重油沉淀柜日用柜連通故障分析

青島遠洋運輸有限公司 劉廣利

重油沉淀柜日用柜連通故障分析

青島遠洋運輸有限公司 劉廣利

重油沉淀柜、日用柜是船舶動力系統的重要組成部分。從一起重油沉淀柜日用柜油位總是相同、重油自動沖洗濾器經常臟堵故障出發，分析兩油柜連通、濾器臟堵原因，提出故障排除方案。

沉淀柜；日用柜；連通；油位相同；溢流管；虹吸現象

一、故障情況

某船是一艘載重噸為49 970 t的遠洋散裝貨船，2012年10月25日國內知名船廠制造。接船后，重油沉淀柜和日用柜在使用過程中，分油機正常工作情況下，不論航行或錨泊，重油日用柜與沉淀柜的油位都相同。重油沉淀柜油位低至1.3 m后，重油沉淀柜、日用柜油位正常，即日用柜油位上升保持高位，沉淀柜油位下降。若重油沉淀柜自動駁油到一定高度，重油日用柜油位下降，重油日用柜與沉淀柜油位自行相同。重油自動駁運停止后，重油沉淀柜與日用柜油位同步下降。同時，重油自動沖洗濾器經常堵塞，不得不頻繁人工拆洗。

船舶采取以下措施，排除重油分油機故障、重油沉淀柜與日用柜外部管路連通、油柜液位計顯示錯誤等疑問：

（1）確認重油分油機工作正常。把分油機出口管路法蘭拆下，啟動分油機觀察到出口壓力及流量正常。

（2）確認重油沉淀柜與日用柜外部管路不連通。重油日用柜去分油機截止閥關閉，重油沉淀柜與日用柜外部連接管路用盲板封死。

（3）核實油柜液位計顯示油位與實際油位相符。液位計上、下部與油柜連接閥，檢查無異常。將磁翻柱液位計上部旋塞打開，用細銅管測量液位計油位與液位計顯示油位比較，二者一致。

為確保主機、副機燃用重油品質及設備安全運轉，輪機管理人員采取調小重油分油機分油量，無人機艙轉有人機艙，機艙保持一人值班，每班向沉淀柜手動勤駁少駁重油，保持沉淀柜油位在1.3 m以下，視情解體自動沖洗濾器方法應對。這自然不是長久之計。

二、故障原因分析

1.現代造船重油沉淀柜日用柜的新設計

重油進入柴油機噴油泵前需要經過加熱、沉淀、分離和濾清等處理。對重油來說，一般采用從沉淀柜到日用柜的連續循環分油。重油分油機的分油量比柴油機的消耗量大一些，分油機所分的凈油進入重油日用柜，日用柜設溢流管。重油分油機的分油量多選取銘牌額定分油量的1/2。

重油的比重一般接近水的比重，在沉淀柜中，要加熱到50～70 ℃以提高沉淀效果；在日用油柜中，重油溫度應保持在70～80 ℃。通過加溫降低重油比重，油水密度差增大，增強重油內雜質、水分沉淀分離效果。定期對重油沉淀柜、日用油柜進行排污放水，提高油柜內重油品質。

早期重油日用柜溢流管設計為И形短管，重油沉淀柜、日用柜底部為平底板，油柜透氣帽設置在生活區主甲板。現代造船采用重油日用柜安裝吸入口接近日用柜底部溢流管代替短管設計，重油沉淀柜、日用柜底部選用傾斜板式結構，如圖1，油柜透氣管延伸到機艙煙囪部位的油氣收集柜（MIST BOX），如圖2所示。

吸入口接近重油日用柜底部溢流管可使日用柜底部溫度較低、雜質和水分含量較多的重油引回重油沉淀柜，提高重油循環分離效果。

圖1 重油日用柜結構示意圖

圖2 重油油柜系統簡圖

重油沉淀柜、日用柜底部傾斜板式結構可使油中懸浮雜質易于沉淀，便于放除雜質和水分。這種設計對目前普遍使用的高質重油具有重要意義。高質重油大都含有催化劑殘留物（CAT FINES，主要是氧化鋁和氧化硅），重油催化劑顆粒對主機副機高壓油泵、活塞環和缸套等部件危害較大。氧化鋁（Al2O3）和氧化硅（SiO2）微粒高度親水，主要留存在重油水分中。底部傾斜板式結構重油沉淀柜是排出重油中水分的初級設施，簡單有效。通過放殘能有效去除重油催化劑殘留物，大大降低催化劑顆粒的危害性。

重油沉淀柜、日用柜透氣管連接為一根管路，延伸到機艙煙囪部位的油氣收集柜，通過油氣收集柜通大氣。該設計的優點是高溫重油油柜油氣不污染甲板，不會影響船員生活居住區、尾部主甲板活動區空氣質量。

