VLCC液壓閥門遙控系統布置的設計與優化

張 明，尹其峰，陳 露，張新橋

(1.上海外高橋造船有限公司，上海 200137； 2.中船芬坎蒂尼郵輪產業發展有限公司，上海 200137)

0 引 言

閥門遙控系統是VLCC貨艙區較重要的船舶管路系統之一，負責控制貨油系統和壓載系統的所有遙控閥門，以完成貨油系統和壓載系統的注入、排出、調配和掃艙等工作[1]。VLCC的貨油艙和壓載艙的閥及驅動器一般均位于液艙內或露天甲板面上，其工作環境較為惡劣危險，為安全、集中、便捷地管理VLCC上龐大的貨油輸送系統和艙底壓載水系統，通常采用液壓驅動式閥門遙控系統。

液壓驅動式閥門遙控系統是目前船舶上應用較為廣泛的閥門遙控系統之一，其液動裝置結構簡單緊湊、體積小，且驅動力矩大、均勻、效率高，適用于遠距離遙控、驅動大口徑閥門[2]。該系統主要由以下5個部分組成：

(1) 控制指示模塊：包括控制面板、控制臺；

(2) 液壓動力單元：包括液壓泵(一般有2臺，互為備用)、蓄壓器等；

(3) 電磁閥箱：包括濾器、電磁換向閥等；

(4) 執行模塊：包括液壓驅動頭、閥體、閥門等；

(5) 應急操作裝置：包括便攜式手搖泵、驅動頭上的應急接頭[3]。

在正常工作狀態下，液壓動力單元通過液壓泵向蓄壓器提供高壓的液壓油，電磁閥箱中的電磁換向閥在蓄壓器的壓力作用下進行工作油路的轉換，各個貨油艙、壓載水艙的液壓單芯管通過控制相應處所驅動頭的往復運動來開啟或關閉液壓閥門[4]。相關的控制系統如圖1所示[5]。

圖1 液壓閥門遙控系統示例

液壓式閥門遙控系統可適用于浸沒式處所，其所有的電路和敏感部件都安裝在位于安全區域內的電磁閥箱上，易于維護。與在船舶閥門遙控領域應用也較為廣泛的電液驅動方式相比，采用液壓驅動方式的總體系統的適用范圍較廣，且價格較便宜[6]。但是，在另一方面，由于液壓式閥門遙控系統中的液壓管線較長而復雜，安裝、維修較為困難，管路連接處受油溫、黏度變化和振動影響而易于發生泄漏。

1 液壓閥門遙控系統應用實例

從VLCC尾部的舵機艙、機艙、泵艙到船中主甲板下的貨油艙、壓載水艙等廣泛區域，布置有數量眾多的遙控閥門，為了提高開/關閥門的響應速度，縮短電磁閥箱的電磁換向閥與各閥門之間的液壓單芯管的長度，通常采用分散布置電磁閥箱的液壓閥門遙控系統，如圖2所示。

圖2 分散布置電磁閥箱的液壓閥門遙控系統

以某30萬 t VLCC的建造實例為基礎，在對該VLCC液壓閥門遙控系統的設計進行詳細分析的基礎上，提出優化改進措施。

在圖2中，帶箭頭的實線為高壓液壓油管和回油管，虛線為連接電磁換向閥與遙控閥的液壓單芯管。其中，1#電磁閥箱位于船首的水手長儲藏室中，配有43個電磁換向閥，分別用于控制1#～3#貨油艙及壓載水艙的液壓遙控閥。1#電磁閥箱的43個電磁換向閥的布置如圖3所示，包括電磁換向閥在電磁閥箱上的序號(1～43)、對應的液壓遙控閥閥號(COV*/BAV*)以及液壓遙控閥的所在位置(COT表示貨油艙，WBT表示壓載艙，Slop表示殘油艙，S/C/P表示右舷/船中/左舷)。除了1#電磁閥箱外，液壓動力單元、2#和3#電磁閥箱均位于靠船尾的上建液壓泵站內。其中，2#電磁閥箱配有75個電磁換向閥(序號63/64的電磁換向閥取消)，3#電磁閥箱配有74個電磁換向閥，二者用于共同控制泵艙、機艙、舵機艙、甲板面、殘油艙、4#～6#貨油艙和壓載水艙的液壓遙控閥，其電磁換向閥的布置分別如圖4和圖5所示，虛線框部分對應4#和5#貨油艙、4#～6#壓載艙以及殘油艙的液壓遙控閥。

圖3 1#電磁閥箱的電磁換向閥布置圖

圖4 2#電磁閥箱的電磁換向閥布置圖

圖5 3#電磁閥箱的電磁換向閥布置圖

根據1#～3#電磁閥箱的電磁換向閥布置圖，繪制相應貨油艙、壓載水艙和殘油艙的液壓遙控閥布置圖，如圖6所示。

圖6 主甲板貨油艙、壓載水艙和殘油艙區域液壓遙控閥布置圖

由圖6可知，實線區域內的液壓遙控閥由1#電磁閥箱獨立控制，虛線框區域內的液壓遙控閥由2#和3#電磁閥箱共同控制。虛線框區域代表的4#和5#貨油艙、4#～6#壓載艙以及殘油艙的42個液壓遙控閥所對應的42個電磁換向閥分散配置在2#和3#電磁閥箱中，共涉及84根液壓油管，眾多液壓單芯管接口的分散布置將增加生產現場布管安裝的難度，也不利于未來對設備的管理維護。

