63 600 DWT散貨船燃油日用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王瑞華 沈勇

摘? ? 要：在船舶營運(yùn)中，低質(zhì)廉價(jià)的重油仍在船舶柴油機(jī)普遍應(yīng)用，包括低速和中速柴油機(jī)等，其粘度可達(dá)到380～700cst@50℃。為了降低噴油時(shí)燃油的粘度，燃油必須加熱到一定的溫度（通常為120～150℃）。在燃油溫度較高時(shí)，容易產(chǎn)生一些問題，例如穴蝕和氣化等，必須采用壓力式的燃油日用系統(tǒng)。本文介紹了我司設(shè)計(jì)的63600DWT散貨船，采用主輔機(jī)共用供油單元進(jìn)行燃油系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成功經(jīng)驗(yàn)，保障了燃油系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，確保船舶安全可靠運(yùn)行和降低船舶營運(yùn)的成本。

關(guān)鍵詞：燃油日用艙； 供油單元模塊；設(shè)計(jì)壓力；管路等級(jí)

中圖分類號(hào)：U663.31 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Design of Fuel Oil Daily Service System

for 63 600 DWT Bulk Carrier

WANG Ruihua，? SHEN Yong

（ COSCO SHIPPING Heavy Industry （ Yangzhou ） Co.， Ltd.，? Yangzhou 225211 ）

Abstract：? In the ship operation， low-quality and cheap heavy oil is still widely used in marine diesel engines， including low-speed and medium-speed diesel engines， and the viscosity would reach 380～700 cst@50 °C. In order to reduce the viscosity of the fuel when injected， the fuel must be heated to a certain temperature （usually 120 to 150 °C）. However， some problems are easy to occur when the fuel temperature is high， such as cavitation and gasification， etc.， and pressure type fuel daily service system must be used. This paper introduces the successful experience of the fuel system design of 63 600 DWT bulk carrier designed by the company by using the "main and auxiliary engines" shared fuel supply unit， which ensures the stable and reliable operation of the fuel system， ensures the safe and reliable operation of the ship and reduces the cost of ship operation.

Key words： F.O service TK; F.O supply unit; design pressure; pipeline grade

1? ? ?前言

我司首次自主設(shè)計(jì)的63 600 DWT 散貨船，入籍LR船級(jí)社，滿足MARSHALL ISLANDS 和 LIBERIA 雙掛旗國要求，船舶總長199.9 m、型寬32.26 m、型深18.58 m、設(shè)計(jì)吃水11.3 m，載重量63600 DWT，航速13.5 kn。

該船主要設(shè)備參數(shù)如下：MAN主機(jī) 6G50ME-C9.6-TierIII ，SMCR 6 949 kW ×87.4 r/min/CSR 5538 kW ×81.0 r/min；主發(fā)電機(jī)3臺(tái)，每臺(tái)功率600 kW Tier III；應(yīng)急發(fā)電機(jī)1臺(tái)，功率120 kW × 1 800 r/min；采用組合鍋爐，燃油側(cè)蒸發(fā)量1 500 kg/h、廢氣側(cè)蒸發(fā)量350 kg/h、蒸氣壓力0.6 MPaG、鍋爐給水溫度80 ℃。

2? ? 燃油日用系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本要求

（1）驗(yàn)證和校核機(jī)械設(shè)備計(jì)算書、輪機(jī)設(shè)備廠商表、機(jī)艙布置圖、自動(dòng)化項(xiàng)目明細(xì)表等圖樣和技術(shù)文件的的正確性、合理性；

（2）設(shè)計(jì)圖中，無論是相關(guān)技術(shù)要求還是原理，都要表述清楚，這部分內(nèi)容在船廠的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過程中是重要的參考依據(jù)；

（3）設(shè)計(jì)圖要滿足規(guī)則、規(guī)范、公約等的要求；

（4）設(shè)計(jì)圖由封面、技術(shù)要求、附件匯總表、材料匯總表及系統(tǒng)圖等組成；

（5）設(shè)計(jì)圖以船舶大小及系統(tǒng)的復(fù)雜性為依據(jù)，劃分為不同的系統(tǒng)圖，包括發(fā)電機(jī)、主機(jī)、鍋爐燃油的日用系統(tǒng)圖，也可綜合成一個(gè)燃油日用系統(tǒng)圖；

