63 600 DWT散货船燃油日用系统设计

王瑞华 沈勇

摘    要：在船舶营运中，低质廉价的重油仍在船舶柴油机普遍应用，包括低速和中速柴油机等，其粘度可达到380～700cst@50℃。为了降低喷油时燃油的粘度，燃油必须加热到一定的温度（通常为120～150℃）。在燃油温度较高时，容易产生一些问题，例如穴蚀和气化等，必须采用压力式的燃油日用系统。本文介绍了我司设计的63600DWT散货船，采用主辅机共用供油单元进行燃油系统设计的成功经验，保障了燃油系统工作稳定可靠，确保船舶安全可靠运行和降低船舶营运的成本。

关键词：燃油日用舱； 供油单元模块；设计压力；管路等级

中图分类号：U663.31                              文献标识码：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

我司首次自主设计的63 600 DWT 散货船，入籍LR船级社，满足MARSHALL ISLANDS 和 LIBERIA 双挂旗国要求，船舶总长199.9 m、型宽32.26 m、型深18.58 m、设计吃水11.3 m，载重量63600 DWT，航速13.5 kn。

该船主要设备参数如下：MAN主机 6G50ME-C9.6-TierIII ，SMCR 6 949 kW ×87.4 r/min/CSR 5538 kW ×81.0 r/min；主发电机3台，每台功率600 kW Tier III；应急发电机1台，功率120 kW × 1 800 r/min；采用组合锅炉，燃油侧蒸发量1 500 kg/h、废气侧蒸发量350 kg/h、蒸气压力0.6 MPaG、锅炉给水温度80 ℃。

2    燃油日用系统设计基本要求

（1）验证和校核机械设备计算书、轮机设备厂商表、机舱布置图、自动化项目明细表等图样和技术文件的的正确性、合理性；

（2）设计图中，无论是相關技术要求还是原理，都要表述清楚，这部分内容在船厂的设计与生产过程中是重要的参考依据；

（3）设计图要满足规则、规范、公约等的要求；

（4）设计图由封面、技术要求、附件汇总表、材料汇总表及系统图等组成；

（5）设计图以船舶大小及系统的复杂性为依据，划分为不同的系统图，包括发电机、主机、锅炉燃油的日用系统图，也可综合成一个燃油日用系统图；

（6）设计图应包括主机、发电机、锅炉不同燃油类型用户和相关附件等信息。

3     燃油日用系统设计要点

3.1   燃油日用舱配置

在配置燃油日用舱的过程中，要以SOLAS的相关要求作为依据，并按照下述方案开展配置工作：

（1）配置两个重油日用舱和一个轻柴油日用舱

每个重油日用舱的舱容，需满足主机、辅机、锅炉工作不少于8小时；

（2）一个轻柴油日用舱

供主机、辅机和锅炉的冷态启动和硫排放限值区域使用。

3.2  供油单元模块

燃油供油单元模块包含两种：低压级；高压级。此种方式能够对燃油压力和粘度的稳定起到一定的保证作用。

3.2.1低压级

低压级由三通阀、燃油供给泵、稳压阀、流量计、混油桶、附件与阀件等共同组成：

（1）三通阀

该阀是手动操作，对不同类型的燃油进入对应的单元模块进行选择；对于一些自动化要求较高的船舶，该阀可以改为电动，油位置开关提供电信号触点在集控室中进行控制；

（2）燃油供给泵

为了备不时之需，设置两台供给泵，其自动启动与停止是通过压力开关传感器实现，设有滤器（～250 um）与安全阀，泵的排量约为主机和发电机燃油消耗量的1.5倍，压力约为4 bar；

（3）压力调节阀

对燃油供给泵出口压力进行控制，通常为～4 bar；

（3）流量计

测量燃油的消耗，带有背压阀旁通，当压差过高时自动打开；

（4）混油桶

为了降低热量损失，混油桶与燃油供给泵排出的低温燃油混合，以减少热量的损失，进而可以降低加热器的容量；混油筒包括压力表、安全阀及液位开关、绝缘材料等；混油桶配置自动除气装置，当背压阀出现压差～2 bar时，混油筒中的压力上升，空气在混油桶上部积聚，通过背压阀自动打开，起到自动排气的目。

3.2.2高压级

通常由加热器、自清滤器、增压泵、粘度控制器、附件等共同组成：。

（1）燃油增压泵

为了备不时之需，设置两台燃油增压泵，其自动启动与停止是通过压力开关传感器实现，泵的排量约为主机和发电机燃油消耗量的3倍；

（2）加热器

共两只互为备用，通常选用壳管式加热器，其易维修，寿命长，加热量由一个电动的蒸气调节阀来控制；

（3）自清滤器

自清滤器是自动进行的，并且配备了旁通滤器，旁通滤器能够在主滤器无法工作时继续工作，容量和燃油增压泵流量相同；自清滤器精度为10 um，旁通滤器精度为25 um；该滤器也可采用低压级，主要考虑低压级流量较小、温度较低，可以降低成本。但缺点是主机和辅机燃油回油中可能含有的磨损颗粒物无法得到过滤，因此通常将该滤器放置在燃油增压泵之后（热端）；

