重油沉淀柜日用柜连通故障分析

青岛远洋运输有限公司 刘广利

重油沉淀柜日用柜连通故障分析

青岛远洋运输有限公司 刘广利

重油沉淀柜、日用柜是船舶动力系统的重要组成部分。从一起重油沉淀柜日用柜油位总是相同、重油自动冲洗滤器经常脏堵故障出发，分析两油柜连通、滤器脏堵原因，提出故障排除方案。

沉淀柜；日用柜；连通；油位相同；溢流管；虹吸现象

一、故障情况

某船是一艘载重吨为49 970 t的远洋散装货船，2012年10月25日国内知名船厂制造。接船后，重油沉淀柜和日用柜在使用过程中，分油机正常工作情况下，不论航行或锚泊，重油日用柜与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。若重油沉淀柜自动驳油到一定高度，重油日用柜油位下降，重油日用柜与沉淀柜油位自行相同。重油自动驳运停止后，重油沉淀柜与日用柜油位同步下降。同时，重油自动冲洗滤器经常堵塞，不得不频繁人工拆洗。

船舶采取以下措施，排除重油分油机故障、重油沉淀柜与日用柜外部管路连通、油柜液位计显示错误等疑问：

（1）确认重油分油机工作正常。把分油机出口管路法兰拆下，启动分油机观察到出口压力及流量正常。

（2）确认重油沉淀柜与日用柜外部管路不连通。重油日用柜去分油机截止阀关闭，重油沉淀柜与日用柜外部连接管路用盲板封死。

（3）核实油柜液位计显示油位与实际油位相符。液位计上、下部与油柜连接阀，检查无异常。将磁翻柱液位计上部旋塞打开，用细铜管测量液位计油位与液位计显示油位比较，二者一致。

为确保主机、副机燃用重油品质及设备安全运转，轮机管理人员采取调小重油分油机分油量，无人机舱转有人机舱，机舱保持一人值班，每班向沉淀柜手动勤驳少驳重油，保持沉淀柜油位在1.3 m以下，视情解体自动冲洗滤器方法应对。这自然不是长久之计。

二、故障原因分析

1.现代造船重油沉淀柜日用柜的新设计

重油进入柴油机喷油泵前需要经过加热、沉淀、分离和滤清等处理。对重油来说，一般采用从沉淀柜到日用柜的连续循环分油。重油分油机的分油量比柴油机的消耗量大一些，分油机所分的净油进入重油日用柜，日用柜设溢流管。重油分油机的分油量多选取铭牌额定分油量的1/2。

重油的比重一般接近水的比重，在沉淀柜中，要加热到50～70 ℃以提高沉淀效果；在日用油柜中，重油温度应保持在70～80 ℃。通过加温降低重油比重，油水密度差增大，增强重油内杂质、水分沉淀分离效果。定期对重油沉淀柜、日用油柜进行排污放水，提高油柜内重油品质。

早期重油日用柜溢流管设计为И形短管，重油沉淀柜、日用柜底部为平底板，油柜透气帽设置在生活区主甲板。现代造船采用重油日用柜安装吸入口接近日用柜底部溢流管代替短管设计，重油沉淀柜、日用柜底部选用倾斜板式结构，如图1，油柜透气管延伸到机舱烟囱部位的油气收集柜（MIST BOX），如图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温度较低、杂质和水分含量较多的重油引回重油沉淀柜，提高重油循环分离效果。

图1 重油日用柜结构示意图

图2 重油油柜系统简图

重油沉淀柜、日用柜底部倾斜板式结构可使油中悬浮杂质易于沉淀，便于放除杂质和水分。这种设计对目前普遍使用的高质重油具有重要意义。高质重油大都含有催化剂残留物（CAT FINES，主要是氧化铝和氧化硅），重油催化剂颗粒对主机副机高压油泵、活塞环和缸套等部件危害较大。氧化铝（Al2O3）和氧化硅（SiO2）微粒高度亲水，主要留存在重油水分中。底部倾斜板式结构重油沉淀柜是排出重油中水分的初级设施，简单有效。通过放残能有效去除重油催化剂残留物，大大降低催化剂颗粒的危害性。

重油沉淀柜、日用柜透气管连接为一根管路，延伸到机舱烟囱部位的油气收集柜，通过油气收集柜通大气。该设计的优点是高温重油油柜油气不污染甲板，不会影响船员生活居住区、尾部主甲板活动区空气质量。

