船舶滑油輸送系統(tǒng)的設(shè)計及研究

郭 健，許小紅

0 引言

滑油輸送系統(tǒng)的主要作用[1]是利用岸上的加油設(shè)備通過船上的加油站將滑油加入到儲存艙中，并利用船上的滑油輸送泵將不同艙室的滑油進(jìn)行調(diào)駁?；椭饕鸬浇o設(shè)備潤滑、冷卻、減磨、清潔、密封等作用。根據(jù)設(shè)備的轉(zhuǎn)速或活塞往復(fù)運動的速度不同，需要配備不同粘度等級的滑油進(jìn)行潤滑，不同的油品就構(gòu)成了不同的系統(tǒng)。

以某船廠建造的2 000車位滾裝船（入級CCS，掛旗HONGKONG）為例，根據(jù)滑油油品的黏度主要分為氣缸油系統(tǒng)（SAE50）、主機(jī)滑油系統(tǒng)（SEA30 TBN5～10）和副機(jī)滑油系統(tǒng)（SAE30 TBN30～40）。如果主機(jī)滑油和副機(jī)滑油使用同一性能的滑油，則主機(jī)滑油系統(tǒng)和副機(jī)滑油系統(tǒng)可以合二為一。

任何系統(tǒng)的設(shè)計都需要預(yù)先考慮全船所有設(shè)備的狀態(tài)、船舶狀態(tài)等因素，因為每一個系統(tǒng)均不是單獨存在的，全船的所有系統(tǒng)包括其他設(shè)施均是一個整體，缺一不可，每一個系統(tǒng)的故障都有可能導(dǎo)致整個船舶的災(zāi)難。以下是該船一些相關(guān)的參數(shù)：

1）主機(jī)（韓國STX：MAN 6S42MC）功率：6 480 kW（1臺/船）；

2）主機(jī)滑油消耗率：約3 kg/cyl./24h～4 kg/cyl./24h；

3）主機(jī)氣缸油消耗率：0.95 g/kWh～1.5 g/kWh；

4）柴油發(fā)電機(jī)（安慶大發(fā)6DK-20）功率：770 kW（3臺/船）；

5）柴油發(fā)電機(jī)滑油消耗率：1.1 g/kWh；

6）船舶續(xù)航力：8 000 n mile；

7）船舶航速：16.7 kn；

8）滑油密度：0.900 t/m3。

本文通過詳細(xì)介紹滑油輸送系統(tǒng)的設(shè)計，以及如何確定系統(tǒng)中艙柜的容積、泵的排量和揚程以及管徑的大小等來分析系統(tǒng)設(shè)計需要注意的事項和設(shè)計要點。

1 艙柜容積設(shè)計

無論做任何系統(tǒng)設(shè)計，艙柜容積的設(shè)計[2-3]都必須滿足船級社規(guī)范和設(shè)備廠家的要求。

滑油系統(tǒng)設(shè)計之前，主機(jī)一般均已經(jīng)確定下來。此時，所有和主機(jī)系統(tǒng)有關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計，船廠都要嚴(yán)格參照主機(jī)廠提供的參考系統(tǒng)圖設(shè)計，在這些參考系統(tǒng)中，一些艙柜的容積和泵的型號和管徑，主機(jī)廠都已經(jīng)給了參考值，因此船廠設(shè)計的艙柜容積不要小于主機(jī)廠的推薦值，且管徑都要盡量按照推薦值設(shè)計。在實際設(shè)計中，設(shè)備廠推薦的艙容均為最小艙容，如果設(shè)備廠沒有推薦艙容，考慮到系統(tǒng)管路以及管路上附件的滑油損失以及艙容和存儲（一般艙內(nèi)儲油量為艙容的70%～85%）的關(guān)系，一般設(shè)計儲存艙的艙容均為計算艙容或推薦艙容的1.5倍左右。下面就2 000車位汽車滾裝船滑油輸送系統(tǒng)中一些常用艙柜艙容是如何設(shè)計的做一下說明。

