某船鎳銅壓載管路系統改裝設計

王源 黃朝靜 許詮 趙天翔

摘要：對某船鎳銅壓載管路無法建立真空抽吸壓載水的故障進行分析，并對故障問題進行延伸，結合船只工作需要，加裝相關電氣元件，優化壓載泵控制系統，提升了壓載系統可靠性，縮短了故障的處置時間。

關鍵詞：壓載系統;鎳銅管路;抽吸;可靠性;處置時間

0? ? 引言

為了降低海水的腐蝕危害，壓載管路采用鎳銅管材，雖然鎳銅材料具有很強的抗腐蝕能力，但此材料管壁較薄，容易發生變形。船舶航行海域寬廣，連續航行情況下溫差變化大，環境振動強度高，導致壓載管路容易出現泄漏，密閉性降低，無法建立真空。如果船舶在航行過程中急需調整壓載，而壓載系統無法抽吸，將會嚴重影響船舶安全。因此，設計一套能有效縮短壓載管路泄漏應急處置時間的裝置是極其重要的。

1? ? 故障現象

某船在航修中曾發現壓載系統無法建立真空抽吸壓載水的故障，崗位人員為了查找泄漏原因進行了6次檢修，耗費了大量人工。

對壓載管路檢修過程進行總結，得到應急處置泄漏步驟時長分類統計表，如表1所示。

影響檢修進度的因素主要包括：一是壓載系統的切換閥件和分支接頭集中，空間狹小、管路密集，不易定位和檢修;二是管路上方安裝有鋼制花紋板，檢修前必須拆除，需要消耗大量人力;三是壓載系統覆蓋范圍較大，途經區域溫度不一，振動強度不同，管路及螺絲的膨脹和收縮程度不一;四是壓載艙底水泵和總用泵無吸空保護，只能人為監控，易使泵體密封裝置因高溫損壞。

2? ? 確定主要因素

為了確定導致該船壓載系統抽吸故障的主要因素，崗位人員按照“5M因素法”，從人、機、料、法、環等方面進行分析研判，確定了5條末端因素，并逐條展開研究梳理。

2.1? ? 人員技能水平差，系統熟悉程度低

壓載水系統原理是機工人員必須掌握的基礎知識，船舶在海上高速航行期間需要對壓載狀態進行調整，因此要求崗位人員必須熟練掌握壓載系統的組成和管路走向。通過抽查，6位崗位人員的上崗證及崗位資格認證考試的理論和實操成績均達標。

數據顯示，抽查人員在崗時間均大于12個月，并持證上崗，驗證結果表明人員培訓不夠、操作不熟練為非要因。

2.2? ? 壓載水調撥操作流程及其方法有誤

輪機崗位人員編寫了壓載水操作流程規范，資料涵蓋各泵性能數據、壓載艙室容積和重心坐標以及壓載系統調撥的常規方法，其相關操作手冊邀請輪機長和大管輪等專業人士進行了評審。操作手冊的制訂規范性和考核成績顯示，壓載水調撥操作流程及其方法有誤和操作不當為非要因。

2.3? ? 壓載系統覆蓋面積廣，無法準確定位泄漏位置

壓載系統涉及區域貫穿全船，每個閥件和切換接頭上方還安裝有平均重逾14 kg的鋼制花紋板。機艙除了壓載系統外還有大量密集的管路系統空間，崗位人員拆檢需要耗費大量時間和體力。由于無法定位漏氣法蘭，人員只能制作試壓工裝，加壓后逐一檢查法蘭，至少需要耗費16 h人工。

此外，液壓電動閥的開關指示只能反映觸點開關發出信號的情況。觸點開關觸發，橡膠密封圈可能變形、破損，導致閥芯不能完全密封。損壞的電動閥對應的液艙為空艙或較低液位時，會導致壓載系統吸空，崗位人員排查電動閥的密封性也無法準確定位故障位置。

因此，壓載系統覆蓋面積廣，無法準確定位故障位置是消耗時間和人力的主要原因之一。

2.4? ? 總用泵、艙底壓載泵沒有吸空保護電路

某船采用的總用泵和艙底壓載泵只有常規的過載、短路、欠壓保護、遙控功能，沒有設置防止泵體吸空引發高溫損壞的連鎖保護，一旦泵出現吸空損壞，則后果非常嚴重。因此，總用泵、艙底壓載泵沒有吸空保護電路，導致密封裝置損壞是排查壓載系統故障困難的主要原因之一。

2.5? ? 壓載系統缺乏足夠的抗振動和補償熱脹冷縮變形能力

壓載管路工作環境溫差大、振動載荷高，主機附近的鎳銅管工作環境溫差可達30 ℃以上，振動級別普遍在6級以上，導致法蘭松動，芳綸墊片老化加劇并出現裂紋。研究人員對鎳銅管的軸向和徑向膨脹量進行了計算：

軸向膨脹量：ΔL=α×L×ΔT。

ΔL1=13.93×10-6×5 000×25≈1.74 mm（5 m鎳銅管的變化量，溫差ΔT=25 ℃）。

ΔL2=13.93×10-6×8 000×30≈3.34 mm（8 m鎳銅管的變化量，溫差ΔT=30 ℃）。

ΔL3=11.53×10-6×60×30≈0.02 mm（60 mm長螺栓的變化量，溫差ΔT=30 ℃）。

徑向膨脹量：ΔD=α×π×D×ΔT。

ΔD1=13.93×10-6×3.14×219×30≈0.287 mm（溫差ΔT=30 ℃）。

ΔD2=13.93×10-6×3.14×159×30≈0.209 mm（溫差ΔT=30 ℃）。

綜上可知，管路徑向膨脹量變化較小，且該方向沒有阻力，影響可忽略。

熱應力：σ=E×α×ΔT（因為管路徑向不存在阻力，其徑向熱應力可忽略）。

初始預緊力越大，摩擦力越大，能夠阻礙相對運動，減緩結構松動期內的螺栓松動進程。振動沖擊載荷幅值越大，螺栓夾緊力下降值越大，夾緊力下降越快，如圖1所示;沖擊載荷幅值越大，螺紋處所受沖擊力越大，螺紋牙底部材料塑性變形越大，越容易發生松動。

如圖2所示，在結構松動期內螺栓夾緊力下降曲線呈先大幅度下降，然后趨于平穩，最后緩慢下降趨勢。如圖3所示，初始預緊力越大，此初始預緊力下損失的預緊力所占百分比越大。初始預緊力越大，螺紋所受應力越大，螺紋牙底部材料塑性變形越大，螺栓夾緊力下降速度越快，即初始預緊力越小，螺栓松動越不易發生，初始預緊力越大，螺栓松動越易發生;且增加螺栓扭力，會造成墊片過分擠壓，影響墊片密封性能和使用壽命。