從上建液壓泵站內2#和3#電磁閥箱接出的液壓單芯管走向如圖7所示：用于控制4#和5#貨油艙、4#～6#壓載艙以及殘油艙的液壓遙控閥的單芯管總共84根，沿主甲板左舷的單芯管導架匯總于船中的單芯管主導架，隨后各路單芯管沿著單芯管導架接入主甲板區域各油艙、壓載艙的液壓遙控閥。用于控制泵艙、機艙和舵機艙內的液壓遙控閥的電磁換向閥共有102個，涉及單芯管總共204根，這些單芯管從液壓泵站前壁穿出后，經過上建前壁的單芯管導架延伸到船中，再穿過主甲板面后進入泵艙，最后接到艉部的機艙和舵機艙。

圖7 2#和3#電磁閥箱的液壓單芯管走向

其中：84根單芯管從主甲板左舷到船中主導架處的距離約5.80 m+9.70 m=15.50 m；204根單芯管從主甲板左舷沿上建前壁到泵艙的平面距離約8.96 m。上述區域內的單芯管(Ф10 mm×1 mm，材料為不銹鋼SUS316)的總長度約15.50 m×84+8.96 m×204=3 129.84 m。

除此之外，為滿足單芯管的穿艙要求及外部保護的需要，在上建液壓泵站前壁安裝4塊單芯管穿艙復板(2 230 mm×630 mm×10 mm，Q235B)和相應的不銹鋼保護罩(SUS316)，如圖8所示。另外在泵艙頂部的主甲板面上安裝2塊單芯管穿艙復板，附帶204個不銹鋼(SUS316L)卡套穿艙件，如圖9所示。

圖8 液壓泵站前壁的單芯管保護罩

圖9 穿過主甲板進入泵艙的單芯管

根據現場實際施工建造情況并綜合分析可知，該型VLCC的液壓閥門遙控系統的設計方案有3點可以考慮在有條件的情況下進行優化：

(1) 位于2#和3#電磁閥箱上的42個電磁換向閥沒有按照所服務的區域集中布置，造成現場施工及未來的檢修維護難度增加。

(2) 經過泵艙的204根單芯管在主甲板的卡套穿艙件處存在泄漏風險。

(3) 多達288根液壓單芯管集中于上建的露天艙壁上，且這些單芯管在從液壓泵站穿出后還需通過布置總計3 129.84 m長的液壓單芯管才能到達泵艙和甲板面的單芯管主導架，與之配套的單芯管托架及保護罩增加了現場建造的人力和物力成本，同時也影響了上建前壁區域的整體簡潔和美觀。

2 液壓閥門遙控系統布置的設計優化

針對原VLCC液壓閥門遙控系統的設計方式，在新項目上可實行的優化方案如下：

(1) 將用于控制4#和5#貨油艙、4#～6#壓載艙以及殘油艙液壓遙控閥的42個電磁換向閥集中布置在2#電磁閥箱上，而2#電磁閥箱上剩余的電磁換向閥及3#電磁閥箱上所有的電磁換向閥用于控制泵艙、機艙和舵機艙內的液壓遙控閥。

(2) 在不改變液壓泵站內系統布置的情況下，將液壓泵站的位置從上建左舷移動到上建船中靠近泵艙棚的位置，如圖10所示：通向泵艙、機艙和舵機艙的204根單芯管可直接通過液壓泵站和泵艙棚的艙壁進入泵艙，減少了大量單芯管在露天甲板的布置，這樣不僅可取消原來在上建前壁上長度為8.96 m的單芯管導架、3塊上建前壁不銹鋼保護罩、2塊甲板穿艙復板及相應的204個不銹鋼(SUS316L)卡套穿艙件，而且可節省總長為1 827.84 m的單芯管。另一方面，通向油艙和壓載艙的84根單芯管在穿出液壓泵站前壁約2.4 m后，即可與相鄰消防控制站的液位遙測及氣體探測單芯管匯集到主甲板面上的單芯管主導架上，與原來位于左舷15.5 m的單芯管導架相比，減少了13.1 m。

圖10 2#和3#電磁閥箱的液壓單芯管走向優化

3 結束語

在VLCC上分布全船的液壓遙控閥門多達上百個，其整個系統的設計、安裝和調試是一項十分復雜繁瑣的工程。為降低建造成本和系統發生泄漏的風險，便于后期施工安裝及日常維護，應在分區集中控制的原則下，優化液壓泵站的整體布置方式，盡可能減少液壓單芯管的穿艙和敷設工作，以實現企業的降本增效和精益造船目標。