1.1 氣缸油儲存柜

氣缸油儲存柜容積的計算公式：

得氣缸油儲存柜容積的推薦值為8.74 m3。

而該船系統(tǒng)中設(shè)計為兩個氣缸油儲存艙，容積分別為9.7 m3和11.1 m3，總20.8 m3，則設(shè)計艙容為推薦艙容的2.37倍。

系統(tǒng)中的氣缸油儲存艙容積完全滿足要求。如果設(shè)計其他船型，在船體結(jié)構(gòu)合適的情況下，設(shè)計成一個15 m3左右的氣缸油儲存艙也可以滿足要求。

1.2 氣缸油日用柜

根據(jù)規(guī)范要求，無人機(jī)艙中，氣缸油日用柜的容積應(yīng)能至少保證主機(jī)使用8 h，而有人機(jī)艙中，氣缸油日用柜的容積應(yīng)能至少保證主機(jī)使用24 h，2 000車位汽車滾裝船屬于有人機(jī)艙，因此氣缸油日用柜的容積要求應(yīng)按照24 h計算。

考慮到隨著主機(jī)使用時間的增多，主機(jī)的氣缸油效率會有所增加，因此系統(tǒng)中選用的氣缸油日用柜的容積為0.6 m3，完全滿足要求。

1.3 主機(jī)滑油儲存艙

滑油儲存艙儲油量＝滑油循環(huán)艙+系統(tǒng)內(nèi)油量+續(xù)航力時間內(nèi)的滑油消耗量

主機(jī)滑油循環(huán)艙的容積，現(xiàn)在的主機(jī)廠都會給推薦值，這個設(shè)計時可以直接參考（但一般要比推薦值要大），2 000車位汽車滾裝船主機(jī)滑油儲存艙推薦值為7.3 m3，但是主機(jī)廠家推薦儲存艙容積為9.3 m3，實際設(shè)計為12.5 m3，滿足要求。

系統(tǒng)內(nèi)油量為系統(tǒng)管路和設(shè)備內(nèi)的油量，這個油量一般相對較少，估計1 m3足夠。

所以，滑油儲存艙的容積為 12.5+1+0.53＝14.03(m3)。根據(jù)容積系數(shù)，一般設(shè)計艙容為計算艙容的1.3倍～1.5 倍，14.03×1.5＝21 m3，該船設(shè)計的主機(jī)滑油儲存艙容為22.1 m3，也符合要求。

2 泵的設(shè)計

一般泵的設(shè)計[3-4]均為2臺，1臺備用。小排量、不常用泵可以采用1臺手搖泵作為備用泵。另外所有泵的設(shè)計參數(shù)均以設(shè)備廠家推薦為準(zhǔn)。但所有設(shè)備廠推薦泵的參數(shù)或計算參數(shù)也均為最小參數(shù)。在實際設(shè)計中也要考慮到管路阻力損失、彎頭損失、閥件以及管路上的設(shè)備、附件阻力損失等，所以排量和壓力都要適當(dāng)增大。

2.1 氣缸油輸送泵

氣缸油輸送泵的排量一般按照常規(guī)設(shè)計為注滿氣缸油日用油艙不超過2 h～3 h，揚程一般在0.25 MPa～0.35 MPa之間。2 000車氣缸油日用柜容積為0.6 m3，按照常規(guī)設(shè)計的話，氣缸油輸送泵的排量只需要0.3 m3/h即可，但是在實際的選擇中要考慮到泵的選型問題，一般至少選擇排量為0.5 m3/h的輸送泵。

2.2 滑油輸送泵

滑油輸送泵主要用于調(diào)駁各滑油柜滑油和將滑油駁至舷外，其排量和壓頭無特殊要求，一般根據(jù)船舶和主機(jī)功率決定，通常排量設(shè)定為5 m3/h，但如果電站負(fù)荷允許，也可以適當(dāng)增大排量來縮短駁運時間。

3 管路設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計管路時，首先就要考慮管路設(shè)計壓力、裝船前壓力和裝船后壓力。

