劉小軍 沈 沖 朱衛(wèi)華

（1.上海船舶研究設(shè)計(jì)院，上海201203；2.上海斯達(dá)瑞船舶與海洋工程服務(wù)有限公司，上海201203）

生產(chǎn)設(shè)計(jì)

8 000 HP破冰型三用工作船機(jī)艙底層管系生產(chǎn)設(shè)計(jì)

劉小軍1沈 沖1朱衛(wèi)華2

（1.上海船舶研究設(shè)計(jì)院，上海201203；2.上海斯達(dá)瑞船舶與海洋工程服務(wù)有限公司，上海201203）

介紹并且分析8 000 HP破冰型三用工作船機(jī)艙底層區(qū)域的設(shè)備及管系在生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段布置的思路。圍繞滑油系統(tǒng)設(shè)計(jì)、滑油備用泵及螺桿泵布置，闡述狹小空間內(nèi)設(shè)備和管道布置的思路。設(shè)計(jì)過(guò)程中的思路和方法可作為類(lèi)似管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的參考。

底層區(qū)域；生產(chǎn)設(shè)計(jì)；管路布置；優(yōu)化設(shè)計(jì)

Abstract:The arrangement of equipments and piping in ER tank top area of an 8 000 HP ice breaker AHTS during production design stage was introduced and analyzed.The thoughts of equipment and piping layout，especially lubricating oil system design，lubricating oil spare pump and screw pump arrangement，in a narrow space were elaborated，serving as reference for the similar piping system design.

Keywords:tank top area；production design；piping systemarrangement；optimized design

0 前言

在船舶建造過(guò)程中，管系的制造和安裝工作占有較大的工作量，占用整船工時(shí)的12%～15%。深入研究和分析船舶管系的固有特性，對(duì)提高船舶管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

船舶管道設(shè)計(jì)分為三個(gè)階段：初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)。本文所探討的內(nèi)容屬于生產(chǎn)設(shè)計(jì)范圍。船舶管道是為全船服務(wù)的管路系統(tǒng)。船舶管路在生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段更需要滿足以下幾點(diǎn)：

1）首先符合國(guó)際公約、法規(guī)、規(guī)則和船級(jí)社規(guī)范的要求。

2）其次必須與詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙保持一致性。

3）最后須符合船廠加工制造、管道安裝工藝要求及船員日常工作的使用需求。

因此，合理的布置船舶設(shè)備及其管道，不僅可以降低管材的使用量及管道安裝施工的難度，也使得整個(gè)管道布局更為明朗。

1 機(jī)艙底層管系生產(chǎn)設(shè)計(jì)基本原則

機(jī)艙底層區(qū)域是指位于機(jī)艙底層花鋼板以下至外板的區(qū)域空間。該區(qū)域是整個(gè)機(jī)艙的核心。大部分機(jī)艙泵及動(dòng)力設(shè)備等均布置在機(jī)艙底層。由于機(jī)艙底層相對(duì)于其他區(qū)域空間而言較狹小，設(shè)備及大通徑的管路集中，布置較為困難。該區(qū)域綜合布置應(yīng)遵循下列布置原則：

1）機(jī)艙設(shè)備布置格局合理，除了方便施工外，還需考慮日常使用中對(duì)其進(jìn)行維護(hù)工作所需要的空間。機(jī)艙內(nèi)主通道保持通暢，滿足進(jìn)行日常工作的需求等。

2）設(shè)備、管路及其他舾裝件在布置時(shí)應(yīng)避開(kāi)人孔的開(kāi)孔位置。

3）對(duì)于壓載泵、海水泵等泵的定位以海水總管為基準(zhǔn)，即泵的進(jìn)出口高度與海水總管的中心線應(yīng)盡量保持在同一水平線上。

4）對(duì)于管路的布置，首先要確定海水總管的位置，其次再優(yōu)先考慮大口徑管路的布置，最后進(jìn)行小口徑管路布置。管路布置遵循由大到小、由下而上的布置原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5）管路布置長(zhǎng)度要求盡可能短，管路彎曲數(shù)量盡可能少。同時(shí)將系統(tǒng)中的閥附件盡可能集中布置，方便對(duì)其進(jìn)行操作或維護(hù)。

