论船舶细水雾自动灭火系统

摘要在船舶航行过程中，稳定的推进功率输出是保障船舶航行安全的必要条件，而船舶燃油供给系统支持着船舶动力推进系统的稳定推进功率输出，燃油供给系统的性能直接决定船舶的主动力推进装置的性能表现。燃油供给系统为船舶主机燃烧重油提供了可能。燃油供给系统就是将重油进行加热，使之各项性能参数达到船舶柴油机可以使用的合适理化状态。现代船舶上的燃油供给系统不仅仅给燃油起到加热过滤的作用，还会控制系统与之集成，组合构成燃油供油单元起到燃油系统控制处理的作用。对于船舶燃油系统内的各个组件的原理及其工况的分析并辅以一些船上机舱到实际相关故障问题进行研究分析，有利于更好的操作燃油供给系统以应对各类燃油系统突发故障，这对于船舶持续安全稳定营运，减少停机时间至关重要。关键词：燃油；供油系统；作用分析第一章前言1.1选题背景和意义1.1.1选题背景现如今世界各国建造的船舶体型、载重越来越大，例如VLCC，其拥有几十万吨的载重量，对于主推进动力装置的动力功率需求也随着变大，推进柴油机的油耗也随之增加。现今一般商船的燃油消耗占其营运成本的40%~60%，考虑到降低商船运输油耗成本，船舶的推进柴油机大多选用重油作为燃料，但是重油的品质较差，流动性差，需要对于重油进行一系列处理以达到柴油机对于燃料油的运行性能指标要求。燃油系统为保证重油的输送使用需要配套响应的油品净化、输送供给和燃油加热等相应设备。各项环境保护的法律法规不断的出台以及生效，燃油系统面临着更大的工作压力，在排放控制区（ECA）进港作业时需要切换燃料，一定程度上增加了燃料油供给系统的复杂程度，因此对轮机员提出了更高的要求，也增加了一定的事故发生的概率，为应对这一变化以及更好的进行机舱管理就需要对燃料油供给系统深入了解认识。燃油供给系统指的就是燃油通过净化操作后存贮在燃油日用柜后，在通过燃油输送装置进行燃油的加热加压处理操作后，根据燃油需求输送到主柴油机、发电柴油机组等燃油消耗单元，完成这个一系列操作所需的管路、泵组以及其他相应设备。在整一套燃油供给系统中，核心是供油单元，起到调控输送燃油的作用。燃油供给系统的燃油输送过程大致可以总结为燃油从燃油日用柜经供油单元被输送到柴油机，经过回油系统再回到供油单元内，具体流程：燃油日用柜----燃油供给泵----燃油过滤器----燃油流量计----集油桶----燃油增压泵----燃油雾化加热装置----燃油粘度控制器----柴油机----回油系统----集油桶。燃油供给系统作为支持船上动力装置平稳安全运行的重要一环，充分理清楚其工作流程以及各个组件性能参数和相互间匹配情况对于实际船舶机舱管理具有一定的借鉴意义，可加深机舱轮机员对于燃油供给系统的了解认识，有利于船舶机舱一系列管理工作的开展与进行REF_Ref42157772\r\h[1]。1.1.2选题的作用及意义船舶燃油系统其实质就是通过燃料油管道以及各类型的燃料油输送泵将燃料油输送给全船各个用油终端，支持其运行作业。船舶燃油系统性能决定船舶推进系统的性能优越与否，燃油供给的稳定与快速响应能保障船只对于动力输出的需求，保证了船只灵活应对各类复杂工况、海况。燃油管路的稳定运行以及及时切换保证了全船动力输出的稳定。船舶燃油系统的作用就是为主推进柴油机组以及发电柴油机组提供其运行所需的满足其各项燃烧指标要求的燃油。燃油供油单元是整套船舶燃油系统的核心单元模块。燃油供油单元内嵌有独立的控制系统来统一集中协调整套船舶燃油系统的运行，燃油从燃油日用柜出来后经由供油单元处理单元，处理后输出的燃油输送给主推进柴油机组以及发电柴油机组。