2.溢流管深入沉淀柜内过长易导致虹吸现象

对于重油柜油位异常现象，抵港后，轮机人员将重油沉淀柜道门打开进行检查。发现由重油日用柜向沉淀柜自动溢流的溢流管在沉淀柜内向下延伸太多，溢流口离沉淀柜底部大约1.3 m，如图3所示。而这种设计易导致虹吸现象发生。

图3 重油日用柜溢流管

船厂为何如此设计？个人认为应该是设计师太年轻或经验不足或疏忽造成。我们是首船，第二、第三、第四条姊妹船在我们的建议下已经割除该管。割除该管不会导致其他缺陷，只要沉淀柜驳运泵自动停止液面低于该管一定高度，不会在极端情况如停分油机、风浪天气下，导致沉淀柜内脏油返回日用柜即可。目前的设计应该是以下设计的改进。

虹吸现象因液态分子间引力与位能差造成，由于液柱压力差，使得液体上升后再流到低处。由于管口液体承受不同的压力，液体会由压力大的一边流向压力小的一边，直到两边的压力相等，连通管两边液面变成相同高度，液体停止流动。虹吸现象的要件：（1）虹吸管内充满液体；（2）虹吸管的最高点距上液面高度不高于大气压支持的液高度h0=P0/ρg（实际高度比理论高度低）；（3）虹吸管出口比上液面低。

虹吸现象造成重油沉淀柜与日用柜连通、油位高度相同故障。重油沉淀柜油面低于1.3 m，正常情况下，因分油机分油量小于溢流管φ100流量，溢流管不会产生虹吸现象；船舶颠簸或摇摆可能引发虹吸现象，如重油沉淀柜内油位没有浸没溢流口，日用柜内重油流向沉淀柜至日用柜油面与沉淀柜内溢流口高度相同结束；此时若重油驳运泵自动开始驳油，沉淀柜内重油液面浸没溢流口，则日用柜重油溢流直至两油柜油面相同结束；若重油驳运持续驳运至高位，则重油会逆向流向日用柜至两油柜液面高度相同，两油柜因虹吸现象连通，主机、副机、锅炉燃用重油时，两油柜油位同时下降。

主机重油自清滤器经常脏堵的原因是重油沉淀柜内未经分离的脏油因虹吸现象逆流到日用柜，频繁人工拆洗导致自清滤器滤芯损坏。

上述问题给船舶燃油日常管理造成麻烦，只能通过有人值班，人工多次手动驳油，保持重油沉淀柜油位低于1.3 m，避免虹吸现象的发生。

三、故障排除方案

针对重油沉淀柜内溢流管过长画蛇添足的设计，船厂设计师给出如下整改方案：在重油沉淀柜内溢流管顶部，尽可能靠顶钻φ10 mm的透气孔3只或φ15 mm的透气孔2只或φ30 mm透气孔1只。

船公司认为设计师打破U形管封闭状态，从原理角度打一个φ10 mm孔即可解决问题的理念过于理想化，没有考虑溢流管直径大、重油低温、杂质黏附堵塞透气孔实际因素，未必能彻底避免虹吸现象的发生。建议船厂保修时，将重油沉淀柜溢流管顶部多开几个孔或开大一点的孔或直接将沉淀柜内溢流管向下部分割除。最后，船厂同意船公司坚持将沉淀柜内溢流管向下部分割除方案。

经协商，船公司接受船厂委托安排航修上述项目，费用由船厂年终支付。2013年6月6日，该轮在中国北方港口航修割除沉淀柜内溢流管向下部分。油柜人孔盖拆装、通风清洗油舱、测爆、脚手架各项费用1万余美元，工期3天。

重油沉淀柜内溢流管向下部分割除，溢流口上移后，重油沉淀柜日用柜驳油分油使用一切正常。

四、结束语

重油沉淀柜、日用柜是柴油机重要动力系统之一——燃油系统的组成部分，尽管故障率不高，但一旦发生故障往往影响船舶航行安全。船舶能否顺利营运，很大程度上取决于船舶科学合理的设计以及船厂精细可靠的建造。细节决定成败，小事成就大事。同时，船舶设备发生故障时，轮机管理人员应处惊不乱，认真分析原因，商讨故障解决方案。遇到始料不及的问题不可怕，针对问题找到解决问题的方法、正确处理解决问题才是关键。

[1]杜荣铭.船舶柴油机[M].大连:大连海事大学出版社,1999.