2 設(shè)計(jì)概況

2.1 主尺度

本文研究對(duì)象為一艘8 000 HP破冰型三用工作船。

主要尺度和參數(shù)如下：

總 長(zhǎng) 72.00 m

垂線間長(zhǎng) 63.50 m

型 寬 14.40 m

型 深 6.70 m

設(shè)計(jì)吃水 4.50 m

破冰吃水 5.25 m

機(jī)艙平臺(tái)甲板距基線 4.00 m

2.2 底層區(qū)域布管難點(diǎn)

1） 底層區(qū)域?qū)痈卟蛔闱铱捎糜诓脊艿目臻g較小。機(jī)艙平臺(tái)甲板理論線距機(jī)艙雙層底理論線高度為3 000 mm，去除花鋼板及船體結(jié)構(gòu)的型材的高度之后機(jī)艙底層的凈高僅為1 990 mm。機(jī)艙兩舷側(cè)的油、水艙為了增加艙容，其艙壁板在基線上1 600 mm位置向船舯方向作出角度約為39°的傾斜設(shè)計(jì)。艙底層設(shè)置大量的存儲(chǔ)艙，艙的人孔位置只能設(shè)置在機(jī)艙雙層底頂部。設(shè)計(jì)管路時(shí)必須考慮人孔在正常開(kāi)啟時(shí)上方無(wú)管道遮擋。打開(kāi)人孔所需的空間將進(jìn)一步壓縮機(jī)艙花鋼板下可敷設(shè)管道的空間。以上幾點(diǎn)說(shuō)明機(jī)艙底層分段層高不足，花鋼板下用于敷管的空間較小。

2）機(jī)艙底層布置著大量的機(jī)艙設(shè)備、獨(dú)立箱柜，存儲(chǔ)艙。在長(zhǎng)度為19 800 mm，寬度為12 400 mm，高度為1 990 mm的區(qū)間內(nèi)，布置各類(lèi)大小型設(shè)備及獨(dú)立箱柜等共計(jì)約175個(gè)以上（其中不包含電氣箱）。機(jī)艙底層存儲(chǔ)艙之間沒(méi)有隔離空艙。主機(jī)下方為燃油儲(chǔ)存艙。服務(wù)于主機(jī)日常工作的冷卻水系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)等管系將禁止從燃油儲(chǔ)存艙中穿過(guò)。

3）電纜托架的布置需要占用底層分段中大量的空間。左、右兩側(cè)通道及船舯部通道上方均預(yù)留用于設(shè)置主干電纜托架。

4）機(jī)艙中布置在靠近舷側(cè)位置的設(shè)備基座將燒焊在傾斜的艙壁板上?？紤]基座的制作要求，設(shè)備基座基本高出機(jī)艙底層的花鋼板高度。部分高度方向較高的設(shè)備除對(duì)其進(jìn)行保養(yǎng)時(shí)，頂部方向進(jìn)行的維護(hù)拆裝工作會(huì)比較困難外，還在設(shè)計(jì)階段影響到該設(shè)備上方的主干電纜托架的布置。如：

（1）機(jī)艙油水分離器。其頂部的電纜托架就與該設(shè)備的濾器拆裝空間重合。在設(shè)備無(wú)法做出有效的調(diào)整時(shí)，電纜托架則采取更改形式的方式來(lái)確保電纜的通過(guò)性。

（2）CPP液壓?jiǎn)卧幕疽笾幸螅阂簤河偷倪M(jìn)出口需高出軸系中心高度400 mm，導(dǎo)致其設(shè)備頂部的2臺(tái)電機(jī)頂部基本靠近平臺(tái)甲板。因此，電機(jī)的檢修、拆裝將變得非常的困難。

綜上所敘，結(jié)合機(jī)艙底層區(qū)域結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及布置管道的要求，總結(jié)出下面2個(gè)問(wèn)題：

1）機(jī)艙底層的管路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是如何降低分段空間當(dāng)中管路的占用量。

2）機(jī)艙底層的管路設(shè)計(jì)難點(diǎn)是如何使機(jī)艙底層花鋼板下的空間更加合理的分配，盡可能多的敷設(shè)管路。

3 布管整體思路及典型系統(tǒng)布管

3.1 布管整體思路

在設(shè)計(jì)過(guò)程中如何解決上節(jié)中重難點(diǎn)問(wèn)題，就需要針對(duì)機(jī)艙底層的設(shè)備布置及特點(diǎn)進(jìn)行了解。剖析各設(shè)備的布置特點(diǎn)和管線的復(fù)雜程度，對(duì)整個(gè)機(jī)艙花鋼板高度以下區(qū)域進(jìn)行區(qū)間劃分。在劃分前先完成下列工作：

