船舶氧氣管網(wǎng)脫脂技術(shù)

劉安漣

(中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，武漢 430064)

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船舶氧氣管網(wǎng)脫脂技術(shù)

劉安漣

(中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，武漢 430064)

為保證氧氣系統(tǒng)安全運(yùn)行，針對(duì)船舶氧氣管網(wǎng)的特點(diǎn)，提出一種閉式對(duì)流循環(huán)脫脂法,基于該法設(shè)計(jì)脫脂工藝，經(jīng)實(shí)船工程實(shí)施，氧氣管網(wǎng)內(nèi)表面油脂殘留量小于最高標(biāo)準(zhǔn)要求，說(shuō)明該脫脂方法和工藝適用于船舶管網(wǎng)。

船舶氧氣管網(wǎng)；脫脂；閉式對(duì)流循環(huán)

1 船舶氧氣管網(wǎng)脫脂要求

目前，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有頒布針對(duì)船舶上氧氣管網(wǎng)脫脂的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因此設(shè)計(jì)引用相關(guān)陸用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)《深度冷凍法生產(chǎn)氧氣及相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程》(GB16912—2008)[1]對(duì)制氧設(shè)備、氧氣管路及附件均有脫脂要求，美國(guó)《富氧環(huán)境用材料和設(shè)備的清潔處理方法》(ASTM G 93—1996)亦明確脫脂要求。國(guó)內(nèi)脫脂方法和驗(yàn)收均遵循標(biāo)準(zhǔn)《脫脂工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(HG20202—2014)[2]和標(biāo)準(zhǔn)《空氣分離設(shè)備表面清潔度》(JB6896—2007)[3]，油脂的殘留量規(guī)定見(jiàn)表1。

表1 設(shè)備表面油脂殘留量

工業(yè)上氧氣管路常用的脫脂劑為四氯化碳，四氯化碳是無(wú)色、透明、不可燃、極易揮發(fā)并有毒的液體，對(duì)人體有毒害，高質(zhì)量濃度的四氯化碳被吸入后能引起四氯化碳中毒的可能[4-5]。因此標(biāo)準(zhǔn)《脫脂工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定脫脂作業(yè)應(yīng)在室外或有通風(fēng)裝置的室內(nèi)進(jìn)行，脫脂現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)通風(fēng)良好。脫脂后應(yīng)及時(shí)將內(nèi)部的脫脂劑排干凈并回收，以防污染環(huán)境。船舶艙室的施工環(huán)境一般不具備此條件。

通常，管件和氧氣管段在預(yù)制階段采用常規(guī)的池槽浸泡法即可完成脫脂清洗。管件和氧氣管段上船施工時(shí)，由于船上施工環(huán)境狹窄而且封閉，難免在施工過(guò)程中再次污染氧氣管網(wǎng)，因此船舶氧氣管網(wǎng)施工后，需要整體管網(wǎng)脫脂。

相對(duì)陸地上工業(yè)氧氣管路，船舶上氧氣系統(tǒng)呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有管路彎曲、支管多、接口多，管路通徑小的特點(diǎn)，末端用戶通徑有的為DN6。管路之間落差大，且船艙艙室封閉，沒(méi)有自然通風(fēng)，因此傳統(tǒng)開(kāi)放式的池槽浸泡法、噴淋法、擦拭法在船舶環(huán)境下無(wú)法完成管網(wǎng)內(nèi)表面的脫脂作業(yè)，而且開(kāi)放式脫脂產(chǎn)生的廢液不易回收，污染環(huán)境，對(duì)作業(yè)人員有害。

2 船舶氧氣管網(wǎng)脫脂技術(shù)

針對(duì)船舶氧氣管網(wǎng)特點(diǎn)，提出一種適應(yīng)于船舶管網(wǎng)內(nèi)表面在線脫脂方法——閉式對(duì)流循環(huán)脫脂法。運(yùn)用該方法完成復(fù)雜管網(wǎng)的脫脂，安全回收脫脂廢液，防止脫脂劑對(duì)作業(yè)人員帶來(lái)污染和影響。

