VLCC液壓閥門遙控系統(tǒng)布置的設(shè)計(jì)與優(yōu)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(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司，上海 200137)

0 引 言

閥門遙控系統(tǒng)是VLCC貨艙區(qū)較重要的船舶管路系統(tǒng)之一，負(fù)責(zé)控制貨油系統(tǒng)和壓載系統(tǒng)的所有遙控閥門，以完成貨油系統(tǒng)和壓載系統(tǒng)的注入、排出、調(diào)配和掃艙等工作[1]。VLCC的貨油艙和壓載艙的閥及驅(qū)動(dòng)器一般均位于液艙內(nèi)或露天甲板面上，其工作環(huán)境較為惡劣危險(xiǎn)，為安全、集中、便捷地管理VLCC上龐大的貨油輸送系統(tǒng)和艙底壓載水系統(tǒng)，通常采用液壓驅(qū)動(dòng)式閥門遙控系統(tǒng)。

液壓驅(qū)動(dòng)式閥門遙控系統(tǒng)是目前船舶上應(yīng)用較為廣泛的閥門遙控系統(tǒng)之一，其液動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、體積小，且驅(qū)動(dòng)力矩大、均勻、效率高，適用于遠(yuǎn)距離遙控、驅(qū)動(dòng)大口徑閥門[2]。該系統(tǒng)主要由以下5個(gè)部分組成：

(1) 控制指示模塊：包括控制面板、控制臺(tái)；

(2) 液壓動(dòng)力單元：包括液壓泵(一般有2臺(tái)，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(zhí)行模塊：包括液壓驅(qū)動(dòng)頭、閥體、閥門等；

(5) 應(yīng)急操作裝置：包括便攜式手搖泵、驅(qū)動(dòng)頭上的應(yīng)急接頭[3]。

在正常工作狀態(tài)下，液壓動(dòng)力單元通過(guò)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(jìn)行工作油路的轉(zhuǎn)換，各個(gè)貨油艙、壓載水艙的液壓?jiǎn)涡竟芡ㄟ^(guò)控制相應(yīng)處所驅(qū)動(dòng)頭的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)開(kāi)啟或關(guān)閉液壓閥門[4]。相關(guān)的控制系統(tǒng)如圖1所示[5]。

圖1 液壓閥門遙控系統(tǒng)示例

液壓式閥門遙控系統(tǒng)可適用于浸沒(méi)式處所，其所有的電路和敏感部件都安裝在位于安全區(qū)域內(nèi)的電磁閥箱上，易于維護(hù)。與在船舶閥門遙控領(lǐng)域應(yīng)用也較為廣泛的電液驅(qū)動(dòng)方式相比，采用液壓驅(qū)動(dòng)方式的總體系統(tǒng)的適用范圍較廣，且價(jià)格較便宜[6]。但是，在另一方面，由于液壓式閥門遙控系統(tǒng)中的液壓管線較長(zhǎng)而復(fù)雜，安裝、維修較為困難，管路連接處受油溫、黏度變化和振動(dòng)影響而易于發(fā)生泄漏。

1 液壓閥門遙控系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

從VLCC尾部的舵機(jī)艙、機(jī)艙、泵艙到船中主甲板下的貨油艙、壓載水艙等廣泛區(qū)域，布置有數(shù)量眾多的遙控閥門，為了提高開(kāi)/關(guān)閥門的響應(yīng)速度，縮短電磁閥箱的電磁換向閥與各閥門之間的液壓?jiǎn)涡竟艿拈L(zhǎng)度，通常采用分散布置電磁閥箱的液壓閥門遙控系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 分散布置電磁閥箱的液壓閥門遙控系統(tǒng)

以某30萬(wàn) t VLCC的建造實(shí)例為基礎(chǔ)，在對(duì)該VLCC液壓閥門遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，提出優(yōu)化改進(jìn)措施。

在圖2中，帶箭頭的實(shí)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?jiǎn)涡竟?。其中?#電磁閥箱位于船首的水手長(zhǎng)儲(chǔ)藏室中，配有43個(gè)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(gè)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(hào)(1～43)、對(duì)應(yīng)的液壓遙控閥閥號(hào)(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(dòng)力單元、2#和3#電磁閥箱均位于靠船尾的上建液壓泵站內(nèi)。其中，2#電磁閥箱配有75個(gè)電磁換向閥(序號(hào)63/64的電磁換向閥取消)，3#電磁閥箱配有74個(gè)電磁換向閥，二者用于共同控制泵艙、機(jī)艙、舵機(jī)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(duì)應(yīng)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(jù)1#～3#電磁閥箱的電磁換向閥布置圖，繪制相應(yīng)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(qū)域液壓遙控閥布置圖

