船舶管系阀件布置优化

刘小军李文军徐海生

（上海船舶研究设计院，上海201203）

生产设计

船舶管系阀件布置优化

刘小军李文军徐海生

（上海船舶研究设计院，上海201203）

详细设计阶段设绘的管系原理图及布置图不能直接用于管系制造加工。生产设计为实现机、电、舾各专业综合布置规范，满足船东的使用要求，必须对图纸进行深度细化。针对生产设计过程，管系阀件综合布置和深化设计中遇到的问题，提出了解决方案。

船舶管系；阀件；布置优化

0 前言

随着船舶技术飞速发展，TRIBON、CADMATIC等三维软件广泛用于设计公司及船厂，直观的三维管系模型使得管路的生产设计质量及效率得以提升。管路系统的布置设计工作需要经验丰富的管系设计人员来完成，其设计的优劣取决于设计人员的专业知识和经验。本文以64 000 DWT散货船管系阀件布置位置为研究对象，对生产设计中管系阀件的布置进行研究。

1 阀件设计位置

船舶系统中使用的阀件布置考虑以下3个方面。

1）阀件的使用频率及操作空间。必须考虑相关系统中阀件的使用频率及操作空间。如燃油日用系统中，燃油、柴油切换阀组使用频率很高，而操作舱底压载管路的阀件使用频率相对较低，因此，对于操作频率较高的阀应当布置在操作人员容易到达的区域，需预留出较为宽裕的操作空间和通道。所有的阀均应布置在容易操作的区域，除非船型不同，空间有限，才会考虑其特性。

2）阀件操作的难易状态及开启方式。考虑阀附件的类型来设置阀件的位置及空间。如常规闸阀的开启所需要的扭矩较大。对于船舶生活污水系统来讲，其中的阀件大部分选型为闸阀。该类阀件建议布置在距离甲板高度1 400～1 600 mm为佳，尽量避免布置在分段吊装管系中。对于L型三通阀件，开启手柄的运动轨迹决定了其不宜布置在花钢板或格栅的下方，更不宜布置在分段预装的管系中。应该布置在操作人员容易到达的操作位置。

3）阀件操作的舒适性。充分考虑系统中阀手轮的直径来设置阀件的操作高度。操作的难易程度和阀的手轮直径成正比。图1和图2，指示出位置1最好，位置2次之，位置3最差。用线性方程关系表示了人体处于不同姿势下其与舒适程度的关系，见图3。图3中柱形条显示的数字反映了该种姿势的舒适度。表1给出了垂直操作阀杆的操作性系数，以通径200 mm的管子位于位置1的操作系数为1作为标准而建立的。对于标准身高的操作者而言，在同一位置随着手轮直径的增大其操作系数线性递增，同一直径的手轮在第2个位置的操作性系数为位置1的3.12倍。依据手轮所处的位置而引起的舒适度变化，以位置1定为最佳舒适度。那么可以用

图1 阀手轮垂直向上布置安装高度及操作空间

图2 阀手轮水平布置的安装高度及操作空间

图3 姿势与最长持续时间关系

式（1）建立手轮不舒适方程：

式中：Sk——手轮任意位置时的高度，mm；

Sbest——手轮的最佳位置高低，mm

利用这个隶属函数来表达手轮的不同高度下的操作舒适度显然更能反映实际情况，见图3。

阀件手轮的大小决定阀件的最佳安装高度，其各通径阀件安装高度推荐值见表2。

表1 阀杆操作性系数

表2 阀件手轮的最佳操作高度

本文以64 000 DWT散货船燃油系列使用的安全阀布置为例，介绍安全阀不同设计位置的优点、缺点及缺点相应的解决方式。

2 自动执行类型阀的布置典型

众所周知，动力装置的燃油费用一般占船舶总营运开支的30%～40%，降低燃油开支是减少营运成本的有效措施之一。目前低速、中速柴油机已普遍使用黏度可达380～700 cst/50°的重油。它的总潜在沉淀物为钒、钙、锌、磷、铝、硅等。表3为GB/T 17411—2012《船用燃料油》罗列的沉淀物含量。

表3 沉淀物含量表

依据SOLAS公约及各大船级社对燃油输送系统的约定：“任意油舱柜或燃油系统的任何部分，包括船上油泵供油的注入管在内，应设有防止超压的装置”。现在大部分的防超压装置为安全阀，常见的燃油输送系统中的安全阀布置有以下两种布置方式：

1）安全阀设置在机舱人员可操作的范围之内，高度为距离平台甲板1.0～1.6 m的高度，见图4。这样设计的优点是安全阀处于人体正常行走的视界区域中，方便日常操作、维护等工作。缺点是安全阀进口距离加注站的连通总管比较远，连接安全阀和总管之间的管路在完成第一次注油之后一直处于充满燃油的状态，依据重油总沉淀物含量表（表3）的数据，日积月累的加油活动将在安全阀进口之前出现以下缺点：

（1）重油中所包含的杂质会在此连接管中沉淀，长期累积的沉淀物难以清除，还使得安全阀进口前的管系有效流通截面积减少甚至堵塞该段管系。

（2）进口前的管路中油柱产生的压力使全阀的复位弹簧长期处于受力状态。

以上两种状况均可能造成安全阀使用寿命缩短甚至丧失功效。解决方法是：在安全阀进口的“U”型弯管最低点设置泄放管，并使用双联盲板法兰或用带醒目“常闭”铭牌的截止阀进行阻断，防止误操作的发生。同时这段弯管在放样取段的时候做成一个两端等长的短管，方便现场安装。

图464 000 DWT散货船安全阀布置1

2）安全阀设置在两侧加注站的连通总管附近，见图5。这样的设计解决了1）中的缺点。其本身的缺点在于阀件布置的位置处于管线、风管上方，前期的阀件调试及后期的维护保养均受到空间的限制。解决方法是保证安全阀有较大维护的空间。阀件周围留出足够的维护检修的空间，布置该阀时优先考虑在直梯附近。

3 结语

船舶管系用于船舶上传输液、气（汽）两相介质以实现系统功能的重要通道。管系设计必须考虑到船舶上的设备及其阀件操作、维护保养及更换等因素，进而保证船舶机械设备的正常运转和船舶的安全航行。设计人员在不同系统设计时需将各种方案反复对比，确认满足该船系统最优设计方案。这对提高管系的设计质量和效率、缩短整个造船周期和提高经济效益有不可估量的意义。

Optimization of Piping Valve Dispose

LIU Xiao-junLI Wen-junXU Hai-sheng
（Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute，Shanghai 201203，China）

The piping diagram and arrangement in detail design stage is simple for processing in shipyard.In order to make sure the general arrangement of machinery，electric and outfitting regular，satisfy the requirement of shipowner，some detail drawings need to be optimized in production design stage.This article was mainly for presenting and solving some issues during piping arrangement balance and optimizing design.

ship piping；valve；arrangement optimize

图564 000 DWT散货船安全阀布置2

U664.5+8

A

1001－4624（2016）02－0073－04

2016-08-17；

2016-10-16

刘小军（1980—），工程师，从事船舶管系生产设计工作。

李文军（1985—），助理工程师，从事船舶管系生产设计工作。

徐海生（1977—），工程师，从事船舶管系生产设计工作。