近些年，受国际经济、大宗贸易低迷的影响，船舶运营商需要在各个方面降低船舶的运营成本，因此船舶运营商、船东在船舶设计建造时为耗油终端装置大量选择使用高粘度劣质的燃料油，并为了使其符合柴油机燃烧的燃料油性能品质，管路输送时为保证流动性将雾化预热温度调高，且调整幅度较大。并且为了避免由于使用高粘度劣质燃料油时雾化预热温度过高发生燃料油汽化现象，还需要在燃料供给系统内加装循环增压泵，以实现到达柴油机喷油嘴处燃料油压力不低于，并且在回油管管路系统内燃料油的压力不能低于REF_Ref42157781\r\h[2]，这一系列增压操作是为了防止高粘度劣质燃料油内存在的水分由于高温在燃油供给系统内的低压管路区域发生汽化或者出现空泡的现象。燃油供给系统作为船舶管系中的动力支持部分，关系着全船运营安全以及船舶是否可以实现作业需求，对其的分析研究在一定程度上可以帮助机舱部船员更好的了解船舶运行流程以及性能。本文通过简单介绍船舶燃料供给系统的组成、工作情况以及各类性能参数，并针对一些实际情况进行详细研究分析说明，实现当船舶燃油系统出现相应故障后船员可以更快速、更安全、更熟练的排除相关问题保障船舶安全营运，减少干船坞停机时间，降低运营成本，提升船舶的盈利。

第二章燃油供给系统组成现今一般船舶燃油供给系统在船舶设计时会配置的主要设备装置有：柴油重油三通转换阀、燃油热力循环泵、燃油输送供给泵、自清滤器装置单元、各类流量计、粘度计、粘度控制装置、回油（集油）桶、燃油雾化加热装置等。2.1柴油、重油三通转换阀图1柴油和重油三通转换阀柴油、重油三通转换阀件共有三个接口，其中两个接口分别连接着通往柴油日用贮存柜和重油日用贮存柜的供油管路，该阀件的控制方式一般选择设计为手动操作方式，通过船员进行手动控制选择切入的是哪种燃料油输送进燃油供油单元，一般阀件上还带有位置开关进行调节，并且可以提供给自动控制系统其位置信号来对阀件的开度情况进行调节，并且可以将开关位置用自动化传到机舱来显示当前使用的是哪种燃料油。该阀件调节方式为手动调节，但其开度方式（输送的燃料油种类）一般设计进自动化，有利于信息的反馈，自动化机舱的构建REF_Ref42157787\r\h[3]。2.2燃油供给泵图2和图3燃油供给泵控制箱及设备原理图燃油供给系统根据船舶设计的行业规则以及各个船级社章程，需要配置两套燃油供给泵，并且两套互为备用，泵的控制系统通过对泵出口压力的检测来实现两台泵的自动控制。一般逻辑设计为当压力检测到低于设定的压力值时，自动启动备用泵组，待压力开始升高后停止发生故障的泵组。燃油供给泵通过一个三通阀从燃油日用柜吸入燃料油，吸入的燃料油经过加压操作后一部分经过调压阀溢流孔流回到泵的吸口处，另一部分则经过过滤器（反冲式或旁通式）、燃油流量计到回油（集油）桶。为防止排出到回油（集油）桶的燃料油出现汽化空泡的情况，对于燃油供给泵的排出燃料油压力要求在左右。2.3滤器装置图4燃油滤器装置由于船舶燃料油大多采用高粘度劣质燃料油，滤器装置需要过滤掉许多杂质，这操作流程常常导致其出现堵塞的情况，针对这个问题船舶在滤器的选择上广泛采用自动清洗滤器。该滤器装置结构为双联式，分别为自清滤器和旁通滤器。正常运行情况下，启用自清滤器进行燃料油的过滤，当自清滤器堵塞至需要清洗的阈值时转为旁通滤器进行过滤操作，直至自清滤器清洗完毕。自清滤器上设有压差开关来监控，当压差高于设定的阈值时会进行接入旁通过滤器开启反冲洗等一系列操作。2.4流量计图5燃油流量计燃料油流量计是用来监测船舶燃料油的消耗量以及柴油机的瞬时油耗率，根据设计规范要求以及厂商要求一般将燃料油流量计设计装配在燃油供给泵的调压管路和回油（集油）桶之间的管路之上，据此设计可以得出较为精确的燃料油消耗量的测量值REF_Ref42157794\r\h[4]。2.5回油（集油）桶图6燃油回油（集油）桶柴油机内经回油循环后燃料油回到回油（集油）桶，同时回油（集油）桶为循环泵提供所需的燃料油。