某船鎳銅壓載管路系統(tǒng)改裝設(shè)計(jì)

王源 黃朝靜 許詮 趙天翔

摘要：對(duì)某船鎳銅壓載管路無法建立真空抽吸壓載水的故障進(jìn)行分析，并對(duì)故障問題進(jìn)行延伸，結(jié)合船只工作需要，加裝相關(guān)電氣元件，優(yōu)化壓載泵控制系統(tǒng)，提升了壓載系統(tǒng)可靠性，縮短了故障的處置時(shí)間。

關(guān)鍵詞：壓載系統(tǒng);鎳銅管路;抽吸;可靠性;處置時(shí)間

0? ? 引言

為了降低海水的腐蝕危害，壓載管路采用鎳銅管材，雖然鎳銅材料具有很強(qiáng)的抗腐蝕能力，但此材料管壁較薄，容易發(fā)生變形。船舶航行海域?qū)拸V，連續(xù)航行情況下溫差變化大，環(huán)境振動(dòng)強(qiáng)度高，導(dǎo)致壓載管路容易出現(xiàn)泄漏，密閉性降低，無法建立真空。如果船舶在航行過程中急需調(diào)整壓載，而壓載系統(tǒng)無法抽吸，將會(huì)嚴(yán)重影響船舶安全。因此，設(shè)計(jì)一套能有效縮短壓載管路泄漏應(yīng)急處置時(shí)間的裝置是極其重要的。

1? ? 故障現(xiàn)象

某船在航修中曾發(fā)現(xiàn)壓載系統(tǒng)無法建立真空抽吸壓載水的故障，崗位人員為了查找泄漏原因進(jìn)行了6次檢修，耗費(fèi)了大量人工。

對(duì)壓載管路檢修過程進(jìn)行總結(jié)，得到應(yīng)急處置泄漏步驟時(shí)長(zhǎng)分類統(tǒng)計(jì)表，如表1所示。

影響檢修進(jìn)度的因素主要包括：一是壓載系統(tǒng)的切換閥件和分支接頭集中，空間狹小、管路密集，不易定位和檢修;二是管路上方安裝有鋼制花紋板，檢修前必須拆除，需要消耗大量人力;三是壓載系統(tǒng)覆蓋范圍較大，途經(jīng)區(qū)域溫度不一，振動(dòng)強(qiáng)度不同，管路及螺絲的膨脹和收縮程度不一;四是壓載艙底水泵和總用泵無吸空保護(hù)，只能人為監(jiān)控，易使泵體密封裝置因高溫?fù)p壞。

2? ? 確定主要因素

為了確定導(dǎo)致該船壓載系統(tǒng)抽吸故障的主要因素，崗位人員按照“5M因素法”，從人、機(jī)、料、法、環(huán)等方面進(jìn)行分析研判，確定了5條末端因素，并逐條展開研究梳理。

2.1? ? 人員技能水平差，系統(tǒng)熟悉程度低

壓載水系統(tǒng)原理是機(jī)工人員必須掌握的基礎(chǔ)知識(shí)，船舶在海上高速航行期間需要對(duì)壓載狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，因此要求崗位人員必須熟練掌握壓載系統(tǒng)的組成和管路走向。通過抽查，6位崗位人員的上崗證及崗位資格認(rèn)證考試的理論和實(shí)操成績(jī)均達(dá)標(biāo)。

數(shù)據(jù)顯示，抽查人員在崗時(shí)間均大于12個(gè)月，并持證上崗，驗(yàn)證結(jié)果表明人員培訓(xùn)不夠、操作不熟練為非要因。

2.2? ? 壓載水調(diào)撥操作流程及其方法有誤

輪機(jī)崗位人員編寫了壓載水操作流程規(guī)范，資料涵蓋各泵性能數(shù)據(jù)、壓載艙室容積和重心坐標(biāo)以及壓載系統(tǒng)調(diào)撥的常規(guī)方法，其相關(guān)操作手冊(cè)邀請(qǐng)輪機(jī)長(zhǎng)和大管輪等專業(yè)人士進(jìn)行了評(píng)審。操作手冊(cè)的制訂規(guī)范性和考核成績(jī)顯示，壓載水調(diào)撥操作流程及其方法有誤和操作不當(dāng)為非要因。

2.3? ? 壓載系統(tǒng)覆蓋面積廣，無法準(zhǔn)確定位泄漏位置

壓載系統(tǒng)涉及區(qū)域貫穿全船，每個(gè)閥件和切換接頭上方還安裝有平均重逾14 kg的鋼制花紋板。機(jī)艙除了壓載系統(tǒng)外還有大量密集的管路系統(tǒng)空間，崗位人員拆檢需要耗費(fèi)大量時(shí)間和體力。由于無法定位漏氣法蘭，人員只能制作試壓工裝，加壓后逐一檢查法蘭，至少需要耗費(fèi)16 h人工。