1）重點(diǎn)研究機(jī)艙底層布置圖等相關(guān)布置圖的特點(diǎn)。明確各個(gè)設(shè)備在機(jī)艙布置圖上的具體位置、主通道的布置等關(guān)鍵點(diǎn)。

2）重點(diǎn)研究重要的復(fù)雜系統(tǒng)的原理圖的走向及關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。如全船壓載及對(duì)外供鉆井水、淡水管系，機(jī)艙艙底消防管系等原理圖，需要考慮梳理關(guān)鍵的閥件設(shè)置位置及對(duì)應(yīng)的總管。

在查閱機(jī)艙布置圖時(shí)發(fā)現(xiàn)：機(jī)艙右側(cè)主要布置壓載、對(duì)外供鉆井水相關(guān)的主要設(shè)備；左舷主要布置艙底、消防系統(tǒng)及機(jī)艙淡水供給系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備；2臺(tái)主機(jī)之間主要布置淡水冷卻設(shè)備及分油設(shè)備。因此，將整個(gè)機(jī)艙底層區(qū)域初步劃分為以下的區(qū)間，見(jiàn)圖1。

圖1 機(jī)艙底層系統(tǒng)布置區(qū)間劃分

1）No.1主機(jī)至左舷側(cè)，海水總管后至機(jī)艙后壁，主要布置機(jī)艙艙底、消防系統(tǒng)；燃油輸送系統(tǒng)、機(jī)艙淡水供給系統(tǒng)。圖1中用編號(hào)1標(biāo)識(shí)。

2）No.1主機(jī)至No.2主機(jī)間，海水總管至機(jī)艙后壁，主要布置淡水、海水冷卻系統(tǒng)，部分燃、滑油分油及供給管線。圖1中用編號(hào)2標(biāo)識(shí)。

3）No.2主機(jī)至右舷側(cè)，主要布置壓載、鉆井水系統(tǒng)、液壓油滑油輸送系統(tǒng)及部分冷卻水系統(tǒng)。圖1中用編號(hào)3標(biāo)識(shí)。

4）海水總管前至機(jī)艙前壁，主要布置壓載、鉆井水，及服務(wù)于輔機(jī)及鍋爐的相關(guān)管系。圖1中用編號(hào)4標(biāo)識(shí)。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，以本節(jié)中提及的劃分區(qū)域?yàn)榛痉秶紫葘凑铡皺C(jī)艙底層管系生產(chǎn)設(shè)計(jì)基本原則”中的要求進(jìn)行系統(tǒng)放樣，布置過(guò)程中合理的調(diào)整設(shè)備位置，調(diào)整閥件布置位置，優(yōu)化管道走向。最終完成整個(gè)區(qū)域的管路設(shè)計(jì)工作。

3.2 典型系統(tǒng)布置

以壓載及對(duì)外供鉆井水、淡水管系統(tǒng)作為典型，解釋在設(shè)計(jì)過(guò)程中如何以原理圖為設(shè)計(jì)依據(jù)，在TRIBON下完成詳細(xì)設(shè)計(jì)至生產(chǎn)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變，即建立該系統(tǒng)三維模型的思路。對(duì)于全船壓載及對(duì)外供鉆井水、淡水管系原理圖人為將該系統(tǒng)劃分為3個(gè)部分：

1）第1部分指 No.1～No.3鉆井水/壓載水艙壓載及對(duì)外供鉆井水、淡水管線，稱(chēng)為首部方向的壓載及對(duì)外供鉆井水、淡水管。

2）第2部分指No.4～No.10鉆井水/壓載水艙的壓載及對(duì)外供鉆井水、淡水管線，稱(chēng)為尾部方向的壓載及對(duì)外供鉆井水、淡水管。

3）第3部分指機(jī)艙內(nèi)泵組及首、尾部方向的壓載及對(duì)外供鉆井水、淡水管的連接管路。

圖2為全船壓載及對(duì)外供鉆井水、淡水管系局部原理圖。將點(diǎn)劃線框標(biāo)注范圍（區(qū)域1）中遙控蝶閥及附近的節(jié)流孔板劃分為編號(hào)I管束單元，將該單元設(shè)置在機(jī)艙右后壁位置。功能是控制尾部方向壓載及對(duì)外供鉆井水、淡水管。圖3為Ⅰ管束單元生產(chǎn)設(shè)計(jì)3D圖。點(diǎn)劃線框標(biāo)注范圍（區(qū)域2）中遙控蝶閥及節(jié)流孔板等劃分為編號(hào)Ⅱ管束單元，并將其設(shè)置在機(jī)艙海水總管右前側(cè)的花鋼板下。功能是控制首部方向壓載及對(duì)外供鉆井水、淡水管。圖4為Ⅱ管束單元生產(chǎn)設(shè)計(jì)3D圖。

