VLCC液压阀门遥控系统布置的设计与优化

2020-05-18尹其峰张新桥

造船技术 2020年2期

张明，尹其峰，陈露，张新桥

(1.上海外高桥造船有限公司，上海 200137； 2.中船芬坎蒂尼邮轮产业发展有限公司，上海 200137)

0 引言

阀门遥控系统是VLCC货舱区较重要的船舶管路系统之一，负责控制货油系统和压载系统的所有遥控阀门，以完成货油系统和压载系统的注入、排出、调配和扫舱等工作[1]。VLCC的货油舱和压载舱的阀及驱动器一般均位于液舱内或露天甲板面上，其工作环境较为恶劣危险，为安全、集中、便捷地管理VLCC上庞大的货油输送系统和舱底压载水系统，通常采用液压驱动式阀门遥控系统。

液压驱动式阀门遥控系统是目前船舶上应用较为广泛的阀门遥控系统之一，其液动装置结构简单紧凑、体积小，且驱动力矩大、均匀、效率高，适用于远距离遥控、驱动大口径阀门[2]。该系统主要由以下5个部分组成：

(1) 控制指示模块：包括控制面板、控制台；

(2) 液压动力单元：包括液压泵(一般有2台，互为备用)、蓄压器等；

(3) 电磁阀箱：包括滤器、电磁换向阀等；

(4) 执行模块：包括液压驱动头、阀体、阀门等；

(5) 应急操作装置：包括便携式手摇泵、驱动头上的应急接头[3]。

在正常工作状态下，液压动力单元通过液压泵向蓄压器提供高压的液压油，电磁阀箱中的电磁换向阀在蓄压器的压力作用下进行工作油路的转换，各个货油舱、压载水舱的液压单芯管通过控制相应处所驱动头的往复运动来开启或关闭液压阀门[4]。相关的控制系统如图1所示[5]。

图1 液压阀门遥控系统示例

液压式阀门遥控系统可适用于浸没式处所，其所有的电路和敏感部件都安装在位于安全区域内的电磁阀箱上，易于维护。与在船舶阀门遥控领域应用也较为广泛的电液驱动方式相比，采用液压驱动方式的总体系统的适用范围较广，且价格较便宜[6]。但是，在另一方面，由于液压式阀门遥控系统中的液压管线较长而复杂，安装、维修较为困难，管路连接处受油温、黏度变化和振动影响而易于发生泄漏。

1 液压阀门遥控系统应用实例

从VLCC尾部的舵机舱、机舱、泵舱到船中主甲板下的货油舱、压载水舱等广泛区域，布置有数量众多的遥控阀门，为了提高开/关阀门的响应速度，缩短电磁阀箱的电磁换向阀与各阀门之间的液压单芯管的长度，通常采用分散布置电磁阀箱的液压阀门遥控系统，如图2所示。

图2 分散布置电磁阀箱的液压阀门遥控系统

以某30万 t VLCC的建造实例为基础，在对该VLCC液压阀门遥控系统的设计进行详细分析的基础上，提出优化改进措施。

在图2中，带箭头的实线为高压液压油管和回油管，虚线为连接电磁换向阀与遥控阀的液压单芯管。其中，1#电磁阀箱位于船首的水手长储藏室中，配有43个电磁换向阀，分别用于控制1#～3#货油舱及压载水舱的液压遥控阀。1#电磁阀箱的43个电磁换向阀的布置如图3所示，包括电磁换向阀在电磁阀箱上的序号(1～43)、对应的液压遥控阀阀号(COV*/BAV*)以及液压遥控阀的所在位置(COT表示货油舱，WBT表示压载舱，Slop表示残油舱，S/C/P表示右舷/船中/左舷)。除了1#电磁阀箱外，液压动力单元、2#和3#电磁阀箱均位于靠船尾的上建液压泵站内。其中，2#电磁阀箱配有75个电磁换向阀(序号63/64的电磁换向阀取消)，3#电磁阀箱配有74个电磁换向阀，二者用于共同控制泵舱、机舱、舵机舱、甲板面、残油舱、4#～6#货油舱和压载水舱的液压遥控阀，其电磁换向阀的布置分别如图4和图5所示，虚线框部分对应4#和5#货油舱、4#～6#压载舱以及残油舱的液压遥控阀。

