8 000 HP破冰型三用工作船機艙底層管系生產(chǎn)設計

劉小軍 沈 沖 朱衛(wèi)華

（1.上海船舶研究設計院，上海201203；2.上海斯達瑞船舶與海洋工程服務有限公司，上海201203）

生產(chǎn)設計

8 000 HP破冰型三用工作船機艙底層管系生產(chǎn)設計

劉小軍1沈 沖1朱衛(wèi)華2

（1.上海船舶研究設計院，上海201203；2.上海斯達瑞船舶與海洋工程服務有限公司，上海201203）

介紹并且分析8 000 HP破冰型三用工作船機艙底層區(qū)域的設備及管系在生產(chǎn)設計階段布置的思路。圍繞滑油系統(tǒng)設計、滑油備用泵及螺桿泵布置，闡述狹小空間內(nèi)設備和管道布置的思路。設計過程中的思路和方法可作為類似管路系統(tǒng)設計的參考。

底層區(qū)域；生產(chǎn)設計；管路布置；優(yōu)化設計

Abstract:The arrangement of equipments and piping in ER tank top area of an 8 000 HP ice breaker AHTS during production design stage was introduced and analyzed.The thoughts of equipment and piping layout，especially lubricating oil system design，lubricating oil spare pump and screw pump arrangement，in a narrow space were elaborated，serving as reference for the similar piping system design.

Keywords:tank top area；production design；piping systemarrangement；optimized design

0 前言

在船舶建造過程中，管系的制造和安裝工作占有較大的工作量，占用整船工時的12%～15%。深入研究和分析船舶管系的固有特性，對提高船舶管路系統(tǒng)的設計和優(yōu)化具有實際指導意義。

船舶管道設計分為三個階段：初步設計、詳細設計和生產(chǎn)設計。本文所探討的內(nèi)容屬于生產(chǎn)設計范圍。船舶管道是為全船服務的管路系統(tǒng)。船舶管路在生產(chǎn)設計階段更需要滿足以下幾點：

1）首先符合國際公約、法規(guī)、規(guī)則和船級社規(guī)范的要求。

2）其次必須與詳細設計圖紙保持一致性。

3）最后須符合船廠加工制造、管道安裝工藝要求及船員日常工作的使用需求。

因此，合理的布置船舶設備及其管道，不僅可以降低管材的使用量及管道安裝施工的難度，也使得整個管道布局更為明朗。

1 機艙底層管系生產(chǎn)設計基本原則

機艙底層區(qū)域是指位于機艙底層花鋼板以下至外板的區(qū)域空間。該區(qū)域是整個機艙的核心。大部分機艙泵及動力設備等均布置在機艙底層。由于機艙底層相對于其他區(qū)域空間而言較狹小，設備及大通徑的管路集中，布置較為困難。該區(qū)域綜合布置應遵循下列布置原則：

1）機艙設備布置格局合理，除了方便施工外，還需考慮日常使用中對其進行維護工作所需要的空間。機艙內(nèi)主通道保持通暢，滿足進行日常工作的需求等。

2）設備、管路及其他舾裝件在布置時應避開人孔的開孔位置。

3）對于壓載泵、海水泵等泵的定位以海水總管為基準，即泵的進出口高度與海水總管的中心線應盡量保持在同一水平線上。

4）對于管路的布置，首先要確定海水總管的位置，其次再優(yōu)先考慮大口徑管路的布置，最后進行小口徑管路布置。管路布置遵循由大到小、由下而上的布置原則進行設計。

5）管路布置長度要求盡可能短，管路彎曲數(shù)量盡可能少。同時將系統(tǒng)中的閥附件盡可能集中布置，方便對其進行操作或維護。

2 設計概況

2.1 主尺度

本文研究對象為一艘8 000 HP破冰型三用工作船。

主要尺度和參數(shù)如下：

總 長 72.00 m

垂線間長 63.50 m

型 寬 14.40 m

型 深 6.70 m

設計吃水 4.50 m

破冰吃水 5.25 m

機艙平臺甲板距基線 4.00 m

2.2 底層區(qū)域布管難點

1） 底層區(qū)域?qū)痈卟蛔闱铱捎糜诓脊艿目臻g較小。機艙平臺甲板理論線距機艙雙層底理論線高度為3 000 mm，去除花鋼板及船體結(jié)構(gòu)的型材的高度之后機艙底層的凈高僅為1 990 mm。機艙兩舷側(cè)的油、水艙為了增加艙容，其艙壁板在基線上1 600 mm位置向船舯方向作出角度約為39°的傾斜設計。艙底層設置大量的存儲艙，艙的人孔位置只能設置在機艙雙層底頂部。設計管路時必須考慮人孔在正常開啟時上方無管道遮擋。打開人孔所需的空間將進一步壓縮機艙花鋼板下可敷設管道的空間。以上幾點說明機艙底層分段層高不足，花鋼板下用于敷管的空間較小。