（6）設(shè)計(jì)圖應(yīng)包括主機(jī)、發(fā)電機(jī)、鍋爐不同燃油類型用戶和相關(guān)附件等信息。

3? ? ?燃油日用系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1? ?燃油日用艙配置

在配置燃油日用艙的過程中，要以SOLAS的相關(guān)要求作為依據(jù)，并按照下述方案開展配置工作：

（1）配置兩個(gè)重油日用艙和一個(gè)輕柴油日用艙

每個(gè)重油日用艙的艙容，需滿足主機(jī)、輔機(jī)、鍋爐工作不少于8小時(shí)；

（2）一個(gè)輕柴油日用艙

供主機(jī)、輔機(jī)和鍋爐的冷態(tài)啟動(dòng)和硫排放限值區(qū)域使用。

3.2? 供油單元模塊

燃油供油單元模塊包含兩種：低壓級(jí)；高壓級(jí)。此種方式能夠?qū)θ加蛪毫驼扯鹊姆€(wěn)定起到一定的保證作用。

3.2.1低壓級(jí)

低壓級(jí)由三通閥、燃油供給泵、穩(wěn)壓閥、流量計(jì)、混油桶、附件與閥件等共同組成：

（1）三通閥

該閥是手動(dòng)操作，對(duì)不同類型的燃油進(jìn)入對(duì)應(yīng)的單元模塊進(jìn)行選擇；對(duì)于一些自動(dòng)化要求較高的船舶，該閥可以改為電動(dòng)，油位置開關(guān)提供電信號(hào)觸點(diǎn)在集控室中進(jìn)行控制；

（2）燃油供給泵

為了備不時(shí)之需，設(shè)置兩臺(tái)供給泵，其自動(dòng)啟動(dòng)與停止是通過壓力開關(guān)傳感器實(shí)現(xiàn)，設(shè)有濾器（～250 um）與安全閥，泵的排量約為主機(jī)和發(fā)電機(jī)燃油消耗量的1.5倍，壓力約為4 bar；

（3）壓力調(diào)節(jié)閥

對(duì)燃油供給泵出口壓力進(jìn)行控制，通常為～4 bar；

（3）流量計(jì)

測(cè)量燃油的消耗，帶有背壓閥旁通，當(dāng)壓差過高時(shí)自動(dòng)打開；

（4）混油桶

為了降低熱量損失，混油桶與燃油供給泵排出的低溫燃油混合，以減少熱量的損失，進(jìn)而可以降低加熱器的容量；混油筒包括壓力表、安全閥及液位開關(guān)、絕緣材料等；混油桶配置自動(dòng)除氣裝置，當(dāng)背壓閥出現(xiàn)壓差～2 bar時(shí)，混油筒中的壓力上升，空氣在混油桶上部積聚，通過背壓閥自動(dòng)打開，起到自動(dòng)排氣的目。

3.2.2高壓級(jí)

通常由加熱器、自清濾器、增壓泵、粘度控制器、附件等共同組成：。

（1）燃油增壓泵

為了備不時(shí)之需，設(shè)置兩臺(tái)燃油增壓泵，其自動(dòng)啟動(dòng)與停止是通過壓力開關(guān)傳感器實(shí)現(xiàn)，泵的排量約為主機(jī)和發(fā)電機(jī)燃油消耗量的3倍；

（2）加熱器

共兩只互為備用，通常選用殼管式加熱器，其易維修，壽命長，加熱量由一個(gè)電動(dòng)的蒸氣調(diào)節(jié)閥來控制；

（3）自清濾器

自清濾器是自動(dòng)進(jìn)行的，并且配備了旁通濾器，旁通濾器能夠在主濾器無法工作時(shí)繼續(xù)工作，容量和燃油增壓泵流量相同；自清濾器精度為10 um，旁通濾器精度為25 um；該濾器也可采用低壓級(jí)，主要考慮低壓級(jí)流量較小、溫度較低，可以降低成本。但缺點(diǎn)是主機(jī)和輔機(jī)燃油回油中可能含有的磨損顆粒物無法得到過濾，因此通常將該濾器放置在燃油增壓泵之后（熱端）；