2.1 對(duì)流循環(huán)脫脂法原理

對(duì)流循環(huán)脫脂法原理如圖1所示。儲(chǔ)液罐和各回路的部件組成、用途如下。

1)儲(chǔ)液罐。主要用于儲(chǔ)存脫脂液，也可接收氣體，可承受0～2.0 MPa的壓力；安裝了管式液位計(jì)，可觀察儲(chǔ)液罐內(nèi)儲(chǔ)存液體的液位；儲(chǔ)液罐上部有通氣口，安裝了通氣閥用于排除儲(chǔ)液罐上部的氣體；儲(chǔ)液罐上部還有加液口，安裝的加液閥用于往儲(chǔ)液罐內(nèi)加注脫脂液等液體；儲(chǔ)液罐下部有排液口、檢測(cè)取樣口，安裝的排液閥用于排出儲(chǔ)液罐內(nèi)的脫脂液等液體，儲(chǔ)液罐與排液閥之間的管道連接處還安裝了取樣閥用于取樣檢測(cè)儲(chǔ)液罐內(nèi)儲(chǔ)存的液體的成分；儲(chǔ)液罐下部還有循環(huán)脫脂液排液口，以管道將儲(chǔ)液罐內(nèi)的脫脂液引出儲(chǔ)液罐；儲(chǔ)液罐上部還有循環(huán)脫脂液回液口，用于將來(lái)自管網(wǎng)的脫脂液等液體送回儲(chǔ)液罐。

2)送液回路。送液回路分主動(dòng)送液回路與備用送液回路組成，主動(dòng)送液回路主要包括球閥01、可拆卸清洗的過(guò)濾器01、耐腐蝕泵AB01、壓力表PI1、單向閥01、球閥03及其連接管道、管件等組成。以耐腐蝕泵AB01作為輸送動(dòng)力將儲(chǔ)液罐內(nèi)脫脂液自儲(chǔ)液罐下部的出液口送至送液口A；備用送液回路主要包括球閥06、壓力表PI2及其連接管道、管件等組成，當(dāng)儲(chǔ)液罐接收帶壓介質(zhì)時(shí)以儲(chǔ)液罐本身的壓力直接將儲(chǔ)液罐內(nèi)脫脂液自儲(chǔ)液罐下部的出液口送至送液口A；送液口A通過(guò)連接球閥07、撓性接管01接入被脫脂的管網(wǎng)入口22。

3)回液回路?；匾夯芈分饕ㄇ蜷y02，可拆卸清洗的過(guò)濾器02、單向閥02、調(diào)節(jié)閥02至回液口B，回液口B緊接著連接球閥05，并通過(guò)撓性接管02接入被脫脂的管網(wǎng)出口32；用于將經(jīng)送液回路送出儲(chǔ)液罐的脫脂液經(jīng)由回液回路自儲(chǔ)液罐上部的循環(huán)脫脂液回液口返回儲(chǔ)液罐。

4)流量調(diào)節(jié)回路。自送液回路的耐腐蝕泵AB01出口與單向閥01之間引出一條支管經(jīng)調(diào)節(jié)閥01引入回液回路的可拆卸清洗的過(guò)濾器02與單向閥02之間，用于將泵出口的過(guò)流液體經(jīng)此回路返回儲(chǔ)液罐，以防止系統(tǒng)超壓。

5)備用內(nèi)循環(huán)回路。自送液回路的送液口A與球閥07之間引出一條支管經(jīng)球閥04引入回液回路的回液口B；可用于當(dāng)關(guān)閉球閥07、球閥05時(shí)，將經(jīng)送液回路送出儲(chǔ)液罐的脫脂液經(jīng)由回液回路自儲(chǔ)液罐上部的循環(huán)脫脂液回液口B返回儲(chǔ)液罐進(jìn)行內(nèi)循環(huán)。該回路可用于工裝自身的脫脂、清洗作業(yè)。也可通過(guò)關(guān)閉球閥03，05而打開(kāi)球閥04，07將脫脂工裝作為被動(dòng)接收站，僅回收來(lái)自管網(wǎng)的脫脂液。

按原理制作的工裝本身可單獨(dú)進(jìn)行內(nèi)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)自我脫脂清洗，滿足《脫脂工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》對(duì)脫脂工裝的預(yù)先脫脂要求。該工裝既可單獨(dú)使用，也可多臺(tái)配合使用，接管網(wǎng)的出入口可用螺紋或法蘭接頭，以完成復(fù)雜船舶管網(wǎng)的脫脂。

2.2 循環(huán)脫脂方法

2.2.1 單臺(tái)脫脂工裝

可單獨(dú)實(shí)施對(duì)某一管路的對(duì)流循環(huán)