但是回油温度较高时会出现汽化现象，产生的油气会在其上部空间积聚，导致其上部空间压强过高，回油（集油）桶内燃料油液位下降，当其液位下降到法规说明要求的临界值时需要打开其上部的放气阀进行放气，将油气排放至燃料油日用柜中。回油（集油）桶内设置有低液位报警装置，防止其内燃料油量过低，不足以支持循环泵工作。回油（集油）桶中的油气聚集需要特别注意，油气的聚集、低液位报警装置的不灵敏都有可能会导致燃油供给系统故障的出现。2.6燃油热力循环泵图7燃油热力循环泵燃油热力循环泵根据相应的港口国法律法规以及船级社入级规范，在设计时需要设计两套，同样互为备用。燃油热力循环泵是整个高压循环管路回路的压力来源，其将回油（集油）桶的燃料油从左右加压至，该加压操作是为了防止燃料油在加热到达较高温之后出现汽化的现象REF_Ref42157799\r\h[5]。并且防止燃料油的高温汽化现象，需要保持喷油泵进口处的燃料油压力恒定在左右。燃料油热力循环泵的油耗供油率一般情况下是柴油机燃料油油耗率的几倍左右。2.7燃油雾化加热器图8燃油雾化加热器设计使用燃油雾化加热器是为了将高粘度劣质燃料油通过加热来降低其粘度增加其流动性来达到柴油机对于使用的燃料油的油品品质要求。雾化加热器采用蒸汽作为加热介质来加热燃料油，其结构为壳管式，并且为了保证压力不会过高而造成危险需在加热器内置安全阀来确保运营安全。现如今根据IMO2020硫限制的要求，船东不选择进干船坞改装脱硫塔继续使用高硫油而采用低硫船用柴油的时候，还需要在此后设置冷却装置来降低燃料油进入柴油机的温度。为保证低硫油和高硫油的灵活切换，满足法规要求，此处雾化加热器与冷却装置利用一个三通阀来进行切换REF_Ref42157807\r\h[6]。2.8燃油粘度控制装置燃油粘度控制装置其实质就是基于粘度计的控制器，其对于供油单元内燃料油粘度进行测量，并将测量所的燃料油粘度值与设定粘度值进行对比，通过蒸汽管路阀件的开度调节来实现蒸汽流量的变化，根据蒸汽流量的大小来调节燃油的加热温度，最终达到对于燃料油粘度的调节控制。根据规范以及厂商运行手册，一般依据燃料油以及柴油机的机型进行燃料油的粘度特性控制，并将其控制在一定范围内，一般该数值范围为10-15cSt。第三章故障案例3.1故障现象船舶系统中多以柴油发电机、推进式柴油机相结合为船舶供油，而燃油系统作为动力系统，其主要责任为将船舶上的动力用油及时输送到指定位置（如喷油泵入口），因此燃油系统的合理运行是柴油发电机正常工作从而保障整个船舶运营的关键所在。燃油系统出现故障会导致整个柴油机停机，并且由于燃油系统相对来说构造复杂，因此在造成柴油机停机的众多原因中，燃油系统出现问题的比例要远高于其他设备，如供油泵、循环泵、高压油泵、自清洁过滤器发生故障等，这些故障由于发生率高而研究较为充足广泛，但同样作为燃油系统工作重要环节之一的驳运则很少引起工作人员的重视，为船舶燃油系统的安全和进一步发展埋下一定的隐患。据此，船舶燃油系统在运行过程中可能会出现以下故障：故障一，在船舶航行实验中主发电机突发故障无法正常工作，为保障船只顺利运行必须利用剩余油压启动备用发电机供电，但此时却发现备用发电机无法正常启动；故障二，工作人员发现燃油示位计显示油舱燃油液面位置无变化或液位示数大于最大值100%，但系统没有自动报警，或者系统自动报警，显示与实际消耗量相比，在控制系统观察到的流量系数偏差很大；故障三，驳油泵无法正常吸油，最后吸油量无法满足主发电机正常的燃油消耗量REF_Ref42157814\r\h[7]。