船舶管系閥件布置優(yōu)化

劉小軍李文軍徐海生

（上海船舶研究設(shè)計(jì)院，上海201203）

生產(chǎn)設(shè)計(jì)

船舶管系閥件布置優(yōu)化

劉小軍李文軍徐海生

（上海船舶研究設(shè)計(jì)院，上海201203）

詳細(xì)設(shè)計(jì)階段設(shè)繪的管系原理圖及布置圖不能直接用于管系制造加工。生產(chǎn)設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)機(jī)、電、舾各專業(yè)綜合布置規(guī)范，滿足船東的使用要求，必須對圖紙進(jìn)行深度細(xì)化。針對生產(chǎn)設(shè)計(jì)過程，管系閥件綜合布置和深化設(shè)計(jì)中遇到的問題，提出了解決方案。

船舶管系；閥件；布置優(yōu)化

0 前言

隨著船舶技術(shù)飛速發(fā)展，TRIBON、CADMATIC等三維軟件廣泛用于設(shè)計(jì)公司及船廠，直觀的三維管系模型使得管路的生產(chǎn)設(shè)計(jì)質(zhì)量及效率得以提升。管路系統(tǒng)的布置設(shè)計(jì)工作需要經(jīng)驗(yàn)豐富的管系設(shè)計(jì)人員來完成，其設(shè)計(jì)的優(yōu)劣取決于設(shè)計(jì)人員的專業(yè)知識和經(jīng)驗(yàn)。本文以64 000 DWT散貨船管系閥件布置位置為研究對象，對生產(chǎn)設(shè)計(jì)中管系閥件的布置進(jìn)行研究。

1 閥件設(shè)計(jì)位置

船舶系統(tǒng)中使用的閥件布置考慮以下3個(gè)方面。

1）閥件的使用頻率及操作空間。必須考慮相關(guān)系統(tǒng)中閥件的使用頻率及操作空間。如燃油日用系統(tǒng)中，燃油、柴油切換閥組使用頻率很高，而操作艙底壓載管路的閥件使用頻率相對較低，因此，對于操作頻率較高的閥應(yīng)當(dāng)布置在操作人員容易到達(dá)的區(qū)域，需預(yù)留出較為寬裕的操作空間和通道。所有的閥均應(yīng)布置在容易操作的區(qū)域，除非船型不同，空間有限，才會考慮其特性。

2）閥件操作的難易狀態(tài)及開啟方式?？紤]閥附件的類型來設(shè)置閥件的位置及空間。如常規(guī)閘閥的開啟所需要的扭矩較大。對于船舶生活污水系統(tǒng)來講，其中的閥件大部分選型為閘閥。該類閥件建議布置在距離甲板高度1 400～1 600 mm為佳，盡量避免布置在分段吊裝管系中。對于L型三通閥件，開啟手柄的運(yùn)動軌跡決定了其不宜布置在花鋼板或格柵的下方，更不宜布置在分段預(yù)裝的管系中。應(yīng)該布置在操作人員容易到達(dá)的操作位置。

3）閥件操作的舒適性。充分考慮系統(tǒng)中閥手輪的直徑來設(shè)置閥件的操作高度。操作的難易程度和閥的手輪直徑成正比。圖1和圖2，指示出位置1最好，位置2次之，位置3最差。用線性方程關(guān)系表示了人體處于不同姿勢下其與舒適程度的關(guān)系，見圖3。圖3中柱形條顯示的數(shù)字反映了該種姿勢的舒適度。表1給出了垂直操作閥桿的操作性系數(shù)，以通徑200 mm的管子位于位置1的操作系數(shù)為1作為標(biāo)準(zhǔn)而建立的。對于標(biāo)準(zhǔn)身高的操作者而言，在同一位置隨著手輪直徑的增大其操作系數(shù)線性遞增，同一直徑的手輪在第2個(gè)位置的操作性系數(shù)為位置1的3.12倍。依據(jù)手輪所處的位置而引起的舒適度變化，以位置1定為最佳舒適度。那么可以用

圖1 閥手輪垂直向上布置安裝高度及操作空間

圖2 閥手輪水平布置的安裝高度及操作空間

圖3 姿勢與最長持續(xù)時(shí)間關(guān)系

式（1）建立手輪不舒適方程：

式中：Sk——手輪任意位置時(shí)的高度，mm；

Sbest——手輪的最佳位置高低，mm

利用這個(gè)隸屬函數(shù)來表達(dá)手輪的不同高度下的操作舒適度顯然更能反映實(shí)際情況，見圖3。

閥件手輪的大小決定閥件的最佳安裝高度，其各通徑閥件安裝高度推薦值見表2。

表1 閥桿操作性系數(shù)

表2 閥件手輪的最佳操作高度

本文以64 000 DWT散貨船燃油系列使用的安全閥布置為例，介紹安全閥不同設(shè)計(jì)位置的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)及缺點(diǎn)相應(yīng)的解決方式。