圖2 全船壓載及對(duì)外供鉆井水、淡水管系局部原理圖

圖3 Ⅰ管束單元3D圖

圖4 Ⅱ管束單元3D圖

完成第1、第2部分的管道閥附件的綜合布置后，研究第3部分的連接管路相關(guān)原理圖發(fā)現(xiàn)，連接管路的總管分為鉆井水泵或?qū)ν獾奈肟偣芎团懦隹偣堋Ｒ虿贾梦肟偣軙r(shí)需要考慮離心泵的吸入高度的問(wèn)題，因此首先將2個(gè)吸入總管直接敷設(shè)在機(jī)艙右側(cè)花鋼板下。其次將排出的總管則設(shè)置在右側(cè)分段當(dāng)中。再次將首及尾部方向的壓載及對(duì)外供鉆井水、淡水管直接連通起來(lái)，則完成該系統(tǒng)的整體布局。最后按照管系制造手冊(cè)等技術(shù)文件要求，將剩下的支吸口接入總管當(dāng)中，細(xì)化管子加工制造所要注意的細(xì)節(jié)問(wèn)題。圖5為全船壓載及對(duì)外供鉆井水、淡水管系完成布置后的3D圖。

圖5 壓載及對(duì)外供鉆井水、淡水管設(shè)計(jì)3D圖

4 管系優(yōu)化設(shè)計(jì)

在機(jī)艙底層進(jìn)行管道布置時(shí)，遇到相關(guān)設(shè)備布置較遠(yuǎn)，導(dǎo)致管線布置較長(zhǎng)、彎頭較多或者設(shè)備布置后周?chē)ǖ啦蛔愕葐?wèn)題。通過(guò)技術(shù)協(xié)調(diào)或更改設(shè)備布置等方法，優(yōu)化管道布置?，F(xiàn)僅以典型的布置為例，體現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)計(jì)的優(yōu)化成果。

4.1 滑油日用系統(tǒng)，滑油備用泵優(yōu)化布置

在設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)以下2個(gè)問(wèn)題：

1）預(yù)審版的滑油日用系統(tǒng)圖中，滑油管的設(shè)計(jì)通徑均為175 mm。選用這種非常用通徑的管材一方面會(huì)使得船廠采購(gòu)困難，另一方面該布置在花鋼板下占用較大空間，不利于其他系統(tǒng)的布置。

圖6 主機(jī)滑油供給管系原理圖

2）機(jī)艙布置圖中要求，2臺(tái)主機(jī)的滑油備用泵均設(shè)置在各自主機(jī)的右側(cè)后端。見(jiàn)圖6，主機(jī)資料關(guān)于主機(jī)日用滑油進(jìn)口（圖紙標(biāo)記208）和出口（圖紙標(biāo)記207）相對(duì)主機(jī)上的位置發(fā)現(xiàn)：主機(jī)的207接口設(shè)置在主機(jī)前端，而主機(jī)上208接口是設(shè)置在主機(jī)右前側(cè)。因此，按照初始布置，則需要將滑油管道從主機(jī)前端的207接口引至主機(jī)右后側(cè)的滑油備用泵后，再返回至主機(jī)右前側(cè)的208接口。該船中機(jī)艙花鋼板下空間過(guò)于狹小，這樣的回路管道設(shè)計(jì)會(huì)造成滑油管道在花鋼板有限的空間中占用較多的區(qū)域，并且使用較多數(shù)量的定型彎頭，增大系統(tǒng)的局部阻力及沿程阻力的同時(shí)，也增加滑油管上的焊縫數(shù)量，增加對(duì)焊縫打磨或后期對(duì)該管道進(jìn)行投油的工作量。

針對(duì)以上2個(gè)問(wèn)題處理采用以下措施及結(jié)果：

1）與詳細(xì)設(shè)計(jì)進(jìn)行協(xié)商是否能降低管道通徑。詳細(xì)設(shè)計(jì)方面通過(guò)理論計(jì)算，同意將管道的管徑由DN175更改成圖2中DN150，見(jiàn)圖6主機(jī)滑油供給管系原理圖。

