某船镍铜压载管路系统改装设计

摘

要：对某船镍铜压载管路无法建立真空抽吸压载水的故障进行分析，并对故障问题进行延伸，结合船只工作需要，加装相关电气元件，优化压载泵控制系统，提升了压载系统可靠性，缩短了故障的处置时间。关键词：压载系统；镍铜管路；抽吸；可靠性；处置时间0

引言为了降低海水的腐蚀危害，压载管路采用镍铜管材，虽然镍铜材料具有很强的抗腐蚀能力，但此材料管壁较薄，容易发生变形。船舶航行海域宽广，连续航行情况下温差变化大，环境振动强度高，导致压载管路容易出现泄漏，密闭性降低，无法建立真空。如果船舶在航行过程中急需调整压载，而压载系统无法抽吸，将会严重影响船舶安全。因此，设计一套能有效缩短压载管路泄漏应急处置时间的装置是极其重要的。1

故障现象某船在航修中曾发现压载系统无法建立真空抽吸压载水的故障，岗位人员为了查找泄漏原因进行了6次检修，耗费了大量人工。

对压载管路检修过程进行总结，得到应急处置泄漏步骤时长分类统计表如表1所示。影响检修进度的因素主要包括：一是压载系统的切换阀件和分支接头集中，空间狭小、管路密集，不易定位和检修；二是管路上方安装有钢制花纹板，检修前必须拆除，需要消耗大量人力；三是压载系统覆盖范围较大，途经区域温度不一，振动强度不同，管路及螺丝的膨胀和收缩程度不一；四是压载舱底水泵和总用泵无吸空保护，只能人为监控，易使泵体密封装置高温损坏。2

确定主要因素为了定位导致该船压载系统抽吸故障的主要因素，岗位人员按照“5M因素法”，从人、机、料、法、环等方面进行分析研判，确定了5条末端因素，并逐条展开研究梳理。

2.1

人员技能水平差，系统熟悉程度低

压载水系统原理是机工人员必须掌握的基础知识，船舶在海上高速航行期间需要对压载状态进行调整，因此要求岗位人员必须熟练掌握压载系统的组成和管路走向。通过抽查，6位岗位人员的上岗证及岗位资格认证考试的理论和实操成绩均达标。数据显示，抽查人员在岗时间均大于12个月，并持证上岗，验证结果表明人员培训不够、操作不熟练为非要因。

2.2

压载水调拨操作流程及其方法有误

轮机岗位人员编写了压载水操作流程规范，资料涵盖各泵性能数据、压载舱室容积和重心坐标以及压载系统调拨的常规方法，其相关操作手册邀请轮机长和大管轮等专业人士进行了评审。操作手册的制订规范性和考核成绩显示，压载水调拨操作流程及其方法有误和操作不当为非要因。

2.3

压载系统覆盖面积广，无法准确定位泄漏位置

压载系统涉及区域贯穿全船，每个阀件和切换接头上方还安装有平均重逾14kg的钢制花纹板。机舱除了压载系统外还有大量密集的管路系统空间，岗位人员拆检需要耗费大量时间和体力。由于无法定位漏气法兰，人员只有制作试压工装，加压后逐一检查法兰，至少需要耗费16h人工。此外，液压电动阀的开关指示只能反映触点开关发出信号的情况。触点开关触发，橡胶密封圈可能变形、破损，导致阀芯不能完全密封。损坏的电动阀对应的液舱为空舱或较低液位时，会导致压载系统吸空，岗位人员排查电动阀的密封性也无法准确定位故障位置。

因此，压载系统覆盖面积广，无法准确定位故障位置是消耗时间和人力的主要原因之一。

2.4

总用泵、舱底压载泵没有吸空保护电路

某船采用的总用泵和舱底压载泵只有常规的过载、短路、欠压保护、遥控功能，没有设置防止泵体吸空引发高温损坏的连锁保护，一旦泵出现吸空损坏，则后果非常严重。因此，总用泵、舱底压载泵没有吸空保护电路，导致密封装置损坏是排查压载系统故障困难的主要原因之一。

