淺談船舶輪機重量控制

秦琪 江蘇熔盛重工有限公司

淺談船舶輪機重量控制

秦琪 江蘇熔盛重工有限公司

本文通過對15.7萬載重噸（157K DWT CRUDE OIL TANKER）的實例，著重闡述輪機方面采取有效措施控制船舶的空船重量，以實現精益生產方式要求的成本控制。

合理性 油耗 重量控制

15.7 萬DWT 油船輪機方面的重量大約為2526噸左右，約占空船重量的比重是10%左右，下面就從幾個方面具體來分析輪機方面為了控制重量可以采取的措施。

一、機艙布置的合理性

（一）設備布置相對集中

同一系統的設備布置相對集中，采用模塊化設計，以獲得管路中最少的彎頭、最短的管長，相應的是同樣系統的壓力損失降低了，管路口徑也可以相對減小，同時重量也減少了。

（二）機艙尺寸小型化

本船在設計初期，將原本布置在貨艙區域的燃油儲存艙移至機艙內，而機艙長度保持不變，在同樣線型的情況下機艙的凈容積減小，機艙CO2滅火的艙容減少，所需的CO2的氣體總量減少，CO2氣瓶的數量減少，重量降低。同時機艙的凈容積減小使設備布置更為緊湊，管長更小，機艙內花鋼板、格柵及其支架均相應減少，重量進一步降低。

（三）降低主機油耗，減少儲油量

常規設計中將主機的L1點作為優化點，本船將主機的優化點選取在93.5%，使主機在部分負荷的工況下油耗更低。另外在保證航運要求的前提下適當減少船舶的續航力。這樣可以將船舶所需的儲油量降低，減少了油柜的容積，節省了鋼板用量及降低了船舶的載油量。

（四）滿足規范的最小要求，減少油柜的容積

船舶應按照規范和設備的要求配備一定數量和容積的油柜，但往往設計中僅考慮滿足要求，而不考慮其合理性，這就造成油柜的艙容偏大，數量偏多。以本船為例，主機和輔機使用同一種重燃油，而在初次啟動及長期停車后再啟動需使用船用柴油，按一般設計配備兩只滿足8小時的重燃油日用柜、一只柴油日用柜，但這種情況下規范有替代方案，只設置滿足8小時的重燃油日用柜、柴油日用柜各一只就可以滿足要求。另外按照8小時計算日用柜的容積大約為34m3，則應選擇日用柜的容積為40m3左右即可，而無需50m3或更大。

二、設備重量的控制

設備本身的重量在確定好技術參數及型式后只能由設備廠家進行技術改進來達到重量的減少，作為輪機設計人員是無法減少的。那么這里所討論的設備重量的控制是什么意思呢？設備的重量控制是指通過合理的優化，使設備的利用率最大化和數量的最經濟性。

輪機的配置有很多種方案，均滿足船舶使用及規范規則的要求。簡單的做法是將規范所規定的設備以及所需的配套均羅列出來，比較經濟的做法是在規范和系統的許可下將設備的數量減至最少。下面就一些典型系統具體分析：

（一）機艙艙底壓載系統

規范規定設置消防泵兩臺、艙底泵兩臺，本船在規范許可的情況下只設置兩臺總用泵，即艙底總用泵、消防總用泵，同樣滿足要求。

（二）中央冷卻系統

中央冷卻系統中海水泵配備比較典型的有兩種，第一種為兩臺主海水泵（100%備用）加上50%的容量的輔海水泵作為停泊用，第二種為三臺主海水泵（50%備用）， 通過比較后就會發現前者所用的泵的重量超過后者，且泵的容量增加造成管路上閥門、附件、管子的尺寸及重量加大。低溫淡水冷卻泵也存在兩種典型的配備方案：一為二臺滿足100%負荷的低溫淡水冷卻泵；二為三臺滿足50%負荷的低溫淡水冷卻泵，一方案同樣存在著海水泵配備不合理的弊端，且在船舶低負荷狀態開啟一臺容量的泵很不經濟。

（三）主機和輔機的燃油供應

如建造規格書中要求為主機使用700 cSt / 50°C的重油，而輔機使用380 cSt / 50°C的重油，勢必造成整個燃油系統雙套配置，主機燃油配有主機供油單元、主機燃油輸送泵、主機燃油分油機等，而輔機燃油系統同樣須配置輔機燃油供油單元、輔機燃油輸送泵、輔機燃油分油機等，另外還需為主機及輔機配置柴油分油機，再加上考慮系統的備用。按照現在輔機廠家的推薦，輔機完全可以使用700 cSt / 50°C的重油，但為了使用的經濟性，本船主機和輔機的供油單元仍單獨配置，主機和輔機的燃油輸送泵共用，配一臺柴油輸送泵，用于燃油輸送泵的備用，燃油分油機配置三臺，二臺滿足主機及輔機的耗油量，一臺備用，且只需將其中的一臺燃油分油機兼作柴油分油機，這樣配置就相對簡單了。

