在建船舶管路串油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析

臧大偉，崔曉敏，郭興鹍，李嘉源，張振柱，藍(lán) 玉

（大連船舶重工集團(tuán)有限公司，遼寧大連 116005）

0 前言

在船舶建造期間，系統(tǒng)管路處具有大量的焊接工作。在安裝結(jié)束后，管路中存在大量的雜質(zhì)，主要包括焊渣、金屬顆粒、灰塵和水等。焊渣、金屬顆粒物和灰塵的存在會(huì)加劇系統(tǒng)中設(shè)備的磨損情況，甚至?xí)p少設(shè)備的使用壽命。水的存在會(huì)加快系統(tǒng)滑油和液壓油的乳化過(guò)程，進(jìn)而增加油的黏度并增強(qiáng)其腐蝕性。因此，在系統(tǒng)管路安裝結(jié)束后必須對(duì)其進(jìn)行有效的清潔，使系統(tǒng)管路的清潔等級(jí)滿足相關(guān)設(shè)備廠家的要求。

本文對(duì)串油油柜、油泵、濾器及相應(yīng)附件的設(shè)計(jì)與選型進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)之上，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工的要求提出船舶串油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

1 串油理論依據(jù)

1.1 串油等級(jí)

目前，與管路清潔等級(jí)相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)主要有ISO 4406: 2017標(biāo)準(zhǔn)和NAS 1638-2011標(biāo)準(zhǔn)，二者對(duì)顆粒物的尺寸和單位體積油液中顆粒物的數(shù)量都有具體的要求。ISO 4406: 2017標(biāo)準(zhǔn)對(duì)顆粒物的要求見(jiàn)表1[1]，NAS 1638-2011標(biāo)準(zhǔn)對(duì)顆粒物的要求見(jiàn)表2[2]。ISO 4406: 2017標(biāo)準(zhǔn)和NAS 1638-2011標(biāo)準(zhǔn)在一定程度上可相互參照，為計(jì)數(shù)方便，目前大多數(shù)設(shè)備廠家及船廠均采用NAS 1638-2011標(biāo)準(zhǔn)。

表1 ISO 4406: 2017標(biāo)準(zhǔn)油液污染度等級(jí)

表2 NAS 1638-2011標(biāo)準(zhǔn)油液污染度等級(jí)

1.2 系統(tǒng)串油等級(jí)要求

在建船舶需要清洗的系統(tǒng)主要包括主輔機(jī)滑油系統(tǒng)、主機(jī)液壓油系統(tǒng)、主輔機(jī)燃油系統(tǒng)、閥門(mén)遙控系統(tǒng)以及甲板機(jī)械液壓油系統(tǒng)。由于設(shè)備的精密程度和系統(tǒng)設(shè)備所用油品存在差異，故不同設(shè)備及廠家對(duì)系統(tǒng)的串油等級(jí)要求不同。一般情況下，液壓系統(tǒng)管路的清潔等級(jí)至少要達(dá)到9級(jí)及以上（此處級(jí)別依據(jù)NAS 1638-2011標(biāo)準(zhǔn)，下同）；燃油系統(tǒng)管路清潔等級(jí)要達(dá)到12級(jí)及以上；閥門(mén)遙控系統(tǒng)管路清潔等級(jí)為9級(jí)；甲板機(jī)械液壓油系統(tǒng)對(duì)管路的要求等級(jí)要求較高，部分廠家要求達(dá)到7級(jí)。

1.3 系統(tǒng)主要設(shè)備和估算

1.3.1 系統(tǒng)油泵

串油系統(tǒng)的油泵主要選用離心泵，其排量計(jì)算公式為

式中：Q為串油系統(tǒng)油泵的額定排量；v為系統(tǒng)內(nèi)清洗油的流速，一般取2～3 m/s；d為泵的口徑。

離心泵具有以下4方面優(yōu)點(diǎn)[3]：

1）泵的排量可由排出閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，排出壓力不會(huì)無(wú)限上升。

2）對(duì)雜質(zhì)不敏感。

3）排液均勻，無(wú)脈動(dòng)現(xiàn)象。

4）經(jīng)久耐用，管理方便，工作可靠。

1.3.2 串油油柜

為有效避免油柜內(nèi)死角處雜質(zhì)的聚集，串油油柜采用加強(qiáng)結(jié)構(gòu)外翻的形式。油柜的容積與清洗油每小時(shí)在系統(tǒng)管路中循環(huán)的次數(shù)有關(guān)，循環(huán)次數(shù)越高，容積就越小，反之則越大。油柜應(yīng)能容納循環(huán)于系統(tǒng)內(nèi)的全部清洗油，其容積計(jì)算公式為

式中：Vx為油柜的容積；Z為循環(huán)倍數(shù)；η為容積系數(shù)，一般取1.2～1.5。

1.3.3 串油濾器

根據(jù)過(guò)濾效率的不同，可將濾器分為粗濾器和細(xì)濾器。粗濾器能過(guò)濾掉直徑大于70 μm的固體微粒，細(xì)濾器能過(guò)濾掉直徑在1～10 μm的雜質(zhì)和清洗油分解后的產(chǎn)物。根據(jù)構(gòu)造的不同，粗濾器可分為網(wǎng)式濾器、片式濾器和吸收式濾器等，細(xì)濾器可分為多孔填料濾器、吸收式濾器及磁性濾器[4]。濾器過(guò)濾面積的計(jì)算公式為

