温俊平
中国船级社实业公司大连分公司 辽宁省 大连市 116001
摘要：惰气系统是防止油气燃烧爆炸，保障油轮安全的重要系统。本文详细论述了惰气防爆控制技术在大型原油轮上的应用。
关键词：惰气；控制原理；原油轮
原油船是指用于装卸和运输原油的船舶。船舶刚用于原油运输时，接连发生了几起大型船舶燃爆事故，从而为油船航运安全敲响了警钟。因此，为了保证油船的安全航行，研究大型原油船的防爆措施显得尤为重要。而惰性气体防爆是一种行之有效的防爆措施，其是防止货油舱内可燃气体燃烧爆炸，进行保证安全运行的重要系统。
一、惰气在油轮上的应用现状
随着经济的发展，石油已成为生产生活不可缺少的能源。随着石油需求的扩大，油轮船队事故率不断上升，不仅造成了人类生命财产的损失，而且其海洋污染对人类和生态环境的影响也更加严重及深远。因此，油轮的安全防控一直受到高度重视。而惰气系统用惰性气体填充货油舱，使其氧气浓度低于爆炸极限，以防止火灾、爆炸事故的发生，有效保障油船安全。主要表现在以下方面：空油舱惰化；在货油的卸载作业期间的正压保持；排压载水防止空气进入及正压保持；原油洗舱和清洗油舱的惰气供给；油舱驱气等其他需要进行隔舱和充惰情况。
二、惰气系统主要设备运行功能
1、氧含量的测定。测量氧含量的探头是氧化锆传感器，传感器内侧与惰性气体接触，外侧与空气接触，当电压分别施加在内外侧时，外侧的氧在外电压的作用下获得电子，以氧离子的形式进入氧化锆中，之后氧离子在内侧因外电压作用失去电子而变成氧气，因内侧惰性气体含氧量低，外侧空气含氧量高，氧气的浓度差使氧气外侧向内侧进行扩散运动。因此，惰性气体中氧含量越小，氧气浓度差越大，内外侧流动的氧离子就越多，从而产生的电流信号越强。通过分析电流强度，即可得知惰性气体中的氧含量。
2、锅炉烟气处理。锅炉烟气由氮气、二氧化碳、氧气、二氧化硫、烟尘等组成，其中二氧化硫会产生酸，若与烟灰等杂质直接进入货油舱，会影响舱内储存的原油，因而需经过洗涤塔处理。
锅炉烟气进入洗涤塔后，并与塔内由喷嘴喷出的海水泵提供的海水混合，进入脱硫塔与碱液逆流接触，通过其旋转雾化，气体温度达到饱和，尘粒被水湿润。尘粒与液滴间及尘粒间发生强烈的碰撞与冷凝。再进入扩散段，且在扩散段速度下降、压力回升，尘粒作为凝结核的凝结作用加快，凝结成大粒径的含尘液滴，落至洗涤塔底部，经管道排出船外。
其余的气体通过由洗涤塔的海水泵提供的水湿润的湿式滤器被引导向上升，气体进一步降温及净化，气体中的硫化物被水雾带走，水雾慢慢落到洗涤塔底部，通过管道排出船外。
之后，气体中的水汽被干式过滤器去除，并从洗涤塔出口排出。
3、甲板水封。甲板水封塔用于防止货油舱的气体逆流回锅炉烟道，塔底部是甲板水封泵供给的海水，因此甲板水封泵将继续运行以供应海水，惰性气体以气泡的形式从液位出来，经干式过滤器除去气体中的水汽，排出甲板水封塔。
因货油舱的惰性气体压力高于大气压力，海水进口侧有一条高出进口侧2.5米的管路，海水上升到比进水侧高2.5米的管路产生压力，以补偿水封塔进出口侧的压差。
三、惰气系统控制原理
惰气系统简图如图1所示。
图1 惰气系统简图
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当需使用惰性气体系统的风机吸入新鲜空气以排出货油舱内的惰性气体时，各设备所需的步骤和控制程序如下。
1、打开空气进口阀
2、选择需开启的风机
3、按“启动空气”按钮
①此时风机启动，密封空气电磁阀、大气通风阀自动打开，当风机降压启动后进入正常工作状态时，风机出口阀8/9自动开启，开启角度由系统设定的流量决定。
②通过检测风机电机的电流可间接得到风机的流量。风机在额定负载状态下，电流为135A；当风机处于最小允许负载状态时，电流为75A，将135A设为“100”，75A设为“0”；当流量设置从“100”变为“80”时，风机出口阀8/9关闭，并检测风机的反馈电流值；当电流值降至额定电流125A时，风机出口阀8/9停止关闭，即风机已达到所需的80%排量。
