船舶滑油輸送系統的設計及研究

郭 健，許小紅

0 引言

滑油輸送系統的主要作用[1]是利用岸上的加油設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行調駁。滑油主要起到給設備潤滑、冷卻、減磨、清潔、密封等作用。根據設備的轉速或活塞往復運動的速度不同，需要配備不同粘度等級的滑油進行潤滑，不同的油品就構成了不同的系統。

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

任何系統的設計都需要預先考慮全船所有設備的狀態、船舶狀態等因素，因為每一個系統均不是單獨存在的，全船的所有系統包括其他設施均是一個整體，缺一不可，每一個系統的故障都有可能導致整個船舶的災難。以下是該船一些相關的參數：

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

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

3）主機氣缸油消耗率：0.95 g/kWh～1.5 g/kWh；

4）柴油發電機（安慶大發6DK-20）功率：770 kW（3臺/船）；

5）柴油發電機滑油消耗率：1.1 g/kWh；

6）船舶續航力：8 000 n mile；

7）船舶航速：16.7 kn；

8）滑油密度：0.900 t/m3。

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

1 艙柜容積設計

無論做任何系統設計，艙柜容積的設計[2-3]都必須滿足船級社規范和設備廠家的要求。

滑油系統設計之前，主機一般均已經確定下來。此時，所有和主機系統有關的系統設計，船廠都要嚴格參照主機廠提供的參考系統圖設計，在這些參考系統中，一些艙柜的容積和泵的型號和管徑，主機廠都已經給了參考值，因此船廠設計的艙柜容積不要小于主機廠的推薦值，且管徑都要盡量按照推薦值設計。在實際設計中，設備廠推薦的艙容均為最小艙容，如果設備廠沒有推薦艙容，考慮到系統管路以及管路上附件的滑油損失以及艙容和存儲（一般艙內儲油量為艙容的70%～85%）的關系，一般設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中一些常用艙柜艙容是如何設計的做一下說明。

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。

而該船系統中設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，則設計艙容為推薦艙容的2.37倍。

系統中的氣缸油儲存艙容積完全滿足要求。如果設計其他船型，在船體結構合適的情況下，設計成一個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

根據規范要求，無人機艙中，氣缸油日用柜的容積應能至少保證主機使用8 h，而有人機艙中，氣缸油日用柜的容積應能至少保證主機使用24 h，2 000車位汽車滾裝船屬于有人機艙，因此氣缸油日用柜的容積要求應按照24 h計算。

考慮到隨著主機使用時間的增多，主機的氣缸油效率會有所增加，因此系統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 主機滑油儲存艙

滑油儲存艙儲油量＝滑油循環艙+系統內油量+續航力時間內的滑油消耗量

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

系統內油量為系統管路和設備內的油量，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)。根據容積系數，一般設計艙容為計算艙容的1.3倍～1.5 倍，14.03×1.5＝21 m3，該船設計的主機滑油儲存艙容為22.1 m3，也符合要求。

2 泵的設計

一般泵的設計[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。另外所有泵的設計參數均以設備廠家推薦為準。但所有設備廠推薦泵的參數或計算參數也均為最小參數。在實際設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備、附件阻力損失等，所以排量和壓力都要適當增大。

2.1 氣缸油輸送泵

氣缸油輸送泵的排量一般按照常規設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，按照常規設計的話，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，一般根據船舶和主機功率決定，通常排量設定為5 m3/h，但如果電站負荷允許，也可以適當增大排量來縮短駁運時間。

3 管路設計

系統設計管路時，首先就要考慮管路設計壓力、裝船前壓力和裝船后壓力。

1）設計壓力：是管系最高許用工作壓力，一般取系統中泵的排出揚程的1.1倍；

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

3）裝船后壓力：船上進行，要求在工作狀態下無泄漏，對于油管和油艙加熱盤管來說，是1.5倍設計壓力但不小于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倍設計壓力，但不必超過設計壓力加7 MPa。

對于管子設計來說，最主要是如何確定管子的管徑、壁厚和相關的閥件壓力和材料。在設計管子之前，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范和規格書要求；

2）如果設備廠已經給出了相關系統圖中的管徑和壁厚，一般情況下均要遵守。

按照規范要求和設備設計進口壓力、流速等，滑油管內滑油流速均有一個上限值，因此相應的滑油管路均要按照此設計，否則管路流速太大，壓力增高，會對閥附件以及設備造成損壞。

3.1 注入和排出管路

注入和排出管路：此管路管徑一般設定為在不超過滑油最高流速的情況下，岸上設備大概在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CCS規范，注入管路上一定要設1個防止超壓的設備，通常選用安全閥來防止超壓，其設定壓力一般設定為系統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。但是主機滑油循環艙如果位于雙層底，且下面沒有隔離空艙與船體外板隔離的話，則這個主機滑油循環艙的透氣管就要加閥。另外根據CCS規范要求，海水箱透氣管也需要加截止閥。所以系統的設計要隨時了解規范的規定。

閥件的型式同樣根據規范和規格書選取。如果規范和規格書無特殊說明，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、蝶閥和快關閥等，都要根據規范和規格書要求進行設計。

4 設計要點

總的來說，任何系統的設計均要綜合考慮規范、規格書、掛旗國要求以及相關設備的信息和施工的難易程度、使用者的方便性，才能準確有效設計出一個合理、合格、完美的系統圖。下面在對于滑油系統設計中需要注意的幾點要求做如下說明：

1）所有和大型設備有關的系統，船廠在設計前請務必參閱設備廠家推薦的系統圖，所有和設備有關的油艙艙容和泵的參數也都必須提前參考設備廠家的推薦。

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閉管路，從而減少事故發生的機會。

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

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

6）對于有人機艙，氣缸油日用柜和主機滑油循環艙可以設計為只裝一個低位報警的液位開關，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）主機滑油循環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，現在有些船設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。低位報警開關一般設定在艙容的30%～35%左右，高位報警開關一般設定在艙容的80%～85%左右，低低位報警和高高位報警一般設定為下調或上調 5%左右。而液位傳感器安裝位置則應當盡量靠近艙底，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 結論

系統設計是一個復雜的工程，牽一發而動全身。船級社的要求只是一個最低要求。對于船廠來說，做系統設計時不僅要滿足船級社、規格書、掛旗國等要求，還要考慮系統的優化設計、施工的難易程度、設備的布置和維修等。

[1]中國船舶工業總公司.船舶設計實用手冊(輪機分冊)[M].北京: 國防工業出版社, 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.鋼制海船入級規范[S].北京: 人民交通出版社, 2015.

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