2）機艙底層布置著大量的機艙設備、獨立箱柜，存儲艙。在長度為19 800 mm，寬度為12 400 mm，高度為1 990 mm的區(qū)間內(nèi)，布置各類大小型設備及獨立箱柜等共計約175個以上（其中不包含電氣箱）。機艙底層存儲艙之間沒有隔離空艙。主機下方為燃油儲存艙。服務于主機日常工作的冷卻水系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)等管系將禁止從燃油儲存艙中穿過。

3）電纜托架的布置需要占用底層分段中大量的空間。左、右兩側(cè)通道及船舯部通道上方均預留用于設置主干電纜托架。

4）機艙中布置在靠近舷側(cè)位置的設備基座將燒焊在傾斜的艙壁板上?？紤]基座的制作要求，設備基座基本高出機艙底層的花鋼板高度。部分高度方向較高的設備除對其進行保養(yǎng)時，頂部方向進行的維護拆裝工作會比較困難外，還在設計階段影響到該設備上方的主干電纜托架的布置。如：

（1）機艙油水分離器。其頂部的電纜托架就與該設備的濾器拆裝空間重合。在設備無法做出有效的調(diào)整時，電纜托架則采取更改形式的方式來確保電纜的通過性。

（2）CPP液壓單元的基本要求中要求：液壓油的進出口需高出軸系中心高度400 mm，導致其設備頂部的2臺電機頂部基本靠近平臺甲板。因此，電機的檢修、拆裝將變得非常的困難。

綜上所敘，結(jié)合機艙底層區(qū)域結(jié)構(gòu)特點及布置管道的要求，總結(jié)出下面2個問題：

1）機艙底層的管路設計的重點是如何降低分段空間當中管路的占用量。

2）機艙底層的管路設計難點是如何使機艙底層花鋼板下的空間更加合理的分配，盡可能多的敷設管路。

3 布管整體思路及典型系統(tǒng)布管

3.1 布管整體思路

在設計過程中如何解決上節(jié)中重難點問題，就需要針對機艙底層的設備布置及特點進行了解。剖析各設備的布置特點和管線的復雜程度，對整個機艙花鋼板高度以下區(qū)域進行區(qū)間劃分。在劃分前先完成下列工作：

1）重點研究機艙底層布置圖等相關(guān)布置圖的特點。明確各個設備在機艙布置圖上的具體位置、主通道的布置等關(guān)鍵點。

2）重點研究重要的復雜系統(tǒng)的原理圖的走向及關(guān)鍵節(jié)點。如全船壓載及對外供鉆井水、淡水管系，機艙艙底消防管系等原理圖，需要考慮梳理關(guān)鍵的閥件設置位置及對應的總管。

在查閱機艙布置圖時發(fā)現(xiàn)：機艙右側(cè)主要布置壓載、對外供鉆井水相關(guān)的主要設備；左舷主要布置艙底、消防系統(tǒng)及機艙淡水供給系統(tǒng)相關(guān)設備；2臺主機之間主要布置淡水冷卻設備及分油設備。因此，將整個機艙底層區(qū)域初步劃分為以下的區(qū)間，見圖1。

圖1 機艙底層系統(tǒng)布置區(qū)間劃分

1）No.1主機至左舷側(cè)，海水總管后至機艙后壁，主要布置機艙艙底、消防系統(tǒng)；燃油輸送系統(tǒng)、機艙淡水供給系統(tǒng)。圖1中用編號1標識。

2）No.1主機至No.2主機間，海水總管至機艙后壁，主要布置淡水、海水冷卻系統(tǒng)，部分燃、滑油分油及供給管線。圖1中用編號2標識。

3）No.2主機至右舷側(cè)，主要布置壓載、鉆井水系統(tǒng)、液壓油滑油輸送系統(tǒng)及部分冷卻水系統(tǒng)。圖1中用編號3標識。

4）海水總管前至機艙前壁，主要布置壓載、鉆井水，及服務于輔機及鍋爐的相關(guān)管系。圖1中用編號4標識。

在設計過程中，以本節(jié)中提及的劃分區(qū)域為基本范圍，首先將按照“機艙底層管系生產(chǎn)設計基本原則”中的要求進行系統(tǒng)放樣，布置過程中合理的調(diào)整設備位置，調(diào)整閥件布置位置，優(yōu)化管道走向。最終完成整個區(qū)域的管路設計工作。