（4）粘度控制器

粘度传感器是取得粘度信号的关键所在，燃油粘度受到控制后应保持稳定状态，以10～15 cst为宜，取决于主机和辅机对燃油粘度要求，该粘度控制可在集控室和就地控制；

（5）船舶发生瘫船问题，通常要在30分钟内逐步恢复自身状态，应急柴油泵在供油单位模块内有相应的配置，供电来源一般是应急电源，压力一般位于6～7 bar之间，并且满足一台发电机工作所需的条件；

（6）蒸气与伴行系统能够对燃油热量起到一定的加热作用，是由疏水阀组与电动的蒸气调节阀，以及启动箱与控制箱等共同构成。

4    主机燃油日用管系设计要点

重油和轻柴油从各自的日用舱引出，并进入燃油供油单位模块，速闭阀是必经的阀门。在对不同类型的燃油进入单元模块进行选择时，主要是通过进口处的三通阀实现的：航行工况下选择重油，对燃油管进行冲洗，必须在长期停车前逐步进行；然后经过燃油供油单元模块分成两路，一路至主机，另一路至辅机；主机燃油进口依据主机厂的推荐与燃油管连接，为了对主机的正常工作起到保证作用，要将速闭阀安装在其中，三通阀是主机与辅机燃油回油的必经阀门，并且为混油筒或燃油日用舱提供工作。

4.1  设计压力

最高许用工作压力指的是管系设计压力， CCS规范要求如下：管系最高许用工作压力，应不小于安全阀或溢流阀的最高设定压力，见表1所列。

4.2   管路等级

按CCS规范要求，不同用途的压力管系按其设计压力和温度分为3级，如表2所列。

4.3   管路壁厚

按规格书要求，高压管路壁厚依照Sch.40标准，低压管路依照Standard标准。

4.4   管路压力试验

4.4.1车间试验

试验压力：1.5倍设计压力；

适用范围：（1）所有I&II级管路（蒸气管、启动空气管、液压管等）；（2）设计压力大于0.7 Mpa的蒸气管、给水管（锅炉）、压缩空气管和燃油管；（3）除了以上管路，其他管路都不需要在做车间压力试验。

4.4.2船上试验

（1）加热盘管、燃气管、燃油管，做1.5倍設计压力试验；

（2）对其它管路的要求不明确。

4.5   管路连接方式

对接焊连接和套筒焊接连接，应符合表3规定。

4.6   燃油吸入和排出管管径计算

4.6.1 供油单元吸入管

Q=VxπD2 / 4                                                              （1）

式中：Q——供给泵的容量，m3/h；

V——管内流速，m/s；

D——管子通径，mm。

（1）供给泵容量

MAN guide 推荐：供给泵Q=1900 L/H，循环泵Q=3800 L/H；实际订货供给泵Q=2916 L/H ，循环泵Q=5802 L/H。

（2）管内流速

主机厂家推荐： HFOV=0.6 m/s ，MGOV=1.0 m/s；HFO 吸入管至供油单元FM02，V=0.5 m/s，MGO吸入管至供油单元FM10，V=0.65 m/s。

（3）管子通径

HFO吸入管至供油单元FM02：D=

=45.43，实取φ60x4；

MGO吸入管至供油单元FM10：D=

=39.84，实取φ48x4。

（4）HFO 吸入总管FM01 ，按支管合并总管计算结果为：

支管1（FM02）DN50，支管2（FB01） DN32；

总管理论通径DN 55.9 mm，总管选择通径DN 65 mm。

实取φ76x4。

（5）MGO 吸入总管FM01 ，按支管合并总管计算结果为：

支管1（FM02）DN40，支管2（FB01）DN32；

总管理论通径DN 47.17 mm，总管选择通径DN 50 mm。

实取φ60x4。

（6）HFO供給管至锅炉FB01：按厂家推荐为φ34x3.5；

MGO供给管至锅炉FB02：按厂家推荐为φ34x3.5。

4.6.2 供油单元排出管

D=                                      = 64.07，实取φ76x4。

4.7  主机燃油进口调压阀

初步定为主辅机共用，调压阀设定值0.8 MPa，主、辅机分开的供油单元可以不设置该调压阀。

5    柴油发电机燃油日用管系设计要点

柴油机发电机燃油日用管系，在原理方面与主机大致相同：发电机组数量一般是2台或3台，发电机燃油供每台柴油发电机使用，由供油单元排出管路提供；重力供油在柴油发电机工作中尤为重要，在日用油柜连接柴油发电机时，是通过一路管子实现，并且在供油时是依据专门的气动泵完成。

