在建船舶管路串油系統的設計與分析

臧大偉，崔曉敏，郭興鹍，李嘉源，張振柱，藍 玉

（大連船舶重工集團有限公司，遼寧大連 116005）

0 前言

在船舶建造期間，系統管路處具有大量的焊接工作。在安裝結束后，管路中存在大量的雜質，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加劇系統中設備的磨損情況，甚至會減少設備的使用壽命。水的存在會加快系統滑油和液壓油的乳化過程，進而增加油的黏度并增強其腐蝕性。因此，在系統管路安裝結束后必須對其進行有效的清潔，使系統管路的清潔等級滿足相關設備廠家的要求。

本文對串油油柜、油泵、濾器及相應附件的設計與選型進行分析。在此基礎之上，結合現場施工的要求提出船舶串油系統的設計方案。

1 串油理論依據

1.1 串油等級

目前，與管路清潔等級相關的國際標準主要有ISO 4406: 2017標準和NAS 1638-2011標準，二者對顆粒物的尺寸和單位體積油液中顆粒物的數量都有具體的要求。ISO 4406: 2017標準對顆粒物的要求見表1[1]，NAS 1638-2011標準對顆粒物的要求見表2[2]。ISO 4406: 2017標準和NAS 1638-2011標準在一定程度上可相互參照，為計數方便，目前大多數設備廠家及船廠均采用NAS 1638-2011標準。

表1 ISO 4406: 2017標準油液污染度等級

表2 NAS 1638-2011標準油液污染度等級

1.2 系統串油等級要求

在建船舶需要清洗的系統主要包括主輔機滑油系統、主機液壓油系統、主輔機燃油系統、閥門遙控系統以及甲板機械液壓油系統。由于設備的精密程度和系統設備所用油品存在差異，故不同設備及廠家對系統的串油等級要求不同。一般情況下，液壓系統管路的清潔等級至少要達到9級及以上（此處級別依據NAS 1638-2011標準，下同）；燃油系統管路清潔等級要達到12級及以上；閥門遙控系統管路清潔等級為9級；甲板機械液壓油系統對管路的要求等級要求較高，部分廠家要求達到7級。

1.3 系統主要設備和估算

1.3.1 系統油泵

串油系統的油泵主要選用離心泵，其排量計算公式為

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

離心泵具有以下4方面優點[3]：

1）泵的排量可由排出閥進行調節，排出壓力不會無限上升。

2）對雜質不敏感。

3）排液均勻，無脈動現象。

4）經久耐用，管理方便，工作可靠。

1.3.2 串油油柜

為有效避免油柜內死角處雜質的聚集，串油油柜采用加強結構外翻的形式。油柜的容積與清洗油每小時在系統管路中循環的次數有關，循環次數越高，容積就越小，反之則越大。油柜應能容納循環于系統內的全部清洗油，其容積計算公式為

式中：Vx為油柜的容積；Z為循環倍數；η為容積系數，一般取1.2～1.5。

1.3.3 串油濾器

根據過濾效率的不同，可將濾器分為粗濾器和細濾器。粗濾器能過濾掉直徑大于70 μm的固體微粒，細濾器能過濾掉直徑在1～10 μm的雜質和清洗油分解后的產物。根據構造的不同，粗濾器可分為網式濾器、片式濾器和吸收式濾器等，細濾器可分為多孔填料濾器、吸收式濾器及磁性濾器[4]。濾器過濾面積的計算公式為

式中：F為濾器過濾面積；c為濾芯中清洗油的流速。

1.3.4 系統附件

串油軟管采用橡膠軟管，其通過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，另一端通過轉換接頭與被串油系統的法蘭連接。轉換接頭由螺紋式法蘭變徑接頭和螺紋法蘭組成，見圖1。不同被串油系統的法蘭通經不同，為各個系統制定合適尺寸的螺紋法蘭，即可對不同系統進行串油，進而在一定程度上降低串油成本。

圖1 串油轉換接頭示意圖

2 串油注意事項

在安裝串油系統時，應檢查并確認管路內部及法蘭端面無銹蝕現象，無焊渣等雜物。選用合適的墊片，連接時確保法蘭和墊片無褶皺、無偏心，要保證法蘭螺栓連接緊固。

按照臨時串油管系原理圖，逐一檢查管路系統的完整性。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。

在串洗開始前應進行系統放油檢查，排除系統管路內的空氣，開啟串洗單元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，要保持回油管路開啟，否則會導致系統壓力增大，進而造成管系爆裂或法蘭泄漏。

在每次更換濾芯前必須關閉相關閥門，在確認濾器無壓力后方可開啟閥門并更換濾芯。換下的濾紙需要制作專用存放箱進行存放。

管路串洗結束后，將串洗介質油駁出至專用回收柜，并將管路內的殘存串洗介質油清除干凈。

3 系統設計

本文設計了一種高效的船舶管路串油系統，其原理圖見圖 2。該系統包括串油油柜、油泵、被串油系統管路、振動錘、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，油泵通過軟管與被串油系統管路和振動錘連接，被串油系統管路和振動錘與支路Ⅰ～支路Ⅲ相連。所有連接處均采用標準法蘭和螺栓進行緊固。在系統啟動后，支路Ⅱ處于工作狀態，系統開始過濾管路中的雜質，不定期使清洗油流過支路Ⅰ，關閉截止閥8和截止閥10，拆下磁塞，并觀察磁塞上是否有雜質。若有，則表示濾器4中的濾紙已經臟污堵塞。此時，應打開截止閥11和截止閥13，使支路Ⅲ處于工作狀態，關閉截止閥3和截止閥5，并更換濾器4中的濾紙。在串油時，支路Ⅱ和支路Ⅲ交替處于工作狀態。

圖2 船舶管路串油系統原理圖

本文設計的船舶管路串油系統具有如下優點：

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

2）可在不拆開濾器的情況下，通過檢查磁塞上有無雜質判斷濾器中的濾紙是否臟污，進而提高串油效率。

3）本系統在被串油管路中增加振動錘，振動錘可激勵管路振動，使雜質不聚集在管路底部，更容易被清洗油帶出系統。

4）可反復利用，節約成本，適用性強。

4 結論

有效去除雜質，清潔船舶管路對保障船舶設備的使用壽命非常重要。本文深入分析了串油油柜、油泵、濾器及相應附件的設計與選型，并結合現場施工的要求提出船舶串油系統的設計方案。研究表明：本文設計的船舶管路串油系統可縮短系統管路串油時間，提高串油效率，降低造船成本。