（4）粘度控制器

粘度傳感器是取得粘度信號(hào)的關(guān)鍵所在，燃油粘度受到控制后應(yīng)保持穩(wěn)定狀態(tài)，以10～15 cst為宜，取決于主機(jī)和輔機(jī)對(duì)燃油粘度要求，該粘度控制可在集控室和就地控制；

（5）船舶發(fā)生癱船問題，通常要在30分鐘內(nèi)逐步恢復(fù)自身狀態(tài)，應(yīng)急柴油泵在供油單位模塊內(nèi)有相應(yīng)的配置，供電來源一般是應(yīng)急電源，壓力一般位于6～7 bar之間，并且滿足一臺(tái)發(fā)電機(jī)工作所需的條件；

（6）蒸氣與伴行系統(tǒng)能夠?qū)θ加蜔崃科鸬揭欢ǖ募訜嶙饔茫怯墒杷y組與電動(dòng)的蒸氣調(diào)節(jié)閥，以及啟動(dòng)箱與控制箱等共同構(gòu)成。

4? ? 主機(jī)燃油日用管系設(shè)計(jì)要點(diǎn)

重油和輕柴油從各自的日用艙引出，并進(jìn)入燃油供油單位模塊，速閉閥是必經(jīng)的閥門。在對(duì)不同類型的燃油進(jìn)入單元模塊進(jìn)行選擇時(shí)，主要是通過進(jìn)口處的三通閥實(shí)現(xiàn)的：航行工況下選擇重油，對(duì)燃油管進(jìn)行沖洗，必須在長期停車前逐步進(jìn)行；然后經(jīng)過燃油供油單元模塊分成兩路，一路至主機(jī)，另一路至輔機(jī)；主機(jī)燃油進(jìn)口依據(jù)主機(jī)廠的推薦與燃油管連接，為了對(duì)主機(jī)的正常工作起到保證作用，要將速閉閥安裝在其中，三通閥是主機(jī)與輔機(jī)燃油回油的必經(jīng)閥門，并且為混油筒或燃油日用艙提供工作。

4.1? 設(shè)計(jì)壓力

最高許用工作壓力指的是管系設(shè)計(jì)壓力， CCS規(guī)范要求如下：管系最高許用工作壓力，應(yīng)不小于安全閥或溢流閥的最高設(shè)定壓力，見表1所列。

4.2? ?管路等級(jí)

按CCS規(guī)范要求，不同用途的壓力管系按其設(shè)計(jì)壓力和溫度分為3級(jí)，如表2所列。

4.3? ?管路壁厚

按規(guī)格書要求，高壓管路壁厚依照Sch.40標(biāo)準(zhǔn)，低壓管路依照Standard標(biāo)準(zhǔn)。

4.4? ?管路壓力試驗(yàn)

4.4.1車間試驗(yàn)

試驗(yàn)壓力：1.5倍設(shè)計(jì)壓力；

適用范圍：（1）所有I&II級(jí)管路（蒸氣管、啟動(dòng)空氣管、液壓管等）；（2）設(shè)計(jì)壓力大于0.7 Mpa的蒸氣管、給水管（鍋爐）、壓縮空氣管和燃油管；（3）除了以上管路，其他管路都不需要在做車間壓力試驗(yàn)。

4.4.2船上試驗(yàn)

（1）加熱盤管、燃?xì)夤堋⑷加凸埽?.5倍設(shè)計(jì)壓力試驗(yàn)；

（2）對(duì)其它管路的要求不明確。

4.5? ?管路連接方式

對(duì)接焊連接和套筒焊接連接，應(yīng)符合表3規(guī)定。

4.6? ?燃油吸入和排出管管徑計(jì)算

4.6.1 供油單元吸入管

Q=VxπD2 / 4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中：Q——供給泵的容量，m3/h；

V——管內(nèi)流速，m/s；

D——管子通徑，mm。

（1）供給泵容量

MAN guide 推薦：供給泵Q=1900 L/H，循環(huán)泵Q=3800 L/H；實(shí)際訂貨供給泵Q=2916 L/H ，循環(huán)泵Q=5802 L/H。

（2）管內(nèi)流速

主機(jī)廠家推薦： HFOV=0.6 m/s ，MGOV=1.0 m/s；HFO 吸入管至供油單元FM02，V=0.5 m/s，MGO吸入管至供油單元FM10，V=0.65 m/s。

