劉維國，呂　君，楊海燕

(1.海軍駐426廠軍事代表室，遼寧 大連 116005；2.中國艦船研究設計中心，武漢 430064)

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冰級船海水系統(tǒng)的防冰堵設計

劉維國1，呂君2，楊海燕2

(1.海軍駐426廠軍事代表室，遼寧 大連 116005；2.中國艦船研究設計中心，武漢 430064)

摘要：介紹國外部分冰級船設計規(guī)范中冰級船海水系統(tǒng)的防冰設計技術要求，從吸入控冰、內(nèi)部隔冰和加熱除冰3個方面分析海水系統(tǒng)防冰堵的措施，得出該系統(tǒng)防冰設計的技術要點。

關鍵詞：冰級船；海水系統(tǒng)；防冰；除冰；通海閥箱

冰級船在冰區(qū)水域航行時，水中的冰塊和冰泥可能通過船舶的海水吸入口進入通海閥箱，從而堵塞海水管路系統(tǒng)，造成海水供應不足。本文通過對國際海事組織(IMO)[1-2]、國際船級社協(xié)會(IACS)[3]、挪威船級社(DNV)[4-5]以及美國船級社(ABS)[6-7]等機構頒布的部分冰區(qū)加強型船舶或破冰船設計規(guī)范等相關資料的解讀和對比，從吸入控冰、內(nèi)部隔冰和加熱除冰3個方面提煉冰級船海水系統(tǒng)的防冰堵措施，并對利用循環(huán)水回路除冰的海水冷卻系統(tǒng)進行介紹，旨在為我國發(fā)展該項防冰堵設計技術提供參考。

1吸入控冰

通海閥箱的吸入口作為海水的惟一進口，在海水系統(tǒng)的防冰堵設計中非常重要。吸入控冰是指通過船舶通海閥箱海水吸入口的合理布置來防止或最大程度上減少冰的攝入。而提供最佳保護的位置僅取決于船型和船的尺寸。比如，一些有限吃水的小船可能將吸入口布置在靠近船中線的地方，以免吸入從艏往艉漂移的浮冰。一般而言，吸入口應布置在靠近船中、盡可能低且盡量遠離船艉的地方。

圖1　堰板型通海閥箱的設計

2內(nèi)部隔冰

內(nèi)部隔冰是指在通海閥箱中安裝堰板或隔離板來分離冰塊以實現(xiàn)海水進口管防冰堵的目的。在波羅的海海域航行的破冰船常采用這種堰板型的通海閥箱。如圖1和圖2所示，由于海水進口管通過一塊固體堰板(低于水線)或隔離板(高于水線)和海水吸入口隔離，所以可能進入通海閥箱的冰塊會漂浮在閥箱頂部，防止冰塊被吸入進口管，減少了通海閥箱中海水進口管堵塞的可能。為防止吸入大的冰粒且能提供足夠的冷卻能力，ABS規(guī)范中推薦隔離板的孔徑為DN20 mm。此外通海閥箱吸入口的流通面積應為和海水艙相連的所有泵進口面積之和的5～6倍。

3加熱除冰

3.1通海閥箱的除冰

雖然通海閥箱的上述布置考慮以及加裝堰板或隔離板的結(jié)構設計會減少冰吸入的影響或阻止一些結(jié)冰，但是這些措施并不能排除上述可能性。為減少冰級船在寒冷地區(qū)航行的這種內(nèi)在危險，可以在通海閥箱的隔離板上安裝蒸汽、熱油或熱水盤管，以達到除冰的目的，見圖2。

實際應用中可能更普遍地采用直接加熱的除冰方式(見圖3)，在通海閥箱內(nèi)靠近吸入口的位置安裝低壓蒸汽噴頭或壓縮空氣用于融化或吹除吸入口格柵上的冰塊。不過加拿大東部冰區(qū)海域的船舶航行實踐表明，即使在薄冰工況下僅依靠蒸汽融冰或空氣吹冰還是無法維持足夠的海水吸入量。需在通海閥箱上加裝一根通大氣的透氣管，其橫截面積至少應等于海水進口管的橫截面積。透氣管應布置在防凍區(qū)域或加裝伴熱帶作為預防措施，以免因冰堵造成船體結(jié)構的破壞。

