力與所設(shè)置的壓力相一致。

（10）此時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入了正常的惰氣供氣模式，在按“停止”按鈕使系統(tǒng)停止工作之前，風(fēng)機(jī)出口閥8/9會(huì)根據(jù)用戶(hù)的負(fù)荷要求以及風(fēng)機(jī)阻力的變化不斷地調(diào)整開(kāi)度，大氣通風(fēng)閥10會(huì)根據(jù)用戶(hù)的壓力要求以及甲板空氣壓力的變化不斷地調(diào)整開(kāi)度。

5 惰氣系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置

5.1 流量設(shè)置

惰氣的吸風(fēng)、排風(fēng)工作主要依靠鼓風(fēng)機(jī)完成，風(fēng)機(jī)共有兩臺(tái)，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后可通過(guò)控制該風(fēng)機(jī)出口閥的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)該風(fēng)機(jī)流量。

惰氣的流量設(shè)置要注意以下幾點(diǎn)。

（1）惰氣排量要小于鍋爐煙氣的排量，因?yàn)槿绻L(fēng)機(jī)的排量大于鍋爐煙氣的排量時(shí)，風(fēng)機(jī)便有可能吸入空氣，使含氧量增大。

（2）惰氣排量要大于所開(kāi)動(dòng)的貨油泵的排量。因?yàn)槿绻L(fēng)機(jī)的排量少于壓載泵的排量時(shí)，貨有艙便有可能吸入空氣，使含氧量增大。

（3）對(duì)于該船來(lái)說(shuō)，船上有兩臺(tái)鍋爐，每臺(tái)鍋爐額定負(fù)荷工作下會(huì)產(chǎn)生每小時(shí)45 000 m3的煙氣，惰氣系統(tǒng)有兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)的額定在工作狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生每小時(shí)10 315 m3的風(fēng)量，貨油系統(tǒng)有三臺(tái)貨油泵，每臺(tái)貨油泵額定狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生每小時(shí)5 500 m3的流量，因此，當(dāng)有一臺(tái)貨油泵在運(yùn)行時(shí)，可運(yùn)行一臺(tái)惰氣風(fēng)機(jī)并設(shè)定其為滿(mǎn)負(fù)荷狀態(tài)，同時(shí)保證有一臺(tái)鍋爐處于30%以上的負(fù)荷狀態(tài)。當(dāng)有兩臺(tái)或者三臺(tái)貨油泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需要保證有兩臺(tái)惰氣風(fēng)機(jī)在運(yùn)行并設(shè)定其為滿(mǎn)負(fù)荷狀態(tài)，同時(shí)要保證起碼有一臺(tái)鍋爐處于50%以上的負(fù)荷狀態(tài)。

5.2 壓力設(shè)置

輸送至各個(gè)貨油艙惰氣的壓力控制主要通過(guò)調(diào)節(jié)大氣通風(fēng)閥的開(kāi)度實(shí)現(xiàn)。

惰氣的壓力設(shè)置要注意以下幾點(diǎn)。

（1）惰氣壓力要低于各貨油艙的試壓壓力，否則貨油艙艙壁及焊縫容易發(fā)生形變泄漏等危險(xiǎn)情況，本船貨油艙試壓壓力為2 500 mmWG。

（2）惰氣壓力要高于大氣壓力，否則貨油艙有從空氣中吸入氧氣的危險(xiǎn)。

（3）一般設(shè)置壓力為500 mmWG，由于風(fēng)量的變化存在滯后的慣性，從大氣通風(fēng)閥開(kāi)始動(dòng)作到壓力開(kāi)始相應(yīng)發(fā)生改變，要經(jīng)過(guò)差不多5秒，如在裝載貨油期間，可把設(shè)置壓力值適當(dāng)調(diào)大，避免壓力降下來(lái)時(shí)風(fēng)量來(lái)不及反應(yīng)而產(chǎn)生真空吸入氧氣；如在載油航行期間，可把設(shè)置壓力適當(dāng)調(diào)小，避免系統(tǒng)供給過(guò)大的風(fēng)量使壓力升高后，艙內(nèi)壓力與大氣之間的壓力差增大，使泄漏的惰氣量增加，影響甲板上作業(yè)人員的健康。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文對(duì)惰氣保護(hù)系統(tǒng)的介紹，希望讀者能了解原油船貨油艙的防火防爆原理，同時(shí)，希望對(duì)從事液貨船設(shè)計(jì)、調(diào)試、航行工作的人員有所裨益。

［1］李玉平.油船貨物操作［M］.大連：大連海事大學(xué)出版社，2012.

［2］張春來(lái).船舶電氣與自動(dòng)化［M］.大連：大連海事大學(xué)出版社，2012.