2.溢流管深入沉淀柜內過長易導致虹吸現象

對于重油柜油位異常現象，抵港后，輪機人員將重油沉淀柜道門打開進行檢查。發現由重油日用柜向沉淀柜自動溢流的溢流管在沉淀柜內向下延伸太多，溢流口離沉淀柜底部大約1.3 m，如圖3所示。而這種設計易導致虹吸現象發生。

圖3 重油日用柜溢流管

船廠為何如此設計？個人認為應該是設計師太年輕或經驗不足或疏忽造成。我們是首船，第二、第三、第四條姊妹船在我們的建議下已經割除該管。割除該管不會導致其他缺陷，只要沉淀柜駁運泵自動停止液面低于該管一定高度，不會在極端情況如停分油機、風浪天氣下，導致沉淀柜內臟油返回日用柜即可。目前的設計應該是以下設計的改進。

虹吸現象因液態分子間引力與位能差造成，由于液柱壓力差，使得液體上升后再流到低處。由于管口液體承受不同的壓力，液體會由壓力大的一邊流向壓力小的一邊，直到兩邊的壓力相等，連通管兩邊液面變成相同高度，液體停止流動。虹吸現象的要件：（1）虹吸管內充滿液體；（2）虹吸管的最高點距上液面高度不高于大氣壓支持的液高度h0=P0/ρg（實際高度比理論高度低）；（3）虹吸管出口比上液面低。

虹吸現象造成重油沉淀柜與日用柜連通、油位高度相同故障。重油沉淀柜油面低于1.3 m，正常情況下，因分油機分油量小于溢流管φ100流量，溢流管不會產生虹吸現象；船舶顛簸或搖擺可能引發虹吸現象，如重油沉淀柜內油位沒有浸沒溢流口，日用柜內重油流向沉淀柜至日用柜油面與沉淀柜內溢流口高度相同結束；此時若重油駁運泵自動開始駁油，沉淀柜內重油液面浸沒溢流口，則日用柜重油溢流直至兩油柜油面相同結束；若重油駁運持續駁運至高位，則重油會逆向流向日用柜至兩油柜液面高度相同，兩油柜因虹吸現象連通，主機、副機、鍋爐燃用重油時，兩油柜油位同時下降。

主機重油自清濾器經常臟堵的原因是重油沉淀柜內未經分離的臟油因虹吸現象逆流到日用柜，頻繁人工拆洗導致自清濾器濾芯損壞。

上述問題給船舶燃油日常管理造成麻煩，只能通過有人值班，人工多次手動駁油，保持重油沉淀柜油位低于1.3 m，避免虹吸現象的發生。

三、故障排除方案

針對重油沉淀柜內溢流管過長畫蛇添足的設計，船廠設計師給出如下整改方案：在重油沉淀柜內溢流管頂部，盡可能靠頂鉆φ10 mm的透氣孔3只或φ15 mm的透氣孔2只或φ30 mm透氣孔1只。

船公司認為設計師打破U形管封閉狀態，從原理角度打一個φ10 mm孔即可解決問題的理念過于理想化，沒有考慮溢流管直徑大、重油低溫、雜質黏附堵塞透氣孔實際因素，未必能徹底避免虹吸現象的發生。建議船廠保修時，將重油沉淀柜溢流管頂部多開幾個孔或開大一點的孔或直接將沉淀柜內溢流管向下部分割除。最后，船廠同意船公司堅持將沉淀柜內溢流管向下部分割除方案。

經協商，船公司接受船廠委托安排航修上述項目，費用由船廠年終支付。2013年6月6日，該輪在中國北方港口航修割除沉淀柜內溢流管向下部分。油柜人孔蓋拆裝、通風清洗油艙、測爆、腳手架各項費用1萬余美元，工期3天。

重油沉淀柜內溢流管向下部分割除，溢流口上移后，重油沉淀柜日用柜駁油分油使用一切正常。

四、結束語

重油沉淀柜、日用柜是柴油機重要動力系統之一——燃油系統的組成部分，盡管故障率不高，但一旦發生故障往往影響船舶航行安全。船舶能否順利營運，很大程度上取決于船舶科學合理的設計以及船廠精細可靠的建造。細節決定成敗，小事成就大事。同時，船舶設備發生故障時，輪機管理人員應處驚不亂，認真分析原因，商討故障解決方案。遇到始料不及的問題不可怕，針對問題找到解決問題的方法、正確處理解決問題才是關鍵。

[1]杜榮銘.船舶柴油機[M].大連:大連海事大學出版社,1999.