63 600 DWT散貨船燃油日用系統設計

王瑞華 沈勇

摘? ? 要：在船舶營運中，低質廉價的重油仍在船舶柴油機普遍應用，包括低速和中速柴油機等，其粘度可達到380～700cst@50℃。為了降低噴油時燃油的粘度，燃油必須加熱到一定的溫度（通常為120～150℃）。在燃油溫度較高時，容易產生一些問題，例如穴蝕和氣化等，必須采用壓力式的燃油日用系統。本文介紹了我司設計的63600DWT散貨船，采用主輔機共用供油單元進行燃油系統設計的成功經驗，保障了燃油系統工作穩定可靠，確保船舶安全可靠運行和降低船舶營運的成本。

關鍵詞：燃油日用艙； 供油單元模塊；設計壓力；管路等級

中圖分類號：U663.31 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：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

我司首次自主設計的63 600 DWT 散貨船，入籍LR船級社，滿足MARSHALL ISLANDS 和 LIBERIA 雙掛旗國要求，船舶總長199.9 m、型寬32.26 m、型深18.58 m、設計吃水11.3 m，載重量63600 DWT，航速13.5 kn。

該船主要設備參數如下：MAN主機 6G50ME-C9.6-TierIII ，SMCR 6 949 kW ×87.4 r/min/CSR 5538 kW ×81.0 r/min；主發電機3臺，每臺功率600 kW Tier III；應急發電機1臺，功率120 kW × 1 800 r/min；采用組合鍋爐，燃油側蒸發量1 500 kg/h、廢氣側蒸發量350 kg/h、蒸氣壓力0.6 MPaG、鍋爐給水溫度80 ℃。

2? ? 燃油日用系統設計基本要求

（1）驗證和校核機械設備計算書、輪機設備廠商表、機艙布置圖、自動化項目明細表等圖樣和技術文件的的正確性、合理性；

（2）設計圖中，無論是相關技術要求還是原理，都要表述清楚，這部分內容在船廠的設計與生產過程中是重要的參考依據；

（3）設計圖要滿足規則、規范、公約等的要求；

（4）設計圖由封面、技術要求、附件匯總表、材料匯總表及系統圖等組成；

（5）設計圖以船舶大小及系統的復雜性為依據，劃分為不同的系統圖，包括發電機、主機、鍋爐燃油的日用系統圖，也可綜合成一個燃油日用系統圖；

（6）設計圖應包括主機、發電機、鍋爐不同燃油類型用戶和相關附件等信息。

3? ? ?燃油日用系統設計要點

3.1? ?燃油日用艙配置

在配置燃油日用艙的過程中，要以SOLAS的相關要求作為依據，并按照下述方案開展配置工作：

（1）配置兩個重油日用艙和一個輕柴油日用艙

每個重油日用艙的艙容，需滿足主機、輔機、鍋爐工作不少于8小時；

（2）一個輕柴油日用艙

供主機、輔機和鍋爐的冷態啟動和硫排放限值區域使用。

3.2? 供油單元模塊

燃油供油單元模塊包含兩種：低壓級；高壓級。此種方式能夠對燃油壓力和粘度的穩定起到一定的保證作用。

3.2.1低壓級

低壓級由三通閥、燃油供給泵、穩壓閥、流量計、混油桶、附件與閥件等共同組成：

（1）三通閥

該閥是手動操作，對不同類型的燃油進入對應的單元模塊進行選擇；對于一些自動化要求較高的船舶，該閥可以改為電動，油位置開關提供電信號觸點在集控室中進行控制；

（2）燃油供給泵

為了備不時之需，設置兩臺供給泵，其自動啟動與停止是通過壓力開關傳感器實現，設有濾器（～250 um）與安全閥，泵的排量約為主機和發電機燃油消耗量的1.5倍，壓力約為4 bar；

（3）壓力調節閥

對燃油供給泵出口壓力進行控制，通常為～4 bar；

（3）流量計

測量燃油的消耗，帶有背壓閥旁通，當壓差過高時自動打開；

（4）混油桶

為了降低熱量損失，混油桶與燃油供給泵排出的低溫燃油混合，以減少熱量的損失，進而可以降低加熱器的容量；混油筒包括壓力表、安全閥及液位開關、絕緣材料等；混油桶配置自動除氣裝置，當背壓閥出現壓差～2 bar時，混油筒中的壓力上升，空氣在混油桶上部積聚，通過背壓閥自動打開，起到自動排氣的目。

3.2.2高壓級

通常由加熱器、自清濾器、增壓泵、粘度控制器、附件等共同組成：。

（1）燃油增壓泵

為了備不時之需，設置兩臺燃油增壓泵，其自動啟動與停止是通過壓力開關傳感器實現，泵的排量約為主機和發電機燃油消耗量的3倍；

（2）加熱器

共兩只互為備用，通常選用殼管式加熱器，其易維修，壽命長，加熱量由一個電動的蒸氣調節閥來控制；

（3）自清濾器

自清濾器是自動進行的，并且配備了旁通濾器，旁通濾器能夠在主濾器無法工作時繼續工作，容量和燃油增壓泵流量相同；自清濾器精度為10 um，旁通濾器精度為25 um；該濾器也可采用低壓級，主要考慮低壓級流量較小、溫度較低，可以降低成本。但缺點是主機和輔機燃油回油中可能含有的磨損顆粒物無法得到過濾，因此通常將該濾器放置在燃油增壓泵之后（熱端）；