圖2　帶加熱盤管的隔離板型通海閥箱的設計

圖3　利用循環(huán)水系統(tǒng)除冰的海水冷卻系統(tǒng)原理

國際海事組織推薦一種利用循環(huán)水回路除冰的海水冷卻系統(tǒng)。當冰級船在冰區(qū)水域航行時，海水從船舶低位通海閥箱流入海水艙，然后經(jīng)海水泵運送到空調(diào)、淡水造水機和蒸汽冷凝器等各換熱器，進行熱交換后各海水支管合成一條總管，合管后的海水溫度得到升高。然后將這部分海水經(jīng)循環(huán)管路系統(tǒng)重新導入低位通海閥箱和海水艙去融化冰塊，此時舷外排出閥處于關閉狀態(tài)，以保證換熱后的海水能回流到通海閥箱和海水艙中。在非冰區(qū)水域航行時，海水從船體舷外經(jīng)吸入口進入高位通海閥箱，然后由海水泵運送到各換熱器進行熱交換后匯成一條總管，合管后的海水全部經(jīng)舷部附件排出舷外。2種工況下海水輸運流程見圖4、5。

圖4除冰工況下海水輸運流程

圖5非除冰工況下海水輸運流程

3.2粗效過濾器的除冰

圖6　通海閥箱和粗效過濾器進口前的除冰回路

低位通海閥箱出口管路上安裝的粗效過濾器也是船舶易受冰堵的設備之一。在通海閥箱和粗效過濾器進口前各加裝一個循環(huán)系統(tǒng)除冰回路，見圖6。為防止吸入冰，過濾器中過濾板的孔徑約為DN20 mm。需要注意的是，帶截止閥的循環(huán)管路必須在船進入干塢時才能安裝，且通海閥箱上需安裝新截止閥。取消圖6中通海閥箱上的除冰回路是可行的，只要通海閥箱和粗效過濾器之間有足夠的空間便可隨時安裝帶截止閥的循環(huán)管路。

4系統(tǒng)防冰堵措施

1)從減少冰的吸入考慮，海水吸入口應盡量布置在遠離船艉且靠近船中線的地方。

2)在船舶內(nèi)部隔冰方面，帶堰板或隔離板的通海閥箱結(jié)構可以起到分離冰塊，減少海水進口管被冰堵塞的作用。

3)從加熱除冰的角度出發(fā)，既可以在通海閥箱、海水艙或其連接管路及附件上安裝加熱盤管，也可以利用循環(huán)海水回路直接除冰。

參考文獻

[1] 趙遠征,呂君,房玉吉,等.冰級船海水系統(tǒng)防冰設計技術初步研究[J].船舶標準化工程師,2014,48(1),18-20.

[2] IMO. Guidelines for ships operating in arctic ice-covered waters[S].2002.

[3] IACS. Requirements concerning-Polar Class[S].2011.

[4] DNV. Rules for classification of ships-general regulations[S].2004.

[5] DNV. Ships for navigation in ice[S].2003.

[6] ABS. Guide for vessels operating in low temperature invironments[S].2012.

[7] ABS. Rules for building and classing-steel vessels[S].2013.

Research on Anti-Icing Design Technology for Ice Class Ship Seawater System

LIU Wei-guo1, LV Jun2, YANG Hai-yan2

(1 Navy Representative Office in No.426 Factory, Dalian Liaoning 116005, China;2 China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China)

Abstract:Anti-icing design technical requirements for the ice class ship seawater system on some ice class ship design rules abroad are introduced. Three anti-icing measures of seawater system are analyzed including the way of suction controlling of ice, separating the ice in the ship and heating de-icing. Some key points of anti-icing design technology for the ice class ship seawater system are summarized.

Key words:ice class ship; seawater system; anti-icing; de-icing; sea box

中圖分類號：U674.21

文獻標志碼：A

文章編號：1671-7953(2016)02-0027-03

第一作者簡介：劉維國(1961-)，男，碩士，高級工程師E-mail:lvjun5238036@126.com

基金項目：國家部委基金資助項目

收稿日期：2016-01-06

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2016.02.008

修回日期：2016-01-21

研究方向:船舶系統(tǒng)