（3）管子通徑

HFO吸入管至供油單元FM02：D=

=45.43，實(shí)取φ60x4；

MGO吸入管至供油單元FM10：D=

=39.84，實(shí)取φ48x4。

（4）HFO 吸入總管FM01 ，按支管合并總管計(jì)算結(jié)果為：

支管1（FM02）DN50，支管2（FB01） DN32；

總管理論通徑DN 55.9 mm，總管選擇通徑DN 65 mm。

實(shí)取φ76x4。

（5）MGO 吸入總管FM01 ，按支管合并總管計(jì)算結(jié)果為：

支管1（FM02）DN40，支管2（FB01）DN32；

總管理論通徑DN 47.17 mm，總管選擇通徑DN 50 mm。

實(shí)取φ60x4。

（6）HFO供給管至鍋爐FB01：按廠家推薦為φ34x3.5；

MGO供給管至鍋爐FB02：按廠家推薦為φ34x3.5。

4.6.2 供油單元排出管

D=? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = 64.07，實(shí)取φ76x4。

4.7? 主機(jī)燃油進(jìn)口調(diào)壓閥

初步定為主輔機(jī)共用，調(diào)壓閥設(shè)定值0.8 MPa，主、輔機(jī)分開的供油單元可以不設(shè)置該調(diào)壓閥。

5? ? 柴油發(fā)電機(jī)燃油日用管系設(shè)計(jì)要點(diǎn)

柴油機(jī)發(fā)電機(jī)燃油日用管系，在原理方面與主機(jī)大致相同：發(fā)電機(jī)組數(shù)量一般是2臺(tái)或3臺(tái)，發(fā)電機(jī)燃油供每臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)使用，由供油單元排出管路提供；重力供油在柴油發(fā)電機(jī)工作中尤為重要，在日用油柜連接柴油發(fā)電機(jī)時(shí)，是通過一路管子實(shí)現(xiàn)，并且在供油時(shí)是依據(jù)專門的氣動(dòng)泵完成。

輔機(jī)燃油進(jìn)口與燃油管連接，其中流通的燃油來自供油單元，在進(jìn)入輔機(jī)前三通閥是必經(jīng)閥門。自動(dòng)三通閥較為少見，一般以手動(dòng)居多，通過機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，對(duì)于一些船舶有著較高的自動(dòng)化要求，可以將該閥設(shè)置為電動(dòng)的類型，在集控室里控制；為了防止燃油增壓泵出口壓力過高，通常在輔機(jī)燃油進(jìn)口管路加一個(gè)壓力調(diào)節(jié)閥，壓力設(shè)定為～8 bar，背壓閥的設(shè)置不容忽視，尤其是在重油回油總管。將壓力設(shè)置為～4 bar，能夠?qū)χ赜偷膲毫ζ鸬娇刂谱饔茫乐箽饣陀欣谶M(jìn)機(jī)燃油壓力的建立；同樣，在柴油的回油管路上也裝置壓力為～4 bar的背壓閥。

按照SOLAS要求，在發(fā)動(dòng)機(jī)裝置供油來源均在一處時(shí)，要設(shè)置隔離裝置，保證發(fā)動(dòng)機(jī)供油與溢流管線不受影響，發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)不應(yīng)受到隔離裝置的干擾。

6? ? 其它設(shè)備燃油日用管系設(shè)計(jì)要點(diǎn)

鍋爐、應(yīng)急發(fā)電機(jī)、焚燒爐等設(shè)備的燃油日用系統(tǒng)，按廠家推薦的相關(guān)要求，但應(yīng)強(qiáng)調(diào)一下規(guī)范中的對(duì)應(yīng)要求：燃油鍋爐的供油總管上，應(yīng)設(shè)置一速閉總閥，此閥既可直接操縱關(guān)閉，也可遙控關(guān)閉；將應(yīng)急發(fā)電機(jī)與其他閥的遙控切斷控制進(jìn)行區(qū)分，兩者應(yīng)獨(dú)立進(jìn)行控制工作。

7? ? 布置原則和安裝技術(shù)要求

7.1? 布置原則

（1）船舶橫傾～15°和縱傾～10°時(shí)，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的工作造成影響；