式中：F為濾器過(guò)濾面積；c為濾芯中清洗油的流速。

1.3.4 系統(tǒng)附件

串油軟管采用橡膠軟管，其通過(guò)壓裝接頭與松套法蘭相連接。串油軟管一端與串油油泵連接，另一端通過(guò)轉(zhuǎn)換接頭與被串油系統(tǒng)的法蘭連接。轉(zhuǎn)換接頭由螺紋式法蘭變徑接頭和螺紋法蘭組成，見(jiàn)圖1。不同被串油系統(tǒng)的法蘭通經(jīng)不同，為各個(gè)系統(tǒng)制定合適尺寸的螺紋法蘭，即可對(duì)不同系統(tǒng)進(jìn)行串油，進(jìn)而在一定程度上降低串油成本。

圖1 串油轉(zhuǎn)換接頭示意圖

2 串油注意事項(xiàng)

在安裝串油系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)檢查并確認(rèn)管路內(nèi)部及法蘭端面無(wú)銹蝕現(xiàn)象，無(wú)焊渣等雜物。選用合適的墊片，連接時(shí)確保法蘭和墊片無(wú)褶皺、無(wú)偏心，要保證法蘭螺栓連接緊固。

按照臨時(shí)串油管系原理圖，逐一檢查管路系統(tǒng)的完整性。電磁閥、安全閥、指示器等敏感部件必須旁通或短接，確保管路完整且連接正確。

在串洗開(kāi)始前應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)放油檢查，排除系統(tǒng)管路內(nèi)的空氣，開(kāi)啟串洗單元3～5 min，檢查出油壓力和回油壓力是否滿足工藝要求。值得注意的是，要保持回油管路開(kāi)啟，否則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)壓力增大，進(jìn)而造成管系爆裂或法蘭泄漏。

在每次更換濾芯前必須關(guān)閉相關(guān)閥門(mén)，在確認(rèn)濾器無(wú)壓力后方可開(kāi)啟閥門(mén)并更換濾芯。換下的濾紙需要制作專用存放箱進(jìn)行存放。

管路串洗結(jié)束后，將串洗介質(zhì)油駁出至專用回收柜，并將管路內(nèi)的殘存串洗介質(zhì)油清除干凈。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)了一種高效的船舶管路串油系統(tǒng)，其原理圖見(jiàn)圖 2。該系統(tǒng)包括串油油柜、油泵、被串油系統(tǒng)管路、振動(dòng)錘、濾器、磁塞、軟管和截止閥。串油油柜與截止閥、軟管和油泵相連，油泵通過(guò)軟管與被串油系統(tǒng)管路和振動(dòng)錘連接，被串油系統(tǒng)管路和振動(dòng)錘與支路Ⅰ～支路Ⅲ相連。所有連接處均采用標(biāo)準(zhǔn)法蘭和螺栓進(jìn)行緊固。在系統(tǒng)啟動(dòng)后，支路Ⅱ處于工作狀態(tài)，系統(tǒng)開(kāi)始過(guò)濾管路中的雜質(zhì)，不定期使清洗油流過(guò)支路Ⅰ，關(guān)閉截止閥8和截止閥10，拆下磁塞，并觀察磁塞上是否有雜質(zhì)。若有，則表示濾器4中的濾紙已經(jīng)臟污堵塞。此時(shí)，應(yīng)打開(kāi)截止閥11和截止閥13，使支路Ⅲ處于工作狀態(tài)，關(guān)閉截止閥3和截止閥5，并更換濾器4中的濾紙。在串油時(shí)，支路Ⅱ和支路Ⅲ交替處于工作狀態(tài)。

圖2 船舶管路串油系統(tǒng)原理圖

本文設(shè)計(jì)的船舶管路串油系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）可在不停止串油的情況下更換濾器中已經(jīng)臟污的濾紙，可有效縮短系統(tǒng)管路的串油時(shí)間，提高串油效率。

2）可在不拆開(kāi)濾器的情況下，通過(guò)檢查磁塞上有無(wú)雜質(zhì)判斷濾器中的濾紙是否臟污，進(jìn)而提高串油效率。

3）本系統(tǒng)在被串油管路中增加振動(dòng)錘，振動(dòng)錘可激勵(lì)管路振動(dòng)，使雜質(zhì)不聚集在管路底部，更容易被清洗油帶出系統(tǒng)。

4）可反復(fù)利用，節(jié)約成本，適用性強(qiáng)。

4 結(jié)論

有效去除雜質(zhì)，清潔船舶管路對(duì)保障船舶設(shè)備的使用壽命非常重要。本文深入分析了串油油柜、油泵、濾器及相應(yīng)附件的設(shè)計(jì)與選型，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工的要求提出船舶串油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。研究表明：本文設(shè)計(jì)的船舶管路串油系統(tǒng)可縮短系統(tǒng)管路串油時(shí)間，提高串油效率，降低造船成本。