（4）粘度控制器

粘度傳感器是取得粘度信號的關鍵所在，燃油粘度受到控制后應保持穩定狀態，以10～15 cst為宜，取決于主機和輔機對燃油粘度要求，該粘度控制可在集控室和就地控制；

（5）船舶發生癱船問題，通常要在30分鐘內逐步恢復自身狀態，應急柴油泵在供油單位模塊內有相應的配置，供電來源一般是應急電源，壓力一般位于6～7 bar之間，并且滿足一臺發電機工作所需的條件；

（6）蒸氣與伴行系統能夠對燃油熱量起到一定的加熱作用，是由疏水閥組與電動的蒸氣調節閥，以及啟動箱與控制箱等共同構成。

4? ? 主機燃油日用管系設計要點

重油和輕柴油從各自的日用艙引出，并進入燃油供油單位模塊，速閉閥是必經的閥門。在對不同類型的燃油進入單元模塊進行選擇時，主要是通過進口處的三通閥實現的：航行工況下選擇重油，對燃油管進行沖洗，必須在長期停車前逐步進行；然后經過燃油供油單元模塊分成兩路，一路至主機，另一路至輔機；主機燃油進口依據主機廠的推薦與燃油管連接，為了對主機的正常工作起到保證作用，要將速閉閥安裝在其中，三通閥是主機與輔機燃油回油的必經閥門，并且為混油筒或燃油日用艙提供工作。

4.1? 設計壓力

最高許用工作壓力指的是管系設計壓力， CCS規范要求如下：管系最高許用工作壓力，應不小于安全閥或溢流閥的最高設定壓力，見表1所列。

4.2? ?管路等級

按CCS規范要求，不同用途的壓力管系按其設計壓力和溫度分為3級，如表2所列。

4.3? ?管路壁厚

按規格書要求，高壓管路壁厚依照Sch.40標準，低壓管路依照Standard標準。

4.4? ?管路壓力試驗

4.4.1車間試驗

試驗壓力：1.5倍設計壓力；

適用范圍：（1）所有I&II級管路（蒸氣管、啟動空氣管、液壓管等）；（2）設計壓力大于0.7 Mpa的蒸氣管、給水管（鍋爐）、壓縮空氣管和燃油管；（3）除了以上管路，其他管路都不需要在做車間壓力試驗。

4.4.2船上試驗

（1）加熱盤管、燃氣管、燃油管，做1.5倍設計壓力試驗；

（2）對其它管路的要求不明確。

4.5? ?管路連接方式

對接焊連接和套筒焊接連接，應符合表3規定。

4.6? ?燃油吸入和排出管管徑計算

4.6.1 供油單元吸入管

Q=VxπD2 / 4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中：Q——供給泵的容量，m3/h；

V——管內流速，m/s；

D——管子通徑，mm。

（1）供給泵容量

MAN guide 推薦：供給泵Q=1900 L/H，循環泵Q=3800 L/H；實際訂貨供給泵Q=2916 L/H ，循環泵Q=5802 L/H。

（2）管內流速

主機廠家推薦： HFOV=0.6 m/s ，MGOV=1.0 m/s；HFO 吸入管至供油單元FM02，V=0.5 m/s，MGO吸入管至供油單元FM10，V=0.65 m/s。

（3）管子通徑

HFO吸入管至供油單元FM02：D=

=45.43，實取φ60x4；

MGO吸入管至供油單元FM10：D=

=39.84，實取φ48x4。

（4）HFO 吸入總管FM01 ，按支管合并總管計算結果為：

支管1（FM02）DN50，支管2（FB01） DN32；

總管理論通徑DN 55.9 mm，總管選擇通徑DN 65 mm。

實取φ76x4。

（5）MGO 吸入總管FM01 ，按支管合并總管計算結果為：

支管1（FM02）DN40，支管2（FB01）DN32；

總管理論通徑DN 47.17 mm，總管選擇通徑DN 50 mm。

實取φ60x4。

（6）HFO供給管至鍋爐FB01：按廠家推薦為φ34x3.5；

MGO供給管至鍋爐FB02：按廠家推薦為φ34x3.5。

4.6.2 供油單元排出管

D=? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = 64.07，實取φ76x4。

4.7? 主機燃油進口調壓閥

初步定為主輔機共用，調壓閥設定值0.8 MPa，主、輔機分開的供油單元可以不設置該調壓閥。

5? ? 柴油發電機燃油日用管系設計要點

柴油機發電機燃油日用管系，在原理方面與主機大致相同：發電機組數量一般是2臺或3臺，發電機燃油供每臺柴油發電機使用，由供油單元排出管路提供；重力供油在柴油發電機工作中尤為重要，在日用油柜連接柴油發電機時，是通過一路管子實現，并且在供油時是依據專門的氣動泵完成。