4、当风机出口阀8/9达到要求的开度，甲板水封泵继续运行，且甲板水封塔水位处于正常水位时，可按“输送到甲板”按钮。
①此时，惰性气体主阀自动打开，甲板通风电磁阀自动关闭，空气通过惰性气体总阀进入甲板水封塔，通过甲板水封塔输送到甲板面，为需要新鲜空气的舱室供气。同时，一直开启的大气通风阀关闭，使空气出口压力与设定压力一致。
②甲板水封泵出口设有压力传感器，将甲板水封塔出口惰性气体压力值传回控制箱，其压力值和控制箱设定的压力值比较，若设定压力值小于检测到的压力值，缓慢关闭大气通风阀，直至检测到的压力值大于设定的压力值，才会停止大气通风阀的关闭动作。同理，若设定压力值小于检测到的压力值，则大气通风阀将缓慢打开，直至检测到的压力值小于设定压力值时，大气通风阀的开启动作才会停止。
5、此时系统进入正常空气供气模式，在按下“停止”按钮停止系统前，风机出口阀8/9根据用户负荷要求和风机阻力的变化，不断调节开度，大气通风阀的开度将根据用户的压力要求和甲板气压的变化不断调整。
当货油舱需加注惰气时，要求的步骤和各设备的控制程序如下。
①选择洗涤塔是否由海水泵或以惰气系统以外的其他泵供水。
②选择供烟气的锅炉。
③选择需开启的风机。
④关闭空气进口阀。
⑤按下“清烟阀”按钮，“清烟阀”按钮颜色变化，清烟阀打开，蒸汽通过清烟阀清洗锅炉烟道阀。
⑥再按“清烟阀”按钮，“清烟阀”按钮恢复原色，清烟阀关闭。
⑦按下“启动燃气”按钮，洗涤塔海水进口阀、密封风阀、相应锅炉烟道阀1/2、锅炉共同烟道阀、相应风机出口阀8/9打开，10秒后，若在步骤1中选择洗涤塔海水泵向洗涤塔供水，洗涤塔海水泵将启动，再过17秒，风机启动，此时密封风阀关闭，相应的风机出口阀8/9关闭，当风机降压启动后进入正常工作状态时，风机出口阀8/9自动开启，开启角度由系统设定的流量决定。
⑧风机出口阀8/9开度稳定，再过50秒，若系统通过含氧量探头确认气体含氧量低于5%，当甲板水封泵继续运行，且其水位处于正常水位时，系统允许用户选择“输送至甲板”按钮。
⑨按下“输送至甲板”按钮，惰气总阀自动打开，甲板通风电磁阀自动关闭，空气经主惰气阀进入甲板水封塔，经甲板水封塔输送至甲板面，以给货油舱充惰，同时，已开启的大气通风阀关闭，使空气出口压力与设定压力一致。
⑩此时系统进入正常惰气供给模式，在按下“停止”按钮停止系统工作前，风机出口阀8/9根据用户负荷要求和风机阻力的变化，不断调节开度，大气通风阀开度将根据用户的压力要求和甲板气压的变化不断调整。
四、惰气系统的设置
1、流量设置。①惰性气体的排量应小于锅炉烟气的排量，若风机排量比锅炉烟气排量大，风机可能吸入空气，增加氧含量。②惰性气体的排量应大于货油泵的排量，若风机排量小于压载泵的排量，货油舱可能会吸入空气，增加氧含量。
2、压力设置。①惰性气体压力应低于每个货油舱的试压压力，否则货油舱舱壁和焊缝易变形和泄漏等。②惰性气体压力应高于大气压力，否则货油舱可能从空气中吸入氧气。③通常压力设定为500mmWG，因风量变化的滞后惯性，从大气通风阀开启到相应的压力变化约需5秒，若在货油装载时，可适当提高设定压力值，以避免压力下降时风量反应过晚，造成真空吸氧；若在载油航程中能适当降低设定压力，避免因系统供风过多而使舱内压力与大气间的压差增大，从而增大泄漏的惰气量，进而影响甲板上作业人员的健康。
参考文献：
[1]张允明.浅析惰气系统在油轮的应用[J].工程技术，2014(07).
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[3]钟兆卓.惰气防爆控制技术在大型原油轮上的应用[J].机电工程技术,2014(04).