2.5

压载系统缺乏足够的抗振动和补偿热胀冷缩变形能力

压载管路工作环境温差大、振动载荷高，主机附近的镍铜管工作环境温差可达30

℃以上，振动级别普遍在6级以上，导致法兰松动，芳纶垫片老化加剧并出现裂纹。研究人员对镍铜管的轴向和径向膨胀量进行了计算：轴向膨胀量：ΔL=α×L×ΔT。ΔL1=13.93×10-6×5

000×25≈1.74

mm（5

m镍铜管的变化量，温差ΔT=25℃）。ΔL2=13.93×10-6×8

000×30≈3.34

mm（8

m镍铜管的变化量，温差ΔT=30

℃）。ΔL3=11.53×10-6×60×30≈0.02

mm（60

mm长螺栓的变化量，温差ΔT=30

℃）。径向膨胀量：ΔD=α×π×D×ΔT。ΔD1=13.93×10-6×3.14×219×30≈0.287

mm（温差ΔT=30

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

℃）。综上可知，管路径向膨胀量变化较小，且该方向没有阻力，影响可忽略。热应力：σ=E×α×ΔT（因为管路径向不存在阻力，其径向热应力可忽略）。初始预紧力越大，摩擦力越大，能够阻碍相对运动，减缓结构松动期内的螺栓松动进程。振动冲击载荷幅值越大，螺栓夹紧力下降值越大，夹紧力下降越快，如图1所示；冲击载荷幅值越大，螺纹处所受冲击力越大，螺纹牙底部材料塑性变形越大，越容易发生松动。如图2所示，在材料松动期内螺栓夹紧力下降曲线呈先大幅度下降，然后趋于平稳，最后缓慢下降趋势。如图3所示，初始预紧力越大，此初始预紧力下损失的预紧力所占百分比越大。初始预紧力越大，螺纹所受应力越大，螺纹牙底部材料塑性变形越大，螺栓夹紧力下降速度越快，即初始预紧力越小，螺栓松动越不易发生，初始预紧力越大，螺栓松动越易发生；且增加螺栓扭力，会造成垫片过分挤压，影响垫片密封性能和使用寿命。研究人员检测了振动对压载管路的影响，发现在振动影响下，镍铜管的收缩量和紧固螺栓变化量相差较大，在反复膨胀收缩和环境振动影响下，压载管路系统法兰极易松动，增加了泄漏和吸空的故障概率。因此，压载系统缺乏足够的抗振动和补偿热胀冷缩变形能力是压载管路出现故障的主要原因之一。3

系统优化改良3.1

系统优化方案设计根据影响压载系统的主要因素，得出系统优化方案如表2所示。3.2

优化方案实施情况岗位人员将压载系统划出5个区域并安装如图4所示自吸装置，该装置工作原理如图5所示。装置可以检查每个区域的真空度，方便岗位人员快速排出压载管路系统中的空气，定期检查遥控蝶阀密闭性，助力压载泵提升抽吸能力。自吸装置通过压缩空气驱动，压缩空气高速流过管路，使管路内建立负压，用于排空压载系统内残留的空气；通过修改原有电路形成吸空排气自锁系统。

根据该船压载系统工作环境的温差变化、振动强度测量以及各种膨胀补偿措施的性能对比，选用膨胀接头补偿。

根据船舶的实际情况，在环境温差变化超过30

℃、环境振动强度为7级以上的区域，在连接法兰处安装膨胀接头。

3.3

方案实施效果

压载管路改装后，岗位人员对管路进行了试验，确认改造管路通畅稳定，自吸装置功能正常，定期检查时，常见漏水处的法兰无泄漏现象，改造后的压载管路工作正常。岗位人员认为该系统设计改装合理，缩短了故障应急处置时间，提高了压载系统的安全可靠性，应用效果良好。4

结语本文从某船镍铜压载管路出现的抽吸故障消耗人力过大这一问题入手，采用“5M因素法”分析引起故障的影响因素，梳理出3个主要影响因素，即压载系统覆盖面积广，无法准确