輔機燃油進口與燃油管連接，其中流通的燃油來自供油單元，在進入輔機前三通閥是必經閥門。自動三通閥較為少見，一般以手動居多，通過機械方式實現聯動，對于一些船舶有著較高的自動化要求，可以將該閥設置為電動的類型，在集控室里控制；為了防止燃油增壓泵出口壓力過高，通常在輔機燃油進口管路加一個壓力調節閥，壓力設定為～8 bar，背壓閥的設置不容忽視，尤其是在重油回油總管。將壓力設置為～4 bar，能夠對重油的壓力起到控制作用，防止氣化和有利于進機燃油壓力的建立；同樣，在柴油的回油管路上也裝置壓力為～4 bar的背壓閥。

按照SOLAS要求，在發動機裝置供油來源均在一處時，要設置隔離裝置，保證發動機供油與溢流管線不受影響，發動機在工作時不應受到隔離裝置的干擾。

6? ? 其它設備燃油日用管系設計要點

鍋爐、應急發電機、焚燒爐等設備的燃油日用系統，按廠家推薦的相關要求，但應強調一下規范中的對應要求：燃油鍋爐的供油總管上，應設置一速閉總閥，此閥既可直接操縱關閉，也可遙控關閉；將應急發電機與其他閥的遙控切斷控制進行區分，兩者應獨立進行控制工作。

7? ? 布置原則和安裝技術要求

7.1? 布置原則

（1）船舶橫傾～15°和縱傾～10°時，不會對系統的工作造成影響；

（2）燃油供給泵、循環泵均應有一臺備用泵，還應具備自動轉換的功能；

（3）主機燃油進口管進主機接口處應帶一個彎度，否則需要設置膨脹節；

（4）所有能獨立驅動的各種泵，包括循環和燃油供給泵、鍋爐燃油泵等，能夠就地進行切斷之外，室外應急切斷也不容忽視；

（5）艙頂處未能將深油艙的注入管連接，那么止回閥要在艙柜壁上設置，并且能夠實現就地關閉與遙控關閉。

7.2? ?安裝技術要求

（1）艙柜壁上安裝閥件是雙層底以上的燃油艙柜的突出特點，同時要將速閉閥安裝在其中，通過遙控進行關閉；

（2）燃油日用艙吸口末端，應高于溢流管和泄放管末端；

（3）為了方便檢修與拆裝等工作，要將壓力大于0.18 Mpa 的加熱燃油的相關部件設置在固定的位置上；

（4）油管和油柜，不應設置在電氣設備上方，包括柴油機排氣管、鍋爐、消音器、發電機、配電板等，避免漏油而引發火災；另外，房間天花板等位置也不應裝置，要將排油設施與集油盤進行相應的設置；

（5）燃油溫度降低后會冷卻，從而中斷供油。為了避免此種情況出現，要在油艙（柜）中設置蒸氣加熱管，絕熱材料與蒸氣保溫伴行管分別在油柜外表面、輸送燃油的管路上鋪設，包扎時要應用絕熱材料；

（6）法蘭接頭是輸送燃油的管路應用的主要材料，為了保證供油工作的順利進行，法蘭接頭墊片耐油溫度以超過150 ℃為宜，避免出現滲漏問題。

8? ? 結論

燃油日用系統設計，直接決定了主機、發電機、鍋爐燃油設備正常工作，燃油部件的配置要完全和燃油用戶設備需求一致，包括油燃油供高低壓泵配置、燃油溫度與粘度控制、管道管徑選擇、管道走向路徑優化、燃油進機壓力控制等，都需要與燃油用戶設備運行技術要求進行匹配設計，系統設計時還需重點考慮以下方面的設計輸入條件：

（1）要對與設備相關的信息和資料進行閱讀，并掌握燃油的相關要求與條件，從而精準配置其中的各項設備；

（2）本系統設計所需設備容量，在規格書編制階段設備估算書計算時應已確定，設計時可以驗證；

（3）本系統設計所需設備資料（如，主機、發電機、鍋爐、供油單元等），需要在設計前予以提供；

（4）以船級社的相關要求作為依據，定級應用的附件與管子；同時，無論是購買材料還是檢驗與加工，都要與船檢要求相一致；

（5）所有管路通徑要計算選取，涉及其它系統圖紙管路由其相應系統確定，管路壁厚要求要符合規格書；

（6）閥件明細表編輯時，要注意規格書對材質要求，并要注意所有I級和II級管路上閥件需要提供船級社證書。

（7）當供油系統同時為主機與輔機工作，那么要考慮系統供油與回油管的壓力，從而滿足不同的工作需求。

參考文獻

[1]船舶設計實用手冊輪機分冊[M]. 國防工業出版社，2013.

[2] 輪機工程手冊（下）[M].人民交通出版社，1992.

[3] 張德福，? 孫文廣，? 沈國華.? SWD6LTM410C船用柴油機拉缸故障的分析與排除[J].中國修船，2011， 24（1）.

[4]國際海事組織（IMO）參考文獻[Z].? 2008（8）.

[5]中國船舶在線網[Z]， 2013（4）.