图3 1#电磁阀箱的电磁换向阀布置图

图4 2#电磁阀箱的电磁换向阀布置图

图5 3#电磁阀箱的电磁换向阀布置图

根据1#～3#电磁阀箱的电磁换向阀布置图，绘制相应货油舱、压载水舱和残油舱的液压遥控阀布置图，如图6所示。

图6 主甲板货油舱、压载水舱和残油舱区域液压遥控阀布置图

由图6可知，实线区域内的液压遥控阀由1#电磁阀箱独立控制，虚线框区域内的液压遥控阀由2#和3#电磁阀箱共同控制。虚线框区域代表的4#和5#货油舱、4#～6#压载舱以及残油舱的42个液压遥控阀所对应的42个电磁换向阀分散配置在2#和3#电磁阀箱中，共涉及84根液压油管，众多液压单芯管接口的分散布置将增加生产现场布管安装的难度，也不利于未来对设备的管理维护。

从上建液压泵站内2#和3#电磁阀箱接出的液压单芯管走向如图7所示：用于控制4#和5#货油舱、4#～6#压载舱以及残油舱的液压遥控阀的单芯管总共84根，沿主甲板左舷的单芯管导架汇总于船中的单芯管主导架，随后各路单芯管沿着单芯管导架接入主甲板区域各油舱、压载舱的液压遥控阀。用于控制泵舱、机舱和舵机舱内的液压遥控阀的电磁换向阀共有102个，涉及单芯管总共204根，这些单芯管从液压泵站前壁穿出后，经过上建前壁的单芯管导架延伸到船中，再穿过主甲板面后进入泵舱，最后接到艉部的机舱和舵机舱。

图7 2#和3#电磁阀箱的液压单芯管走向

其中：84根单芯管从主甲板左舷到船中主导架处的距离约5.80 m+9.70 m=15.50 m；204根单芯管从主甲板左舷沿上建前壁到泵舱的平面距离约8.96 m。上述区域内的单芯管(Ф10 mm×1 mm，材料为不锈钢SUS316)的总长度约15.50 m×84+8.96 m×204=3 129.84 m。

除此之外，为满足单芯管的穿舱要求及外部保护的需要，在上建液压泵站前壁安装4块单芯管穿舱复板(2 230 mm×630 mm×10 mm，Q235B)和相应的不锈钢保护罩(SUS316)，如图8所示。另外在泵舱顶部的主甲板面上安装2块单芯管穿舱复板，附带204个不锈钢(SUS316L)卡套穿舱件，如图9所示。

图8 液压泵站前壁的单芯管保护罩

图9 穿过主甲板进入泵舱的单芯管

根据现场实际施工建造情况并综合分析可知，该型VLCC的液压阀门遥控系统的设计方案有3点可以考虑在有条件的情况下进行优化：

(1) 位于2#和3#电磁阀箱上的42个电磁换向阀没有按照所服务的区域集中布置，造成现场施工及未来的检修维护难度增加。

(2) 经过泵舱的204根单芯管在主甲板的卡套穿舱件处存在泄漏风险。

(3) 多达288根液压单芯管集中于上建的露天舱壁上，且这些单芯管在从液压泵站穿出后还需通过布置总计3 129.84 m长的液压单芯管才能到达泵舱和甲板面的单芯管主导架，与之配套的单芯管托架及保护罩增加了现场建造的人力和物力成本，同时也影响了上建前壁区域的整体简洁和美观。

2 液压阀门遥控系统布置的设计优化

针对原VLCC液压阀门遥控系统的设计方式，在新项目上可实行的优化方案如下：

(1) 将用于控制4#和5#货油舱、4#～6#压载舱以及残油舱液压遥控阀的42个电磁换向阀集中布置在2#电磁阀箱上，而2#电磁阀箱上剩余的电磁换向阀及3#电磁阀箱上所有的电磁换向阀用于控制泵舱、机舱和舵机舱内的液压遥控阀。

(2) 在不改变液压泵站内系统布置的情况下，将液压泵站的位置从上建左舷移动到上建船中靠近泵舱棚的位置，如图10所示：通向泵舱、机舱和舵机舱的204根单芯管可直接通过液压泵站和泵舱棚的舱壁进入泵舱，减少了大量单芯管在露天甲板的布置，这样不仅可取消原来在上建前壁上长度为8.96 m的单芯管导架、3块上建前壁不锈钢保护罩、2块甲板穿舱复板及相应的204个不锈钢(SUS316L)卡套穿舱件，而且可节省总长为1 827.84 m的单芯管。另一方面，通向油舱和压载舱的84根单芯管在穿出液压泵站前壁约2.4 m后，即可与相邻消防控制站的液位遥测及气体探测单芯管汇集到主甲板面上的单芯管主导架上，与原来位于左舷15.5 m的单芯管导架相比，减少了13.1 m。