3.2 典型系統(tǒng)布置

以壓載及對外供鉆井水、淡水管系統(tǒng)作為典型，解釋在設計過程中如何以原理圖為設計依據(jù)，在TRIBON下完成詳細設計至生產(chǎn)設計的轉(zhuǎn)變，即建立該系統(tǒng)三維模型的思路。對于全船壓載及對外供鉆井水、淡水管系原理圖人為將該系統(tǒng)劃分為3個部分：

1）第1部分指 No.1～No.3鉆井水/壓載水艙壓載及對外供鉆井水、淡水管線，稱為首部方向的壓載及對外供鉆井水、淡水管。

2）第2部分指No.4～No.10鉆井水/壓載水艙的壓載及對外供鉆井水、淡水管線，稱為尾部方向的壓載及對外供鉆井水、淡水管。

3）第3部分指機艙內(nèi)泵組及首、尾部方向的壓載及對外供鉆井水、淡水管的連接管路。

圖2為全船壓載及對外供鉆井水、淡水管系局部原理圖。將點劃線框標注范圍（區(qū)域1）中遙控蝶閥及附近的節(jié)流孔板劃分為編號I管束單元，將該單元設置在機艙右后壁位置。功能是控制尾部方向壓載及對外供鉆井水、淡水管。圖3為Ⅰ管束單元生產(chǎn)設計3D圖。點劃線框標注范圍（區(qū)域2）中遙控蝶閥及節(jié)流孔板等劃分為編號Ⅱ管束單元，并將其設置在機艙海水總管右前側(cè)的花鋼板下。功能是控制首部方向壓載及對外供鉆井水、淡水管。圖4為Ⅱ管束單元生產(chǎn)設計3D圖。

圖2 全船壓載及對外供鉆井水、淡水管系局部原理圖

圖3 Ⅰ管束單元3D圖

圖4 Ⅱ管束單元3D圖

完成第1、第2部分的管道閥附件的綜合布置后，研究第3部分的連接管路相關(guān)原理圖發(fā)現(xiàn)，連接管路的總管分為鉆井水泵或?qū)ν獾奈肟偣芎团懦隹偣?。因布置吸入總管時需要考慮離心泵的吸入高度的問題，因此首先將2個吸入總管直接敷設在機艙右側(cè)花鋼板下。其次將排出的總管則設置在右側(cè)分段當中。再次將首及尾部方向的壓載及對外供鉆井水、淡水管直接連通起來，則完成該系統(tǒng)的整體布局。最后按照管系制造手冊等技術(shù)文件要求，將剩下的支吸口接入總管當中，細化管子加工制造所要注意的細節(jié)問題。圖5為全船壓載及對外供鉆井水、淡水管系完成布置后的3D圖。

圖5 壓載及對外供鉆井水、淡水管設計3D圖

4 管系優(yōu)化設計

在機艙底層進行管道布置時，遇到相關(guān)設備布置較遠，導致管線布置較長、彎頭較多或者設備布置后周圍通道不足等問題。通過技術(shù)協(xié)調(diào)或更改設備布置等方法，優(yōu)化管道布置?，F(xiàn)僅以典型的布置為例，體現(xiàn)生產(chǎn)設計的優(yōu)化成果。

4.1 滑油日用系統(tǒng)，滑油備用泵優(yōu)化布置

在設計過程中發(fā)現(xiàn)以下2個問題：

1）預審版的滑油日用系統(tǒng)圖中，滑油管的設計通徑均為175 mm。選用這種非常用通徑的管材一方面會使得船廠采購困難，另一方面該布置在花鋼板下占用較大空間，不利于其他系統(tǒng)的布置。

