在建船舶管路串油系统的设计与分析

臧大伟，崔晓敏，郭兴鹍，李嘉源，张振柱，蓝 玉

（大连船舶重工集团有限公司，辽宁大连 116005）

0 前言

在船舶建造期间，系统管路处具有大量的焊接工作。在安装结束后，管路中存在大量的杂质，主要包括焊渣、金属颗粒、灰尘和水等。焊渣、金属颗粒物和灰尘的存在会加剧系统中设备的磨损情况，甚至会减少设备的使用寿命。水的存在会加快系统滑油和液压油的乳化过程，进而增加油的黏度并增强其腐蚀性。因此，在系统管路安装结束后必须对其进行有效的清洁，使系统管路的清洁等级满足相关设备厂家的要求。

本文对串油油柜、油泵、滤器及相应附件的设计与选型进行分析。在此基础之上，结合现场施工的要求提出船舶串油系统的设计方案。

1 串油理论依据

1.1 串油等级

目前，与管路清洁等级相关的国际标准主要有ISO 4406: 2017标准和NAS 1638-2011标准，二者对颗粒物的尺寸和单位体积油液中颗粒物的数量都有具体的要求。ISO 4406: 2017标准对颗粒物的要求见表1[1]，NAS 1638-2011标准对颗粒物的要求见表2[2]。ISO 4406: 2017标准和NAS 1638-2011标准在一定程度上可相互参照，为计数方便，目前大多数设备厂家及船厂均采用NAS 1638-2011标准。

表1 ISO 4406: 2017标准油液污染度等级

表2 NAS 1638-2011标准油液污染度等级

1.2 系统串油等级要求

在建船舶需要清洗的系统主要包括主辅机滑油系统、主机液压油系统、主辅机燃油系统、阀门遥控系统以及甲板机械液压油系统。由于设备的精密程度和系统设备所用油品存在差异，故不同设备及厂家对系统的串油等级要求不同。一般情况下，液压系统管路的清洁等级至少要达到9级及以上（此处级别依据NAS 1638-2011标准，下同）；燃油系统管路清洁等级要达到12级及以上；阀门遥控系统管路清洁等级为9级；甲板机械液压油系统对管路的要求等级要求较高，部分厂家要求达到7级。

1.3 系统主要设备和估算

1.3.1 系统油泵

串油系统的油泵主要选用离心泵，其排量计算公式为

式中：Q为串油系统油泵的额定排量；v为系统内清洗油的流速，一般取2～3 m/s；d为泵的口径。

离心泵具有以下4方面优点[3]：

1）泵的排量可由排出阀进行调节，排出压力不会无限上升。

2）对杂质不敏感。

3）排液均匀，无脉动现象。

4）经久耐用，管理方便，工作可靠。

1.3.2 串油油柜

为有效避免油柜内死角处杂质的聚集，串油油柜采用加强结构外翻的形式。油柜的容积与清洗油每小时在系统管路中循环的次数有关，循环次数越高，容积就越小，反之则越大。油柜应能容纳循环于系统内的全部清洗油，其容积计算公式为

式中：Vx为油柜的容积；Z为循环倍数；η为容积系数，一般取1.2～1.5。

1.3.3 串油滤器

根据过滤效率的不同，可将滤器分为粗滤器和细滤器。粗滤器能过滤掉直径大于70 μm的固体微粒，细滤器能过滤掉直径在1～10 μm的杂质和清洗油分解后的产物。根据构造的不同，粗滤器可分为网式滤器、片式滤器和吸收式滤器等，细滤器可分为多孔填料滤器、吸收式滤器及磁性滤器[4]。滤器过滤面积的计算公式为

式中：F为滤器过滤面积；c为滤芯中清洗油的流速。

1.3.4 系统附件

串油软管采用橡胶软管，其通过压装接头与松套法兰相连接。串油软管一端与串油油泵连接，另一端通过转换接头与被串油系统的法兰连接。转换接头由螺纹式法兰变径接头和螺纹法兰组成，见图1。不同被串油系统的法兰通经不同，为各个系统制定合适尺寸的螺纹法兰，即可对不同系统进行串油，进而在一定程度上降低串油成本。

图1 串油转换接头示意图

2 串油注意事项

在安装串油系统时，应检查并确认管路内部及法兰端面无锈蚀现象，无焊渣等杂物。选用合适的垫片，连接时确保法兰和垫片无褶皱、无偏心，要保证法兰螺栓连接紧固。

按照临时串油管系原理图，逐一检查管路系统的完整性。电磁阀、安全阀、指示器等敏感部件必须旁通或短接，确保管路完整且连接正确。

在串洗开始前应进行系统放油检查，排除系统管路内的空气，开启串洗单元3～5 min，检查出油压力和回油压力是否满足工艺要求。值得注意的是，要保持回油管路开启，否则会导致系统压力增大，进而造成管系爆裂或法兰泄漏。

在每次更换滤芯前必须关闭相关阀门，在确认滤器无压力后方可开启阀门并更换滤芯。换下的滤纸需要制作专用存放箱进行存放。

管路串洗结束后，将串洗介质油驳出至专用回收柜，并将管路内的残存串洗介质油清除干净。

3 系统设计

本文设计了一种高效的船舶管路串油系统，其原理图见图 2。该系统包括串油油柜、油泵、被串油系统管路、振动锤、滤器、磁塞、软管和截止阀。串油油柜与截止阀、软管和油泵相连，油泵通过软管与被串油系统管路和振动锤连接，被串油系统管路和振动锤与支路Ⅰ～支路Ⅲ相连。所有连接处均采用标准法兰和螺栓进行紧固。在系统启动后，支路Ⅱ处于工作状态，系统开始过滤管路中的杂质，不定期使清洗油流过支路Ⅰ，关闭截止阀8和截止阀10，拆下磁塞，并观察磁塞上是否有杂质。若有，则表示滤器4中的滤纸已经脏污堵塞。此时，应打开截止阀11和截止阀13，使支路Ⅲ处于工作状态，关闭截止阀3和截止阀5，并更换滤器4中的滤纸。在串油时，支路Ⅱ和支路Ⅲ交替处于工作状态。

图2 船舶管路串油系统原理图

本文设计的船舶管路串油系统具有如下优点：

1）可在不停止串油的情况下更换滤器中已经脏污的滤纸，可有效缩短系统管路的串油时间，提高串油效率。

2）可在不拆开滤器的情况下，通过检查磁塞上有无杂质判断滤器中的滤纸是否脏污，进而提高串油效率。

3）本系统在被串油管路中增加振动锤，振动锤可激励管路振动，使杂质不聚集在管路底部，更容易被清洗油带出系统。

4）可反复利用，节约成本，适用性强。

4 结论

有效去除杂质，清洁船舶管路对保障船舶设备的使用寿命非常重要。本文深入分析了串油油柜、油泵、滤器及相应附件的设计与选型，并结合现场施工的要求提出船舶串油系统的设计方案。研究表明：本文设计的船舶管路串油系统可缩短系统管路串油时间，提高串油效率，降低造船成本。