自清滤器在船舶设计中的应用

2022-05-05李海昭

船舶标准化工程师 2022年2期

李海昭，朱杰

（1.青岛北船管业有限责任公司，山东青岛 266520；2.中国船级社大连分社，辽宁大连 116000）

0 引言

滤器广泛应用于汽车工业、船舶工业和机械工业等领域。自清滤器作为比较特殊的一种滤器，常应用于船舶燃油系统和滑油系统。自清滤器可对液体介质进行过滤，并自动排渣，不同的生产厂家采用不同的排渣方式。本文对燃油系统和滑油系统自清滤器的选型、布置、运行原理、优点和缺点等方面进行了系统的分析和总结，以期为自清滤器的选型和维护保养提供一定参考。

1 自清滤器在滑油系统中的应用

1.1 自清滤器的形式和特点

自清滤器的排渣方式可分为定时反冲洗排渣和连续反冲洗排渣2种。定时反冲洗排渣方式可定时进行排渣，操作较为容易、压力损失小，反冲洗量小，需借助外部动力（压缩空气和驱动电机等）进行反冲洗。连续反冲洗排渣方式可连续进行排渣，需额外增加部分用于反冲洗的滑油，利用自身产生的压差进行反冲洗，不需借助额外的动力。

1.2 自清滤器的工作原理

1.2.1 定时反冲洗排渣方式

采用定时反冲洗排渣方式的自清滤器每隔一定的时间间隔对滤网进行反冲洗，将过滤的杂质排出。对于这种自清滤器，在反冲洗过程中需增加反冲洗用的滑油，此部分滑油通常占正常流通液体介质的4%左右。此外，反冲洗过程还需要借助外部压缩空气和驱动电机等提供的动力。

在过滤较脏的滑油时，若进口和出口处的压差提前达到阈值，则不需达到预定时间点就可自动进行反冲洗。如果在反冲洗后仍无法使压差下降，则会触发报警，此时，需人工将自清滤器转换为旁通滤器进行滑油过滤操作，同时人工拆卸并进行清洗自清滤器。采用定时反冲洗排渣方式的自清滤器常见品牌主要有波尔、Ameroid和K&E。

下面对波尔牌自清滤器的运行原理进行介绍，正常运行和反冲洗工况下的原理图分别见图 1和图 2。当残留在滤芯的杂质量达到阈值时，反冲洗系统自动启动，位于滤芯上方的顶部冲洗臂开始转动，盖住滤芯的上开端；与此同时，底部冲洗臂开始转动，并打开滤芯下开端位置的排渣阀。通过上述流程，滤芯内就形成了一套高速运转的轴向流动体系。

图1 波尔牌自清滤器正常运行工况原理示意

图2 波尔牌自清滤器反冲洗工况原理示意

图2 Alfa Laval牌自清滤器正常运行工况原理示意

滤芯内产生的压力梯度只允许少量的液体流过，在滤芯上方形成纵向的反向回流。位于滤芯上方的旋转节流阀可使反冲洗能量平均分布在滤芯的整个横向长度区间内。纵向和横向反冲洗同时作用，实现对滤芯的均衡清洗，从而达到最佳的反冲洗效果。

1.2.2 连续反冲洗排渣方式

采用连续反冲洗排渣方式的自清滤器在过滤过程中始终进行反冲洗排渣，在滑油流经自清滤器的过程中，部分滑油会进入其他舱室用作反冲洗液压马达的动力，此部分滑油通常占总流量介质的 3%左右，但需保证滤器的进口和出口间存在恒定压差才能进行反冲洗。在过滤较脏的滑油时，一旦进口和出口处的压差达到阈值，就会自动触发报警。此时，需人工将自清滤器转换为旁通滤器进行滑油过滤操作，同时人工拆卸并进行清洗自清滤器。采用连续反冲洗排渣方式的自清滤器常见品牌主要有Alfa Laval。

下面对Alfa Laval牌自清滤器的运行原理进行介绍，正常运行工况下的原理图见图 3。首先将滑油泵入自清滤器，进口内壳处的滤网可将滑油中的大颗粒杂质去除。之后滑油分为2部分，一部分滑油经全流通舱室内的滤网过滤后进入主机，另一部分滑油会进入其他舱室用作反冲洗液压马达的动力。反冲洗后的滑油进入分离舱室，经再次过滤后被泄放到滑油循环舱，分离舱室内的滤渣会被定期排放到油渣舱。

1.2.3 安装位置

滑油系统的自清滤器通常安装在主机和滑油冷却器之间，确保进入主机的滑油不混有其他杂质，品质满足使用要求。

2 自清滤器在燃油系统中的应用

2.1 自清滤器的工作原理

在燃油系统中，自清滤器主要是作为燃油供油单元的一部分。通常来讲，需要根据主机和发电机等设备的具体需求来选择自清滤器的型号。自清滤器在燃油系统中的工作原理与滑油系统一致，只是由于燃油和滑油的介质不同导致部分内部元件有所更改。

根据安装位置的不同，燃油系统的自清滤器可分为冷端滤器和热端滤器。冷端滤器安装在加热器之前，介质温度较低，对滤器本身的材质要求不高；热端滤器安装在加热器之后，介质温度较高，对滤器的材质要求较高，成本较贵。

2.2 自清滤器的安装位置和特点

通常情况下，船舶采用供油单元为主机和发电机提供燃油。为节省建造和维护成本，主机和发电机常采用公共燃油供油单元来进行供油。当采用公共供油单元时，需根据使用该供油单元的各主机和发电机的最高过滤精度要求对自清滤器进行选型。

根据船舶排放控制的要求，船员需根据不同的航行区域对燃油种类进行转换。船用轻柴油（Marine Gas Oil，MGO）在进机前需先进行冷却，而船用重燃油（Heavry Fuel Oil，HFO）需先进行加热，2种燃油的使用要求是相反的。此外，发电机使用的燃油量较少，而主机使用量往往是发电机的十几倍甚至几十倍。由于为满足发电机需求而选择的自清滤器精度过高，在转换燃油的过程中自清滤器经常堵塞，严重时甚至无法进行清洗从而导致滤芯损坏。

为解决上述问题，不同自清滤器常采用不同的解决方式。

1）冷端滤器

对于冷端滤器，由于燃油还没有经过加热器加热，此时燃油温度只是油舱温度，各种燃油的温差相对较小，因此，在进行燃油混合时不易堵塞自清滤器。为保证进入主机和发电机的燃油中没有杂质的混入，在进入主机和发电机前的管路上增加1个安全滤器，这样既能缓解混油堵塞的问题，又能保证设备用油的安全。

2）热端滤器

在燃油进入主机和发电机之前的管路上分别根据主机和发电机的要求选择相应的自清滤器，同时在进行燃油转换的过程中降低 HFO的温度，提高船用柴油（Marine Diesel Oil，MDO）的温度，并采用“HFO→MDO→MGO”的方式逐步转换燃油，以缓解温差变化导致的堵塞问题。