1）設(shè)計壓力：是管系最高許用工作壓力，一般取系統(tǒng)中泵的排出揚程的1.1倍；

2）裝船前壓力：車間進(jìn)行，其試驗壓力應(yīng)不小于為1.5倍設(shè)計壓力，其中的閥和附件其試驗壓力也為1.5倍設(shè)計壓力，但不必大于設(shè)計壓力加7 MPa；

3）裝船后壓力：船上進(jìn)行，要求在工作狀態(tài)下無泄漏，對于油管和油艙加熱盤管來說，是1.5倍設(shè)計壓力但不小于0.4 MPa；對于通過雙層底艙和深艙底艙底水管來說，不小于該艙的試驗壓力；對于液壓管系來說，不小于1.25倍設(shè)計壓力，但不必超過設(shè)計壓力加7 MPa。

對于管子設(shè)計來說，最主要是如何確定管子的管徑、壁厚和相關(guān)的閥件壓力和材料。在設(shè)計管子之前，下面的2條必須記住。

1）所有的管路壁厚、壓力和材料都必須滿足船級社規(guī)范和規(guī)格書要求；

2）如果設(shè)備廠已經(jīng)給出了相關(guān)系統(tǒng)圖中的管徑和壁厚，一般情況下均要遵守。

按照規(guī)范要求和設(shè)備設(shè)計進(jìn)口壓力、流速等，滑油管內(nèi)滑油流速均有一個上限值，因此相應(yīng)的滑油管路均要按照此設(shè)計，否則管路流速太大，壓力增高，會對閥附件以及設(shè)備造成損壞。

3.1 注入和排出管路

注入和排出管路：此管路管徑一般設(shè)定為在不超過滑油最高流速的情況下，岸上設(shè)備大概在2 h～3 h能注滿油艙，而對于1萬噸以上的船舶，其注入管路管徑一般為DN50～DN100之間。根據(jù)CCS規(guī)范，注入管路上一定要設(shè)1個防止超壓的設(shè)備，通常選用安全閥來防止超壓，其設(shè)定壓力一般設(shè)定為系統(tǒng)中泵的最大排出揚程的1.1倍。

3.2 其他滑油管路

其他管路一般都是根據(jù)泵的排量和滑油流速來確定：

3.3 管路中的閥及其材料

在設(shè)計管路時，一般情況下所有的管路（通常情況下，透氣管和溢流管除外）都必須有閥以便于檢修。如果管路交叉，則所有的支路上也必須有閥件。但是主機(jī)滑油循環(huán)艙如果位于雙層底，且下面沒有隔離空艙與船體外板隔離的話，則這個主機(jī)滑油循環(huán)艙的透氣管就要加閥。另外根據(jù)CCS規(guī)范要求，海水箱透氣管也需要加截止閥。所以系統(tǒng)的設(shè)計要隨時了解規(guī)范的規(guī)定。

閥件的型式同樣根據(jù)規(guī)范和規(guī)格書選取。如果規(guī)范和規(guī)格書無特殊說明，一般直接選用截止閥即可，但對于通徑較大的閥（一般為大于DN80），則盡量選用外形較小的蝶閥代替截止閥，對于其他截止止回閥、蝶閥和快關(guān)閥等，都要根據(jù)規(guī)范和規(guī)格書要求進(jìn)行設(shè)計。

4 設(shè)計要點

總的來說，任何系統(tǒng)的設(shè)計均要綜合考慮規(guī)范、規(guī)格書、掛旗國要求以及相關(guān)設(shè)備的信息和施工的難易程度、使用者的方便性，才能準(zhǔn)確有效設(shè)計出一個合理、合格、完美的系統(tǒng)圖。下面在對于滑油系統(tǒng)設(shè)計中需要注意的幾點要求做如下說明：

1）所有和大型設(shè)備有關(guān)的系統(tǒng)，船廠在設(shè)計前請務(wù)必參閱設(shè)備廠家推薦的系統(tǒng)圖，所有和設(shè)備有關(guān)的油艙艙容和泵的參數(shù)也都必須提前參考設(shè)備廠家的推薦。