（2）燃油供給泵、循環(huán)泵均應(yīng)有一臺(tái)備用泵，還應(yīng)具備自動(dòng)轉(zhuǎn)換的功能；

（3）主機(jī)燃油進(jìn)口管進(jìn)主機(jī)接口處應(yīng)帶一個(gè)彎度，否則需要設(shè)置膨脹節(jié)；

（4）所有能獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的各種泵，包括循環(huán)和燃油供給泵、鍋爐燃油泵等，能夠就地進(jìn)行切斷之外，室外應(yīng)急切斷也不容忽視；

（5）艙頂處未能將深油艙的注入管連接，那么止回閥要在艙柜壁上設(shè)置，并且能夠?qū)崿F(xiàn)就地關(guān)閉與遙控關(guān)閉。

7.2? ?安裝技術(shù)要求

（1）艙柜壁上安裝閥件是雙層底以上的燃油艙柜的突出特點(diǎn)，同時(shí)要將速閉閥安裝在其中，通過遙控進(jìn)行關(guān)閉；

（2）燃油日用艙吸口末端，應(yīng)高于溢流管和泄放管末端；

（3）為了方便檢修與拆裝等工作，要將壓力大于0.18 Mpa 的加熱燃油的相關(guān)部件設(shè)置在固定的位置上；

（4）油管和油柜，不應(yīng)設(shè)置在電氣設(shè)備上方，包括柴油機(jī)排氣管、鍋爐、消音器、發(fā)電機(jī)、配電板等，避免漏油而引發(fā)火災(zāi)；另外，房間天花板等位置也不應(yīng)裝置，要將排油設(shè)施與集油盤進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置；

（5）燃油溫度降低后會(huì)冷卻，從而中斷供油。為了避免此種情況出現(xiàn)，要在油艙（柜）中設(shè)置蒸氣加熱管，絕熱材料與蒸氣保溫伴行管分別在油柜外表面、輸送燃油的管路上鋪設(shè)，包扎時(shí)要應(yīng)用絕熱材料；

（6）法蘭接頭是輸送燃油的管路應(yīng)用的主要材料，為了保證供油工作的順利進(jìn)行，法蘭接頭墊片耐油溫度以超過150 ℃為宜，避免出現(xiàn)滲漏問題。

8? ? 結(jié)論

燃油日用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，直接決定了主機(jī)、發(fā)電機(jī)、鍋爐燃油設(shè)備正常工作，燃油部件的配置要完全和燃油用戶設(shè)備需求一致，包括油燃油供高低壓泵配置、燃油溫度與粘度控制、管道管徑選擇、管道走向路徑優(yōu)化、燃油進(jìn)機(jī)壓力控制等，都需要與燃油用戶設(shè)備運(yùn)行技術(shù)要求進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)還需重點(diǎn)考慮以下方面的設(shè)計(jì)輸入條件：

（1）要對(duì)與設(shè)備相關(guān)的信息和資料進(jìn)行閱讀，并掌握燃油的相關(guān)要求與條件，從而精準(zhǔn)配置其中的各項(xiàng)設(shè)備；

（2）本系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需設(shè)備容量，在規(guī)格書編制階段設(shè)備估算書計(jì)算時(shí)應(yīng)已確定，設(shè)計(jì)時(shí)可以驗(yàn)證；

（3）本系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需設(shè)備資料（如，主機(jī)、發(fā)電機(jī)、鍋爐、供油單元等），需要在設(shè)計(jì)前予以提供；

（4）以船級(jí)社的相關(guān)要求作為依據(jù)，定級(jí)應(yīng)用的附件與管子；同時(shí)，無論是購買材料還是檢驗(yàn)與加工，都要與船檢要求相一致；

（5）所有管路通徑要計(jì)算選取，涉及其它系統(tǒng)圖紙管路由其相應(yīng)系統(tǒng)確定，管路壁厚要求要符合規(guī)格書；

（6）閥件明細(xì)表編輯時(shí)，要注意規(guī)格書對(duì)材質(zhì)要求，并要注意所有I級(jí)和II級(jí)管路上閥件需要提供船級(jí)社證書。

（7）當(dāng)供油系統(tǒng)同時(shí)為主機(jī)與輔機(jī)工作，那么要考慮系統(tǒng)供油與回油管的壓力，從而滿足不同的工作需求。

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