如圖1所示，關(guān)閉球閥04，球閥06，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥01至合理的開(kāi)度，啟動(dòng)耐腐蝕泵AB01，脫脂液可經(jīng)送液回路的球閥07，撓性接管01送至待脫脂管網(wǎng)的一端(入口22)，而自撓性接管02，球閥05經(jīng)回液回路返回儲(chǔ)液罐，完成對(duì)待脫脂管網(wǎng)的對(duì)流脫脂循環(huán)，通過(guò)取樣口檢測(cè)脫脂液的油分含量即可判定是否達(dá)到脫脂是否達(dá)到要求，如不符，可通過(guò)排液口排出廢液，加注新的脫脂液繼續(xù)內(nèi)循環(huán)脫脂，直至滿足要求。

2.2.2 2臺(tái)脫脂工裝配合使用

任意1臺(tái)都可作為脫脂液主動(dòng)輸送站或被動(dòng)接收站，主動(dòng)站與被動(dòng)站之間做對(duì)流循環(huán)，可滿足長(zhǎng)輸管道的脫脂。

如圖1所示，每臺(tái)脫脂工裝都可通過(guò)操作球閥03，04，05,07來(lái)控制該脫脂工裝的輸入輸出，通常，2臺(tái)、多臺(tái)工裝配合使用時(shí)，球閥05關(guān)閉，僅將撓性接管01接入管網(wǎng)的某一個(gè)接口；

作為脫脂液主動(dòng)輸送站時(shí)，球閥03，07開(kāi)啟，球閥04，05關(guān)閉，啟動(dòng)耐酸泵該脫脂工裝即成為脫脂液主動(dòng)輸送站，將本脫脂工裝儲(chǔ)液罐內(nèi)的脫脂液送至與此連接的管網(wǎng)入口；

同樣，每臺(tái)脫脂工裝都可作為脫脂液被動(dòng)接收站，將球閥04，07開(kāi)啟，球閥03，05，耐酸泵關(guān)閉，該脫脂工裝即成為脫脂液被動(dòng)接收站，可將來(lái)自另一臺(tái)脫脂工裝的經(jīng)由與待脫脂管系沖涮、浸泡后的脫脂液返回該工裝的儲(chǔ)液罐收集。

2臺(tái)工裝可分別連接管網(wǎng)的1個(gè)入口與1個(gè)出口，各工裝依次作為主動(dòng)站與被動(dòng)站不斷進(jìn)行的對(duì)流循環(huán)，完成循環(huán)對(duì)流脫脂，在最終一次循環(huán)后經(jīng)該次循環(huán)的被動(dòng)接收站的儲(chǔ)液罐取樣口檢測(cè)脫脂液直至符合要求，將殘液放盡收集，吹掃、干燥管路與脫脂工裝即完成。

2.2.3 多臺(tái)脫脂工裝配合使用

任意1臺(tái)都可作為脫脂液主動(dòng)輸送站或被動(dòng)接收站，主動(dòng)站與被動(dòng)站之間做多通路對(duì)流循環(huán)，可滿足任意形態(tài)復(fù)雜管網(wǎng)的脫脂施工作業(yè)。

同樣，每臺(tái)脫脂工裝都按此接入，并均可通過(guò)操作閥門來(lái)將工裝作為脫脂液被動(dòng)接收站，將球閥04,07開(kāi)啟，球閥03,05,耐酸泵關(guān)閉，該脫脂工裝即成為脫脂液被動(dòng)接收站，可將來(lái)自主動(dòng)輸送站的脫脂液返回該工裝的儲(chǔ)液罐收集。

多臺(tái)工裝，分別連接管網(wǎng)的1個(gè)接口，各工裝之間依次按順序至少一次作為主動(dòng)站與被動(dòng)站，這樣不斷進(jìn)行的對(duì)流循環(huán)，可完成復(fù)雜管網(wǎng)的循環(huán)對(duì)流脫脂，在最終一次循環(huán)后經(jīng)該次循環(huán)的被動(dòng)接收站的儲(chǔ)液罐取樣口檢測(cè)脫脂液直至符合規(guī)范要求，將殘液放盡收集，吹掃、干燥管路與脫脂工裝即完成。

2.3 循環(huán)脫脂工藝

為了保證船舶氧氣管網(wǎng)的脫脂效果，結(jié)合脫脂原理，經(jīng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)脫脂工藝如下。