2 自動執(zhí)行類型閥的布置典型

眾所周知，動力裝置的燃油費(fèi)用一般占船舶總營運(yùn)開支的30%～40%，降低燃油開支是減少營運(yùn)成本的有效措施之一。目前低速、中速柴油機(jī)已普遍使用黏度可達(dá)380～700 cst/50°的重油。它的總潛在沉淀物為釩、鈣、鋅、磷、鋁、硅等。表3為GB/T 17411—2012《船用燃料油》羅列的沉淀物含量。

表3 沉淀物含量表

依據(jù)SOLAS公約及各大船級社對燃油輸送系統(tǒng)的約定：“任意油艙柜或燃油系統(tǒng)的任何部分，包括船上油泵供油的注入管在內(nèi)，應(yīng)設(shè)有防止超壓的裝置”。現(xiàn)在大部分的防超壓裝置為安全閥，常見的燃油輸送系統(tǒng)中的安全閥布置有以下兩種布置方式：

1）安全閥設(shè)置在機(jī)艙人員可操作的范圍之內(nèi)，高度為距離平臺甲板1.0～1.6 m的高度，見圖4。這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是安全閥處于人體正常行走的視界區(qū)域中，方便日常操作、維護(hù)等工作。缺點(diǎn)是安全閥進(jìn)口距離加注站的連通總管比較遠(yuǎn)，連接安全閥和總管之間的管路在完成第一次注油之后一直處于充滿燃油的狀態(tài)，依據(jù)重油總沉淀物含量表（表3）的數(shù)據(jù)，日積月累的加油活動將在安全閥進(jìn)口之前出現(xiàn)以下缺點(diǎn)：

（1）重油中所包含的雜質(zhì)會在此連接管中沉淀，長期累積的沉淀物難以清除，還使得安全閥進(jìn)口前的管系有效流通截面積減少甚至堵塞該段管系。

（2）進(jìn)口前的管路中油柱產(chǎn)生的壓力使全閥的復(fù)位彈簧長期處于受力狀態(tài)。

以上兩種狀況均可能造成安全閥使用壽命縮短甚至喪失功效。解決方法是：在安全閥進(jìn)口的“U”型彎管最低點(diǎn)設(shè)置泄放管，并使用雙聯(lián)盲板法蘭或用帶醒目“常閉”銘牌的截止閥進(jìn)行阻斷，防止誤操作的發(fā)生。同時(shí)這段彎管在放樣取段的時(shí)候做成一個(gè)兩端等長的短管，方便現(xiàn)場安裝。

圖464 000 DWT散貨船安全閥布置1

2）安全閥設(shè)置在兩側(cè)加注站的連通總管附近，見圖5。這樣的設(shè)計(jì)解決了1）中的缺點(diǎn)。其本身的缺點(diǎn)在于閥件布置的位置處于管線、風(fēng)管上方，前期的閥件調(diào)試及后期的維護(hù)保養(yǎng)均受到空間的限制。解決方法是保證安全閥有較大維護(hù)的空間。閥件周圍留出足夠的維護(hù)檢修的空間，布置該閥時(shí)優(yōu)先考慮在直梯附近。

3 結(jié)語

船舶管系用于船舶上傳輸液、氣（汽）兩相介質(zhì)以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的重要通道。管系設(shè)計(jì)必須考慮到船舶上的設(shè)備及其閥件操作、維護(hù)保養(yǎng)及更換等因素，進(jìn)而保證船舶機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和船舶的安全航行。設(shè)計(jì)人員在不同系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需將各種方案反復(fù)對比，確認(rèn)滿足該船系統(tǒng)最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。這對提高管系的設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率、縮短整個(gè)造船周期和提高經(jīng)濟(jì)效益有不可估量的意義。

Optimization of Piping Valve Dispose

LIU Xiao-junLI Wen-junXU Hai-sheng
（Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute，Shanghai 201203，China）

The piping diagram and arrangement in detail design stage is simple for processing in shipyard.In order to make sure the general arrangement of machinery，electric and outfitting regular，satisfy the requirement of shipowner，some detail drawings need to be optimized in production design stage.This article was mainly for presenting and solving some issues during piping arrangement balance and optimizing design.

ship piping；valve；arrangement optimize

圖564 000 DWT散貨船安全閥布置2

U664.5+8

A

1001－4624（2016）02－0073－04

2016-08-17；

2016-10-16

劉小軍（1980—），工程師，從事船舶管系生產(chǎn)設(shè)計(jì)工作。

李文軍（1985—），助理工程師，從事船舶管系生產(chǎn)設(shè)計(jì)工作。

徐海生（1977—），工程師，從事船舶管系生產(chǎn)設(shè)計(jì)工作。