2）校對(duì)滑油備用泵的主尺寸，探討是否可以通過(guò)更改該泵位置及附件形式，來(lái)減少布管的難度。生產(chǎn)設(shè)計(jì)在布置時(shí)將該泵有主機(jī)右后側(cè)移動(dòng)至現(xiàn)在主機(jī)右前側(cè)，位于主機(jī)空冷器正下方。并通過(guò)將滑油濾器（LOF01）由直通型更改為直角型滑油濾器的方式減少出口定型彎頭的數(shù)量。這樣的布局使得整個(gè)管道設(shè)計(jì)較為順暢，節(jié)約了機(jī)艙花鋼板下的空間用于布置其他系統(tǒng)管系，表1顯示優(yōu)化前后材料等使用情況。

表1 材質(zhì)消耗對(duì)比表

滑油備用泵設(shè)置在主機(jī)空冷器下方，受到空冷器高度的限制。該泵的基座高度設(shè)計(jì)為150 mm，導(dǎo)致該泵組的油盤(pán)泄放無(wú)法接入滑油泄放系統(tǒng)。與詳細(xì)設(shè)計(jì)協(xié)商后，同意將該泵及其油濾器的油盤(pán)直接設(shè)置在機(jī)艙雙層底之上。油盤(pán)泄放采取側(cè)裝栓塞的形式滿足日常使用的需求。圖7所示為優(yōu)化后的滑油管在主機(jī)前端的布置情況。

圖7 主機(jī)滑油供給設(shè)計(jì)3D圖

4.2 螺桿泵優(yōu)化布置，擴(kuò)大設(shè)備附近通道

該船總共使用2臺(tái)螺桿泵，分別是專(zhuān)用艙底水泵組和油渣泵。根據(jù)2臺(tái)泵的資料顯示，其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的防護(hù)等級(jí)為IP55。該泵的驅(qū)動(dòng)電機(jī)防護(hù)等級(jí)不夠，不允許將電機(jī)部分設(shè)置在機(jī)艙花鋼板以下。依據(jù)螺桿泵的管理要點(diǎn)“螺桿泵的螺桿較長(zhǎng)、剛性較差，容易彎曲變形。大流量的螺桿泵安裝布置時(shí)，應(yīng)該使泵的重量均布于基座之上。重心線盡可能通過(guò)船體的肋骨［1］”，在布置該類(lèi)型泵組時(shí)，首先泵的螺桿軸心線平行于船長(zhǎng)度方向。其次僅將泵組的驅(qū)動(dòng)電機(jī)裸露在花鋼板高度以上，而泵的本體部分則設(shè)置在花鋼板下。泵本體上方的底層花鋼板高度（BL+1 600 mm）的位置敷設(shè)可拆卸花鋼板。不影響泵正常工作及其日常維護(hù)之外，可拆裝的花鋼板即可對(duì)泵本體做出保護(hù)也因?yàn)榉笤O(shè)花鋼板增大螺桿泵附近通道范圍。

5 結(jié)語(yǔ)

機(jī)艙底層進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)前必須了解相關(guān)的布置圖、詳細(xì)系統(tǒng)圖及設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)所有設(shè)備的特性。設(shè)計(jì)中要活躍設(shè)計(jì)思路，不能墨守成規(guī)，需要在合理的范圍內(nèi)進(jìn)行創(chuàng)新，做到設(shè)備布置合理、管線統(tǒng)籌安排，做到合理美觀，有利于優(yōu)化管理和精簡(jiǎn)節(jié)約。

［1］費(fèi)千，盧士勛.船舶輔機(jī)［M］.大連：大連海事大學(xué)出版社，1998.

Production Design of Piping in ER Tank Top Area of an 8 000 HP Ice Breaker AHTS

LIU Xiao-jun1SHEN Chong1ZHU Wei-hua2

（1.Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute，Shanghai 201203，China；2.Shanghai SDARI Marine and Offshore Engineering Co.，Ltd.，CSSC，Shanghai 201203，China）

U674.2

A

1001－4624（2017）01－0092－06

2017-01-05；

2017-04-15

劉小軍（1980—），男，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事船舶管系生產(chǎn)設(shè)計(jì)工作。

沈 沖（1983—），男，助理工程師，從事船舶管系生產(chǎn)設(shè)計(jì)工作。

朱衛(wèi)華（1979—），男，工程師，從事船舶管系生產(chǎn)設(shè)計(jì)工作。