1)接入脫脂工裝。對(duì)管網(wǎng)的每個(gè)端口均接入1臺(tái)上述工裝。

2)氮?dú)獯祾摺Ｓ脡毫?.0～2.0 MPa，露點(diǎn)為-60 ℃，99.99%純度以上氮?dú)獯祾?，流?5～25 m/s(2倍以上于管道設(shè)計(jì)流速)，自管網(wǎng)任意1臺(tái)工裝的通氣口接入，自其他支路出口順序排放，至少吹掃30 min以上，2～3個(gè)循環(huán)，無(wú)微粒、雜質(zhì)、氣味時(shí)結(jié)束，以露點(diǎn)分析儀檢查，進(jìn)出口露點(diǎn)趨于一致時(shí)完成，轉(zhuǎn)入下工序4)進(jìn)行對(duì)流循環(huán)脫脂工序，如露點(diǎn)難以趨于平衡，轉(zhuǎn)入工序3)進(jìn)行抽真空工序。

3)抽真空。關(guān)小氮?dú)饬髁?約為真空泵實(shí)際抽速的5%～10%)，在經(jīng)管網(wǎng)最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)的末端出口接上真空泵，抽至真空泵極限壓力,并在管網(wǎng)的最低點(diǎn)以加熱帶或其他加熱裝置加熱至約80 ℃，以露點(diǎn)分析儀檢查，進(jìn)出口露點(diǎn)趨于一致時(shí)結(jié)束。

4)對(duì)流循環(huán)脫脂。按分支管網(wǎng)脫脂作業(yè)工藝流程圖接入脫脂工裝，若管網(wǎng)具有多個(gè)支路出口，按需求接入若干臺(tái)脫脂工裝。如管網(wǎng)有4個(gè)接口，分別為M，N，P，Q，因各接口之間距離達(dá)數(shù)百米遠(yuǎn)，將M，N，P，Q接口分別連接至1#，2#，3#，4#工裝。

每臺(tái)脫脂工裝都可通過(guò)操作球閥03，04,05,07來(lái)控制該脫脂工裝的輸入輸出，多臺(tái)工裝配合使用時(shí)，球閥05關(guān)閉，僅將撓性接管01接入管網(wǎng)的某一個(gè)接口。

作為脫脂液主動(dòng)輸送站時(shí)，球閥03，07開(kāi)啟，球閥04，05關(guān)閉，啟動(dòng)耐酸泵該脫脂工裝即成為脫脂液主動(dòng)輸送站，將本脫脂工裝儲(chǔ)液罐內(nèi)的脫脂液送至與此連接的管網(wǎng)的一個(gè)入口。

同樣的，每臺(tái)脫脂工裝都按此接入，并均可通過(guò)操作閥門來(lái)將工裝作為脫脂液被動(dòng)接收站，將球閥04，07開(kāi)啟，球閥03，05、耐酸泵關(guān)閉，該脫脂工裝即成為脫脂液被動(dòng)接收站，可將來(lái)自主動(dòng)脫脂工裝的經(jīng)由與該待脫脂管系回路沖涮、浸泡后的脫脂液返回該工裝的儲(chǔ)液罐收集。

多臺(tái)工裝分別連接管網(wǎng)的一個(gè)接口，各工裝之間依次按順序至少一次作為主動(dòng)站與被動(dòng)站，這樣不斷進(jìn)行的對(duì)流循環(huán)，可完成復(fù)雜管系的循環(huán)對(duì)流脫脂。

管網(wǎng)接入脫脂工裝，在任意一臺(tái)脫脂工裝上加裝脫脂液(如四氯化碳，油脂含量≤50 mg/L，優(yōu)選≤10 mg/L)，管子內(nèi)表面脫脂所需要的脫脂劑量參考表2[6]。加液量經(jīng)計(jì)量后加入，并做好記錄。

表2 管子內(nèi)表面脫脂劑用量

首先以加入了脫脂液的脫脂工裝作為主動(dòng)輸送站，而其他的脫脂工裝作為被動(dòng)接收站，比如，管網(wǎng)具有4個(gè)支路出口，接入了4臺(tái)脫脂工裝，分別為1#，2#，3#，4#，先加入了脫脂液的脫脂工裝為1#，按照上述的循環(huán)，每臺(tái)脫脂工裝對(duì)應(yīng)的支路均經(jīng)過(guò)了一次全量溶劑循環(huán)清洗，如此為單一循環(huán)，在每個(gè)循環(huán)后取樣以有機(jī)溶劑在線分析儀檢查，指標(biāo)趨于平衡時(shí)結(jié)束單一循環(huán)，如指標(biāo)不能滿足最終指標(biāo)要求則應(yīng)重新更換未曾污染的合格的脫脂液，重新循環(huán)如上過(guò)程，直至指標(biāo)滿足最終指標(biāo)要求。循環(huán)時(shí)間不少于30 min。