辅机燃油进口与燃油管连接，其中流通的燃油来自供油单元，在进入辅机前三通阀是必经阀门。自动三通阀较为少见，一般以手动居多，通过机械方式实现联动，对于一些船舶有着较高的自动化要求，可以将该阀设置为电动的类型，在集控室里控制；为了防止燃油增压泵出口压力过高，通常在辅机燃油进口管路加一个压力调节阀，压力设定为～8 bar，背压阀的设置不容忽视，尤其是在重油回油总管。将压力设置为～4 bar，能够对重油的压力起到控制作用，防止气化和有利于进机燃油压力的建立；同样，在柴油的回油管路上也装置压力为～4 bar的背压阀。

按照SOLAS要求，在发动机装置供油来源均在一处时，要设置隔离装置，保证发动机供油与溢流管线不受影响，发动机在工作时不应受到隔离装置的干扰。

6    其它设备燃油日用管系设计要点

锅炉、应急发电机、焚烧炉等设备的燃油日用系统，按厂家推荐的相关要求，但应强调一下规范中的对应要求：燃油锅炉的供油总管上，应设置一速闭总阀，此阀既可直接操纵关闭，也可遥控关闭；将应急发电机与其他阀的遥控切断控制进行区分，两者应独立进行控制工作。

7    布置原则和安装技术要求

7.1  布置原则

（1）船舶横倾～15°和纵倾～10°时，不会对系统的工作造成影响；

（2）燃油供给泵、循环泵均应有一台备用泵，还应具备自动转换的功能；

（3）主机燃油进口管进主机接口处应带一个弯度，否则需要设置膨胀节；

（4）所有能独立驱动的各种泵，包括循环和燃油供给泵、锅炉燃油泵等，能够就地进行切断之外，室外应急切断也不容忽视；

（5）舱顶处未能将深油舱的注入管连接，那么止回阀要在舱柜壁上设置，并且能够实现就地关闭与遥控关闭。

7.2   安装技术要求

（1）舱柜壁上安装阀件是双层底以上的燃油舱柜的突出特点，同时要将速闭阀安装在其中，通过遥控进行关闭；

（2）燃油日用舱吸口末端，应高于溢流管和泄放管末端；

（3）为了方便检修与拆装等工作，要将压力大于0.18 Mpa 的加热燃油的相关部件设置在固定的位置上；

（4）油管和油柜，不应设置在电气设备上方，包括柴油机排气管、锅炉、消音器、发电机、配电板等，避免漏油而引发火灾；另外，房间天花板等位置也不应装置，要将排油设施与集油盘进行相应的设置；

（5）燃油温度降低后会冷却，从而中断供油。为了避免此种情况出现，要在油舱（柜）中设置蒸气加热管，绝热材料与蒸气保温伴行管分别在油柜外表面、输送燃油的管路上铺设，包扎时要应用绝热材料；

（6）法兰接头是输送燃油的管路应用的主要材料，为了保证供油工作的顺利进行，法兰接头垫片耐油温度以超过150 ℃为宜，避免出现渗漏问题。

8    结论

燃油日用系统设计，直接决定了主机、发电机、锅炉燃油设备正常工作，燃油部件的配置要完全和燃油用户设备需求一致，包括油燃油供高低压泵配置、燃油温度与粘度控制、管道管径选择、管道走向路径优化、燃油进机压力控制等，都需要与燃油用户设备运行技术要求进行匹配设计，系统设计时还需重点考虑以下方面的设计输入条件：

（1）要对与设备相关的信息和资料进行阅读，并掌握燃油的相关要求与条件，从而精准配置其中的各项设备；

（2）本系统设计所需设备容量，在规格书编制阶段设备估算书计算时应已确定，设计时可以验证；

（3）本系统设计所需设备资料（如，主机、发电机、锅炉、供油单元等），需要在设计前予以提供；

（4）以船级社的相关要求作为依据，定级应用的附件与管子；同时，无论是购买材料还是检验与加工，都要与船检要求相一致；

（5）所有管路通径要计算选取，涉及其它系统图纸管路由其相应系统确定，管路壁厚要求要符合规格书；

（6）阀件明细表编辑时，要注意规格书对材质要求，并要注意所有I级和II级管路上阀件需要提供船级社证书。

（7）当供油系统同时为主机与辅机工作，那么要考虑系统供油与回油管的压力，从而满足不同的工作需求。

参考文献

[1]船舶设计实用手册轮机分册[M]. 国防工业出版社，2013.

[2] 轮机工程手册（下）[M].人民交通出版社，1992.

[3] 张德福，  孙文广，  沈国华.  SWD6LTM410C船用柴油机拉缸故障的分析与排除[J].中国修船，2011， 24（1）.

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[5]中国船舶在线网[Z]， 2013（4）.