3.2故障一的排查与解决方法查找相应船型的燃油系统管路图并根据故障现象初步锁定故障位置，调查发现若要正常启动备用燃油发电机REF_Ref42157821\r\h[8]，则主发电机停止工作后管路中的燃油压力必须达到一定的值（最小启用值）。若检测后管路油压符合标准，则备用发电机启动工作；若检测后发现油压过低，则考虑柴油供油单元阀与燃油所用的阀型不同，导致供给泵中燃油通过其他联通管道倒流回燃油日用柜，使主发电机停摆后管路内油压在短时间内降到最小启用值以下。针对此问题，可在实验结束后将柴油供油单元阀与燃油供油单元阀均更换为截止止回阀或在其他联通管道上添加电磁阀，同时更改线路控制触点，这样当主发电机停止工作后电磁阀就会关闭以防止油压低于最小启用值，在故障维修解决后应继续后续实验以确保备用发电机的正常工作。3.3高精度液位传感系统的排查故障二的发生多见于传感器输出端出现故障。目前多数船舶利用高精度液位传感系统，将燃油舱油面高度变化转变为更利于测量的参数后再进行处理。跟据船舶系统的参考资料，可按照以下步骤进行故障排查：首先，通过贯穿整个油舱的套管，将安装在内的传感器顺着电缆拉出，将传感器拆除。这种压力传感器可通过压力感应油舱液面高度变化并将感应信号通过电缆传出到信号处理装置中。其次，检测传感器信号输入电压与信号输出电流，若无电压应更换保险丝，若电流大小不在正常区间则进一步排查电路以确定具体故障。再者，应检测传感器电阻，若阻值大小不在正常区间则应更换新的无故障传感器REF_Ref42157828\r\h[9]。3.4质量式流量计系统的排查流量计系统属于传感器系统的一部分，现代新型质量式流量计相对于大多数船舶使用的容积流量计来说更经济并且受外界干扰性差，更有利于测量的准确进行。针对故障二的检测，首先检查流量计的使用环境以及是否存在安装不合理等问题，然后检查管道健康状况，查看是否存在污垢堵塞管道，最后，应利用万能表对电路板上所有电阻值进行多次测量取准确值，根据测量的电阻值是否大于零来相应确定增大或减小电阻值REF_Ref42157835\r\h[10]。3.5故障三的排查与解决方法在检查故障三原因时，首先要先检查管路是否存在堵塞、充气等基本问题，若有以上问题要及时处理。其次确定油本身的粘度、温度是否满足驳油标准。再者还应由专业人员将驳运泵拆卸开进行查看，认真检查泵杆和衬套是否存在磨损和老化需要更换的现象。此外，在不少船舶上都存在轮机员和值班人员对机械检测不认真、管理不到位、缺乏责任心的表现，从而由小故障引发海上事故，造成极大的损失也为我国和外方的交涉带来麻烦，因此，除加强船舶工作人员对专业知识的掌握外，也应对船员展开更为细致的训练，使其对自己所辖工作系统的运行和基本状况熟练掌握，船舶工作人员也应意识到工作的特殊性，提高责任感和使命感。第四章燃油系统加热现状在海上航行时，船舶每日的耗油量巨大，花费十分高昂，因此为了有效降低船舶使用成本，达到环境效益与经济效益相结合的目标，货船会在非限定区域使用粘度较高的残渣燃料油，并综合考虑后会在船舶停泊靠岸时启动电加热系统对燃油进行加热来降低燃油的粘度。但是中国船级社（CCS）在规定中有所说明，若采用电加热的方式，则要保证加热装置在发热时处在燃油包围的环境里，并且设置能切断工作电流同时也能手动恢复的安全开关来防止过热现象的出现，否则加热器件直接暴露在空气中会使其温度迅速升高损坏整个线路和系统，更严重者还会引起爆炸和火灾REF_Ref42157842\r\h[12]。4.1燃油电加热系统现状分析与安全隐患多数船只会用锅炉产生的蒸汽来加热燃油，但此方法的油耗量要远大于电加热。目前国内外采取电加热方法的船舶基本情况如下：设有停泊发电机的船只会在停泊时利用电加热燃油以提高经济效益。船舶所安装设置的锅炉无法产生足够的保障船只日常运行的蒸汽，因此只能利用电加热燃油来减少蒸汽消耗