5)殘液放盡、收集工序。當(dāng)按上述脫脂作業(yè)滿足最終性能指標(biāo)要求時(shí)，自管網(wǎng)最低點(diǎn)放盡管網(wǎng)內(nèi)殘液至專用收集桶內(nèi)封存；

6)氮?dú)夥獯婀ば?。脫開(kāi)真空泵側(cè)接入附件，恢復(fù)原管路附件(注意避免污染原管路附件，以及重新污染管線，接上附件時(shí)應(yīng)保持少量的氮?dú)庾怨芫€流出)，然后封堵或關(guān)閉附件閥門，充壓至管線壓力0.5 MPa以上時(shí)完成。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

選擇某船進(jìn)行實(shí)船脫脂工程驗(yàn)證。選用不同規(guī)格、2種材質(zhì)、管路長(zhǎng)度從15～270 m的管網(wǎng)進(jìn)行脫脂。脫脂液用分析純的四氯化碳，先測(cè)定四氯化碳的本底含油量。按2.2的工藝接入工裝，完成管網(wǎng)脫脂。采用型號(hào)SYT700的油分濃度測(cè)定儀測(cè)試脫脂后儲(chǔ)液罐內(nèi)脫脂液油脂含量。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 某船氧氣管網(wǎng)脫脂數(shù)據(jù)

采用油分濃度測(cè)定法進(jìn)行油脂殘留量的檢測(cè)。油分濃度測(cè)定被測(cè)表面油脂殘留量計(jì)算方法如下[2]：

(1)

式中：P為表面油脂殘留量，mg/m2；M1為清洗后脫脂劑四氯化碳油分濃度測(cè)定儀讀數(shù)，mg/L；M0為脫脂劑四氯化碳本底油分濃度測(cè)定儀讀數(shù)，mg/L；L為清洗脫脂用四氯化碳用量，L；A為待清洗面積，m2。

工程試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于不同規(guī)格、不同材質(zhì)、管路長(zhǎng)度從15～270 m的多支路船用氧氣管網(wǎng)進(jìn)行采用閉式對(duì)流循環(huán)脫脂法，表面油脂殘留量小于標(biāo)準(zhǔn)50 mg/m2，該法可有效去船舶管網(wǎng)內(nèi)表面油脂。

[1] 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).深度冷凍法生產(chǎn)氧氣及相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程：GB16912-2008[S].北京：國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，2009.

[2] 機(jī)械工業(yè)部.空氣分離設(shè)備表面清潔度：JB6896—2007[S].北京：機(jī)械科學(xué)研究院,2008.

[3] 工業(yè)和信息化部.脫脂工程施工及驗(yàn)收規(guī)范:HG20202-2014[S].北京：中國(guó)化學(xué)工程集團(tuán)公司，2015.

[4] 聞朝華，卓瑞劍，石永明.空分裝置安裝的脫脂清洗[J].山東化工，2016，45(20)：137.

[5] 呂敏.氧氣容器及管路脫脂工藝[J].工業(yè)設(shè)計(jì)，2011(7)：186.

[6] 張衛(wèi)華.氧氣管道及配件的脫脂工藝[J].煤礦現(xiàn)代化，2007(3)：51.

On the Degreasing Technology of Marine Oxygen Pipe

LIU An-lian

(China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China)

Degreasing for oxygen pipe is an important measure：50 mg/m2.In order to guarantee the safe operation of the oxygen system, a new degreasing method was proposed based on a closed convective circulation technology. The degreasing technique was implemented on the ship, showing that it is an effective technique suited to marine pipe network for the residual grease of oxygen on the inner wall is less than the standard requirements

marine oxygen pipe network; degreasing; closed convective circulation

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.03.013

2017-03-07

國(guó)家部委基金資助項(xiàng)目

劉安漣(1970—)，男，碩士，高級(jí)工程師

研究方向：艦船系統(tǒng)

U664.8

A

1671-7953(2017)03-0057-04

修回日期：2017-03-27