2）油艙底部的閥都要盡量安裝在艙柜上，但因此閥承受了靜壓，所以不能選用灰鑄鐵的閥，灰鑄鐵延展性太差，但可以選用青銅或者鑄鋼閥件等延展性較好的閥。

3）從安全考慮，油艙駁運出口處一定要裝速閉閥，以保證在緊急情況下能迅速關(guān)閉管路，從而減少事故發(fā)生的機(jī)會。

4）從使用角度考慮，所有油艙的測量方式中，都盡量設(shè)計一個磁性浮子液位計或平板液位計或手測裝置等機(jī)械類測量工具，因為采用壓力傳感器的測量方式一旦出現(xiàn)誤差，船員將無法確定油艙液位的準(zhǔn)確性。

5）氣缸油日用柜的安裝高度要嚴(yán)格按照主機(jī)廠的推薦高度安裝，否則如果高度不夠，壓差就不夠，氣缸油不足，有可能造成主機(jī)氣缸損壞。

6）對于有人機(jī)艙，氣缸油日用柜和主機(jī)滑油循環(huán)艙可以設(shè)計為只裝一個低位報警的液位開關(guān)，而不用與泵連鎖，因為對于這種比較重要的艙柜，船員每個班次都會檢查艙容，定時加油；而對于無人機(jī)艙，則必須同時安裝高低位報警，并與泵連鎖自動起停。

7）主機(jī)滑油循環(huán)艙如果安裝在雙層底上，且下面沒有隔離空艙與船體外板隔離，則它的透氣管上必須安裝截止閥。

8）油艙泄放管上要盡量安裝自閉式放泄閥，這種閥屬于常閉閥，安全性能要比截止閥高，現(xiàn)在有些船設(shè)計上處于保險角度考慮，安裝了截止閥和自閉式放泄閥兩個閥。值得注意的是，如果安裝這兩個閥，則截止閥要在前面并盡量安裝在艙壁上。

9）油艙液位計、液位開關(guān)和液位傳感器的安裝事項。磁性浮子液位計和平板液位計一般安裝位置為：下法蘭開孔在艙容的10%～15%左右，距離一般為距艙底200 mm～300 mm左右，上法蘭開孔在艙容的85%～90%左右，距離一般為距艙頂200 mm左右。低位報警開關(guān)一般設(shè)定在艙容的30%～35%左右，高位報警開關(guān)一般設(shè)定在艙容的80%～85%左右，低低位報警和高高位報警一般設(shè)定為下調(diào)或上調(diào) 5%左右。而液位傳感器安裝位置則應(yīng)當(dāng)盡量靠近艙底，一般以距艙底100 mm左右。

10）所有油艙和油泵都必須設(shè)有集油盤，油艙的集油盤還要有泄放旋塞。

11）一般情況下，日用艙柜（包括滑油循環(huán)艙）上必須有低位報警，泄放艙柜（包括污滑油艙、油渣艙、燃、柴油泄放艙、溢流艙等）必須有高位報警。

5 結(jié)論

系統(tǒng)設(shè)計是一個復(fù)雜的工程，牽一發(fā)而動全身。船級社的要求只是一個最低要求。對于船廠來說，做系統(tǒng)設(shè)計時不僅要滿足船級社、規(guī)格書、掛旗國等要求，還要考慮系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計、施工的難易程度、設(shè)備的布置和維修等。

[1]中國船舶工業(yè)總公司.船舶設(shè)計實用手冊(輪機(jī)分冊)[M].北京: 國防工業(yè)出版社, 1999.

[2]國際海事組織.SOLAS[S].北京: 人民交通出版社,2014.

[3]中國船級社.鋼制海船入級規(guī)范[S].北京: 人民交通出版社, 2015.

[4]孫培廷.船舶柴油機(jī)[M].遼寧大連: 大連海事大學(xué)出版社, 2005.