此外，液壓電動(dòng)閥的開關(guān)指示只能反映觸點(diǎn)開關(guān)發(fā)出信號(hào)的情況。觸點(diǎn)開關(guān)觸發(fā)，橡膠密封圈可能變形、破損，導(dǎo)致閥芯不能完全密封。損壞的電動(dòng)閥對(duì)應(yīng)的液艙為空艙或較低液位時(shí)，會(huì)導(dǎo)致壓載系統(tǒng)吸空，崗位人員排查電動(dòng)閥的密封性也無法準(zhǔn)確定位故障位置。

因此，壓載系統(tǒng)覆蓋面積廣，無法準(zhǔn)確定位故障位置是消耗時(shí)間和人力的主要原因之一。

2.4? ? 總用泵、艙底壓載泵沒有吸空保護(hù)電路

某船采用的總用泵和艙底壓載泵只有常規(guī)的過載、短路、欠壓保護(hù)、遙控功能，沒有設(shè)置防止泵體吸空引發(fā)高溫?fù)p壞的連鎖保護(hù)，一旦泵出現(xiàn)吸空損壞，則后果非常嚴(yán)重。因此，總用泵、艙底壓載泵沒有吸空保護(hù)電路，導(dǎo)致密封裝置損壞是排查壓載系統(tǒng)故障困難的主要原因之一。

2.5? ? 壓載系統(tǒng)缺乏足夠的抗振動(dòng)和補(bǔ)償熱脹冷縮變形能力

壓載管路工作環(huán)境溫差大、振動(dòng)載荷高，主機(jī)附近的鎳銅管工作環(huán)境溫差可達(dá)30 ℃以上，振動(dòng)級(jí)別普遍在6級(jí)以上，導(dǎo)致法蘭松動(dòng)，芳綸墊片老化加劇并出現(xiàn)裂紋。研究人員對(duì)鎳銅管的軸向和徑向膨脹量進(jìn)行了計(jì)算：

軸向膨脹量：ΔL=α×L×ΔT。

ΔL1=13.93×10-6×5 000×25≈1.74 mm（5 m鎳銅管的變化量，溫差ΔT=25 ℃）。

ΔL2=13.93×10-6×8 000×30≈3.34 mm（8 m鎳銅管的變化量，溫差ΔT=30 ℃）。

ΔL3=11.53×10-6×60×30≈0.02 mm（60 mm長(zhǎng)螺栓的變化量，溫差ΔT=30 ℃）。

徑向膨脹量：ΔD=α×π×D×ΔT。

ΔD1=13.93×10-6×3.14×219×30≈0.287 mm（溫差ΔT=30 ℃）。

ΔD2=13.93×10-6×3.14×159×30≈0.209 mm（溫差ΔT=30 ℃）。

綜上可知，管路徑向膨脹量變化較小，且該方向沒有阻力，影響可忽略。

熱應(yīng)力：σ=E×α×ΔT（因?yàn)楣苈窂较虿淮嬖谧枇Γ鋸较驘釕?yīng)力可忽略）。

初始預(yù)緊力越大，摩擦力越大，能夠阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)，減緩結(jié)構(gòu)松動(dòng)期內(nèi)的螺栓松動(dòng)進(jìn)程。振動(dòng)沖擊載荷幅值越大，螺栓夾緊力下降值越大，夾緊力下降越快，如圖1所示;沖擊載荷幅值越大，螺紋處所受沖擊力越大，螺紋牙底部材料塑性變形越大，越容易發(fā)生松動(dòng)。

如圖2所示，在結(jié)構(gòu)松動(dòng)期內(nèi)螺栓夾緊力下降曲線呈先大幅度下降，然后趨于平穩(wěn)，最后緩慢下降趨勢(shì)。如圖3所示，初始預(yù)緊力越大，此初始預(yù)緊力下?lián)p失的預(yù)緊力所占百分比越大。初始預(yù)緊力越大，螺紋所受應(yīng)力越大，螺紋牙底部材料塑性變形越大，螺栓夾緊力下降速度越快，即初始預(yù)緊力越小，螺栓松動(dòng)越不易發(fā)生，初始預(yù)緊力越大，螺栓松動(dòng)越易發(fā)生;且增加螺栓扭力，會(huì)造成墊片過分?jǐn)D壓，影響墊片密封性能和使用壽命。