圖6 主機滑油供給管系原理圖

2）機艙布置圖中要求，2臺主機的滑油備用泵均設置在各自主機的右側(cè)后端。見圖6，主機資料關(guān)于主機日用滑油進口（圖紙標記208）和出口（圖紙標記207）相對主機上的位置發(fā)現(xiàn)：主機的207接口設置在主機前端，而主機上208接口是設置在主機右前側(cè)。因此，按照初始布置，則需要將滑油管道從主機前端的207接口引至主機右后側(cè)的滑油備用泵后，再返回至主機右前側(cè)的208接口。該船中機艙花鋼板下空間過于狹小，這樣的回路管道設計會造成滑油管道在花鋼板有限的空間中占用較多的區(qū)域，并且使用較多數(shù)量的定型彎頭，增大系統(tǒng)的局部阻力及沿程阻力的同時，也增加滑油管上的焊縫數(shù)量，增加對焊縫打磨或后期對該管道進行投油的工作量。

針對以上2個問題處理采用以下措施及結(jié)果：

1）與詳細設計進行協(xié)商是否能降低管道通徑。詳細設計方面通過理論計算，同意將管道的管徑由DN175更改成圖2中DN150，見圖6主機滑油供給管系原理圖。

2）校對滑油備用泵的主尺寸，探討是否可以通過更改該泵位置及附件形式，來減少布管的難度。生產(chǎn)設計在布置時將該泵有主機右后側(cè)移動至現(xiàn)在主機右前側(cè)，位于主機空冷器正下方。并通過將滑油濾器（LOF01）由直通型更改為直角型滑油濾器的方式減少出口定型彎頭的數(shù)量。這樣的布局使得整個管道設計較為順暢，節(jié)約了機艙花鋼板下的空間用于布置其他系統(tǒng)管系，表1顯示優(yōu)化前后材料等使用情況。

表1 材質(zhì)消耗對比表

滑油備用泵設置在主機空冷器下方，受到空冷器高度的限制。該泵的基座高度設計為150 mm，導致該泵組的油盤泄放無法接入滑油泄放系統(tǒng)。與詳細設計協(xié)商后，同意將該泵及其油濾器的油盤直接設置在機艙雙層底之上。油盤泄放采取側(cè)裝栓塞的形式滿足日常使用的需求。圖7所示為優(yōu)化后的滑油管在主機前端的布置情況。

圖7 主機滑油供給設計3D圖

4.2 螺桿泵優(yōu)化布置，擴大設備附近通道

該船總共使用2臺螺桿泵，分別是專用艙底水泵組和油渣泵。根據(jù)2臺泵的資料顯示，其驅(qū)動電機的防護等級為IP55。該泵的驅(qū)動電機防護等級不夠，不允許將電機部分設置在機艙花鋼板以下。依據(jù)螺桿泵的管理要點“螺桿泵的螺桿較長、剛性較差，容易彎曲變形。大流量的螺桿泵安裝布置時，應該使泵的重量均布于基座之上。重心線盡可能通過船體的肋骨［1］”，在布置該類型泵組時，首先泵的螺桿軸心線平行于船長度方向。其次僅將泵組的驅(qū)動電機裸露在花鋼板高度以上，而泵的本體部分則設置在花鋼板下。泵本體上方的底層花鋼板高度（BL+1 600 mm）的位置敷設可拆卸花鋼板。不影響泵正常工作及其日常維護之外，可拆裝的花鋼板即可對泵本體做出保護也因為敷設花鋼板增大螺桿泵附近通道范圍。

5 結(jié)語

機艙底層進行生產(chǎn)設計前必須了解相關(guān)的布置圖、詳細系統(tǒng)圖及設計區(qū)域內(nèi)所有設備的特性。設計中要活躍設計思路，不能墨守成規(guī)，需要在合理的范圍內(nèi)進行創(chuàng)新，做到設備布置合理、管線統(tǒng)籌安排，做到合理美觀，有利于優(yōu)化管理和精簡節(jié)約。

［1］費千，盧士勛.船舶輔機［M］.大連：大連海事大學出版社，1998.

Production Design of Piping in ER Tank Top Area of an 8 000 HP Ice Breaker AHTS

LIU Xiao-jun1SHEN Chong1ZHU Wei-hua2

（1.Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute，Shanghai 201203，China；2.Shanghai SDARI Marine and Offshore Engineering Co.，Ltd.，CSSC，Shanghai 201203，China）

U674.2

A

1001－4624（2017）01－0092－06

2017-01-05；

2017-04-15

劉小軍（1980—），男，高級工程師，長期從事船舶管系生產(chǎn)設計工作。

沈 沖（1983—），男，助理工程師，從事船舶管系生產(chǎn)設計工作。

朱衛(wèi)華（1979—），男，工程師，從事船舶管系生產(chǎn)設計工作。