由圖6可知，實(shí)線區(qū)域內(nèi)的液壓遙控閥由1#電磁閥箱獨(dú)立控制，虛線框區(qū)域內(nèi)的液壓遙控閥由2#和3#電磁閥箱共同控制。虛線框區(qū)域代表的4#和5#貨油艙、4#～6#壓載艙以及殘油艙的42個(gè)液壓遙控閥所對(duì)應(yīng)的42個(gè)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?jiǎn)涡竟芙涌诘姆稚⒉贾脤⒃黾由a(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)布管安裝的難度，也不利于未來(lái)對(duì)設(shè)備的管理維護(hù)。

從上建液壓泵站內(nèi)2#和3#電磁閥箱接出的液壓?jiǎn)涡竟茏呦蛉鐖D7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(dǎo)架匯總于船中的單芯管主導(dǎo)架，隨后各路單芯管沿著單芯管導(dǎo)架接入主甲板區(qū)域各油艙、壓載艙的液壓遙控閥。用于控制泵艙、機(jī)艙和舵機(jī)艙內(nèi)的液壓遙控閥的電磁換向閥共有102個(gè)，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(jīng)過(guò)上建前壁的單芯管導(dǎo)架延伸到船中，再穿過(guò)主甲板面后進(jìn)入泵艙，最后接到艉部的機(jī)艙和舵機(jī)艙。

圖7 2#和3#電磁閥箱的液壓?jiǎn)涡竟茏呦?/p>

其中：84根單芯管從主甲板左舷到船中主導(dǎo)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(qū)域內(nèi)的單芯管(Ф10 mm×1 mm，材料為不銹鋼SUS316)的總長(zhǎng)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(hù)的需要，在上建液壓泵站前壁安裝4塊單芯管穿艙復(fù)板(2 230 mm×630 mm×10 mm，Q235B)和相應(yīng)的不銹鋼保護(hù)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(fù)板，附帶204個(gè)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(hù)罩

圖9 穿過(guò)主甲板進(jìn)入泵艙的單芯管

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(tǒng)的設(shè)計(jì)方案有3點(diǎn)可以考慮在有條件的情況下進(jìn)行優(yōu)化：

(1) 位于2#和3#電磁閥箱上的42個(gè)電磁換向閥沒(méi)有按照所服務(wù)的區(qū)域集中布置，造成現(xiàn)場(chǎng)施工及未來(lái)的檢修維護(hù)難度增加。

(2) 經(jīng)過(guò)泵艙的204根單芯管在主甲板的卡套穿艙件處存在泄漏風(fēng)險(xiǎn)。

(3) 多達(dá)288根液壓?jiǎn)涡竟芗杏谏辖ǖ穆短炫摫谏?，且這些單芯管在從液壓泵站穿出后還需通過(guò)布置總計(jì)3 129.84 m長(zhǎng)的液壓?jiǎn)涡竟懿拍艿竭_(dá)泵艙和甲板面的單芯管主導(dǎo)架，與之配套的單芯管托架及保護(hù)罩增加了現(xiàn)場(chǎng)建造的人力和物力成本，同時(shí)也影響了上建前壁區(qū)域的整體簡(jiǎn)潔和美觀。

2 液壓閥門遙控系統(tǒng)布置的設(shè)計(jì)優(yōu)化

針對(duì)原VLCC液壓閥門遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式，在新項(xiàng)目上可實(shí)行的優(yōu)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(gè)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(jī)艙和舵機(jī)艙內(nèi)的液壓遙控閥。

(2) 在不改變液壓泵站內(nèi)系統(tǒng)布置的情況下，將液壓泵站的位置從上建左舷移動(dòng)到上建船中靠近泵艙棚的位置，如圖10所示：通向泵艙、機(jī)艙和舵機(jī)艙的204根單芯管可直接通過(guò)液壓泵站和泵艙棚的艙壁進(jìn)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(lái)在上建前壁上長(zhǎng)度為8.96 m的單芯管導(dǎo)架、3塊上建前壁不銹鋼保護(hù)罩、2塊甲板穿艙復(fù)板及相應(yīng)的204個(gè)不銹鋼(SUS316L)卡套穿艙件，而且可節(jié)省總長(zhǎng)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(cè)及氣體探測(cè)單芯管匯集到主甲板面上的單芯管主導(dǎo)架上，與原來(lái)位于左舷15.5 m的單芯管導(dǎo)架相比，減少了13.1 m。

圖10 2#和3#電磁閥箱的液壓?jiǎn)涡竟茏呦騼?yōu)化

3 結(jié)束語(yǔ)

在VLCC上分布全船的液壓遙控閥門多達(dá)上百個(gè)，其整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試是一項(xiàng)十分復(fù)雜繁瑣的工程。為降低建造成本和系統(tǒng)發(fā)生泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，便于后期施工安裝及日常維護(hù)，應(yīng)在分區(qū)集中控制的原則下，優(yōu)化液壓泵站的整體布置方式，盡可能減少液壓?jiǎn)涡竟艿拇┡摵头笤O(shè)工作，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)的降本增效和精益造船目標(biāo)。