（四）蒸汽系統

為了利用主機排氣的余熱，配置一臺廢氣經濟器，但在主機負荷低以及停港期間，蒸汽不能滿足需求，則需配置一臺燃油輔鍋爐，每套裝置有相應的配套設備，比如供給水泵、安全閥、控制箱等。本船只設置了一臺廢氣/燃油組和鍋爐，其供給水泵、安全閥、控制箱等只需配備一套。

還有很多系統類似這種情況，均采用經濟實用的原則，將設備的數量減至最少，綜上所述，不難看出，通過合理的配置可以減少設備的重復配置，也就意味著設備重量的減少。設備的重復配置還帶來很多負面的影響，設備的增加，引起電力負荷增加，電站的容量加大，則與之配套的系統容量要加大，工廠的建造成本大幅度提升，船員的維修保養以及管理工作加大。

三、管系重量的控制

管系重量的控制包括管材的使用以及管系的閥門、附件等的選用。一般來說整船管子、閥門和附件的重量在輪機中占大約35%的份額，對于本船大約為1000噸左右，對于重量的控制起著至關重要的作用。

通常同種材料、壓力等級、口徑的截止閥其重量要比蝶閥重量大，比如通徑150mm壓力為1.0MPa的鑄鋼直通截止止回閥重量為79.9kg，而同壓力等級材料通徑的中心型蝶閥的重量為11.73kg，雙偏心的蝶閥重量為54kg，因此本船原則上通徑大于或等于80mm的閥如果能采用蝶閥則盡量采用。另外在管系設計過程中，在不減少功能的情況下根據經驗盡量簡化，減少閥的使用數量，這只能在實際的設計過程中體現，無法一一列舉。

對于管材的使用是值得深究的。鋼管在船上使用的數量一般遠超過銅管、銅合金管和不銹鋼管，所以著重討論鋼管在船上的使用情況。

下面所列兩張表格，表1為熔盛重工現造船舶使用的管子規格，表2為本船規格書對船舶管系的管子使用要求的一部分。

表1 管子規格

表2 管系規格

從上面部份管系所列的要求可以看出在本船上所用管子的壁厚遠遠超過了ABS的要求，這也就是說管子的實際重量遠遠大于理論的重量。這種現象代表了國內造船的普遍性， 造成這種尷尬局面有幾方面的問題：（1）設計人員對規范掌握程度不夠。設計人員只是想當然的在不必使用加厚管使用壁厚很厚的管子，一些規范沒有規定的地方，只是單純的理解為使用較厚管子沒錯。還有在編制規格書的過程中對管子的要求太籠統，容易給后續設計造成障礙。（2）國內的管子供應規格不齊全。船廠為了造價得到有效控制，不得不委曲求全使用國產鋼管，同時為了滿足船級社的要求，只能將壁厚加厚。（3）船東對管子的一些特別要求。船東總希望管子用得厚一些，這就陷入了一個誤區，造成管子的厚度往往比閥門及管路附件的厚度要大的多，船舶在修理時發現閥門和管路附件已經失效，而管子還可以使用若干年，比如上面討論的燃油和柴油系統規格書要求使用SCH80系列的管子，通徑100mm的管子選用f114x9.0，同口徑的直通截止閥的壁厚為8mm，管子的壁厚比閥門的壁厚要厚。這就違背了設計同壽命的原則，木桶效應也充分說明了這個很淺顯的道理。（4）船廠在涂裝工藝上存在著不足。管子的涂裝對腐起到很重要的作用，如涂裝工藝先進，則船級社允許管子的腐蝕裕度相對較少，管子設計的壁厚也就可以減小。，

四、結論

通過以上的探討我們可以得出幾點經驗或教訓：（1）設計人員應加強對規范的理解，將規格書中應盡量將管子的用途細化或更具體化，不能明確的就按規范要求，不要籠統要求。（2）盡量采用多種規格的管子使設計選取的管子具有更大的靈活性。（3）針對船東提出的一些特殊要求應盡量說服，而不是一味的遷就。（4）改善工廠的涂裝工藝，有效控制管子的壁厚。

如果說按照上述的做法，可以在重量的控制方面取得很大的成果，初步估計本船在管路系統上減少重量有200噸左右，這是一個相當可觀的數字。

通過上述兩大方面的研究，本船在重量的控制上，還是有很多工作去做的。空船重量的減輕對于船東來講，同樣噸位的船可以裝運更多貨物，也就意味著經濟效益的增加。而對于船廠來講，空船重量的減輕意味著建造成本的降低，交船更加順利，同時獲得了更大的經濟效益，市場的競爭力也得到了提高。

秦琪（1972.10-），男，高級工程師，主要從事船舶與海洋工程設計。