全氮气系统在化学品船上的应用

大连船舶重工建造的 55 000 t IMO II 类化学 品船是目前世界上最大的 II 类化学品船。该船于 2015 年 3 月开工，2016 年 5 月竣工。本船船旗国 为 新 加 坡 ；船 级 社 P55K-1/2 LR+CCS，P55K-3/4ABS+CCS。化学品船由于常年运载具有腐蚀性和危 险性（易燃、易爆、有毒）的化学品，因此具有危 及船员和设备安全的不良因素。为保证船舶安全营 运，国际海上人命安全公约（SOLAS）要求对运载 这类货物的液货船的货舱进行有效保护。常规的液 货舱保护采用惰气保护和氮气保护，根据 SOLAS 修 正 案 MSC.365（93） 要 求，2016 年 1 月 1 日 以 后建造的化学品船需惰化的，必须使用氮气进行 保护。55 000 t 化学品船的原始设计为北京中惠普气体发生器小氮气系统 （500 m3 /h）和 IGG 惰气系统（4 125 m3 /h），因船东 考虑到新规则的生效及对将来承载的货品品质的要求，后加装由丹麦 Oxymat A/S 公司提供的柴油机驱 动空压机型全氮气系统（4 125 m3 /h）。该种型式的 全氮气系统尚属于国际上首次应用在化学品船上。

概 述 根据国际规范要求 ：对于液货闪点小于 60℃， 且大于 20 000 t 和单个液货舱舱容大于 3 000 m3 ， 或液货舱安装的固定洗舱机单个喷嘴容量大于 17.5 m3 /h，或一个液货舱安装的洗舱机总容量大于 110 m3 /h 的化学品船，均需在船上设置惰性气体装 置。根据 SOLAS 规则要求 2016 年 1 月 1 日以后建 造的化学品船必须使用氮气进行保护。本船设置 10 对液货舱、1 对污油舱和单舱单泵，液货系统采 用电动深井泵。

1.1 氮气指标

从减少氧气含量为目的，可用混合惰性气体。 从环境保护、保证货品的高纯度的要求出发，应使 用氮气或纯氮。 氮气指标 ：一般要求用氮气（工业用容积纯 度 95%~97%）；高要求用北京中惠普氮气发生器制纯氮（工业用容积纯度 99.9%）。例如，对环氧乙烷 / 环氧丙烷混合物（其 中环氧乙烷按质量计含量不超过 30%），要求在氮 气保护层下载运，而该氮气的工业容积纯度要达到 99.9%。装货前液货舱先行惰化，舱内的含氧量应 控制在 2% 以下。

1.2 制氮装置

目前船用制氮装置按原理分为吸附式和渗透 膜式两种型式。
1.2.1  吸附式制氮装置（PSA）
吸附式是通过碳分子筛在常温下吸附空气中 的氧分子和水分，将氮气从空气中分离出来而获得 氮气。生产的氮气工业纯度为 95%~99.9%。优点 是比较节能。95% 纯度时单位氮气的消耗功率小 于 0.22 kW·h。本次加装即采用的 Oxymat 公司生 产的吸附式船用制氮系统。 Oxymat 公司目前是全球船用吸附式制氮装置 的引领者，已有船用吸附制氮系统成功案例逾百 例。Oxymat 公司的产品可以做到占舱空间最小， 完全可以满足本次加装任务船上可利用安装空间严 重受限的条件。

1.2.2  渗透膜制氮装置
该装置利用某些高分子聚合物对不同气体具 有不同渗透率，以及对气体具有较大渗透速度的 原理。经渗透膜产生的氮气纯度正常为 95%~97%，最高为 99.5%。但该装置能耗高，95% 纯度时单位 氮气的消耗功率约 0.35 kW·h，所以一般用于装 置产量并不大，仅供部分要求较高的货品使用。

Oxymat 柴驱全氮气系统简介

2.1 全氮气系统主要组成
丹麦 Oxymat 公司所提供的柴驱全氮气系统操 作容易、维护简单，可长期昼夜不间断工作，保证 卸货作业氮气供应连续性。该系统主要组成部分为 集装箱风冷式柴驱压缩机（带加强水冷）、空气过 滤器、空气罐、PSA 制氮单元、增压加注装置（可选）、 DBB 单元、控制系统。55 000 t 化学品船全氮气系 统可以满足在本地和货控室进行操作，在集控室、 驾驶室有复式板可观察全氮气系统运行状态。

2.2 Oxymat柴驱全氮气系统基本参数
55 000 t 化学品船柴驱全氮气系统为新建船的 加装项，船上发电机容量不足，压缩机动力采用瑞 典斯堪尼亚公司设计制造符合 IMO TieII 排放标准 的船用柴油机驱动，柴油机单机附有 EIAPP 证书。 受限于后尾楼 B 甲板的安装空间，对压缩机的结 构尺寸也有严格的限制要求。

2.3 Oxymat氮气发生装置基本原理
氮气 PSA 发生器要求采用 0.6~0.8 MPa（G）的 压缩空气作为原料来制取氮气。压缩机供出的压缩 空气必须经过一套过滤装置过滤来除油、除水，所 有的过滤单元均配有压缩空气零耗损自动排水阀。 一个 PSA 单元的制氮过程如图 2 所示。一个 PSA 单元有一对装有碳分子筛的吸附塔以及控制气 体流动的一组气动阀门组成。通过过滤后的压缩空 气由打开的气动阀从图 2 左边吸附塔下进入，塔内 装垫满具有特殊微孔的碳分子筛，吸附空气中的氧 气，去除氧气的高纯度氮气由塔上部输出。输出的 成品氮气一小部分经打开的气动阀，由上部进入右 边另一个吸附塔，冲洗内部的碳分子筛将吸附的氧 气带出，从该塔的下部排出，通过打开的气动阀排 入大气，将该吸附塔碳分子筛冲洗置换干净，完成 吸附剂再生。两个吸附塔制氮和再生轮流交替进行， 连续制出氮气。

5 结 论

本文从规范要求、设备选型、系统设计等方 面对 55 000 t IMO II 化学品船新增柴驱空压机的应 用进行研究。随着化学品船大型化和船东对船舶营 运要求不断提高，化学品船在全氮气系统设备的选 型和应用等方面也会持续不断出现新思路。本文对 Oxymat 柴驱全氮气系统应用的介绍和研究，可为 日后设计工作提供一定的参考价值。