沈人豪 羅殿軍 張吉萍 馬雨燁

摘 要：本文以船舶燃油艙室為主要研究對象，通過對浙海科1號船中的船舶燃油艙的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，并結(jié)合現(xiàn)有的船舶燃油艙結(jié)構(gòu)的種類，進(jìn)行科學(xué)對比和研究，采用斜管技術(shù)對于目標(biāo)燃油艙進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，達(dá)到將水雜質(zhì)等直接分離的效果，以滿足船舶航行時對燃油純度的需要確保航行安全。

關(guān)鍵詞：船舶;燃油艙;斜管技術(shù);分離

船舶燃油艙是指用于貯存船舶主、輔機(jī)所用燃油的艙室，按船舶使用的燃料油類型不同，船舶燃油艙又可以分為儲存艙、日用艙（柜）和沉淀艙（柜）。

船舶燃油日用柜的作用是燃油沉淀、凈化，當(dāng)燃油在日用柜中時，利用密度的不同進(jìn)行沉淀和分離后，水分和雜質(zhì)的含量大大減少，這樣不僅降低了主機(jī)各燃油濾器的拆洗頻率，而且還提高了船舶的安全性。但在實(shí)際使用中，船舶在海上航行中往往會搖擺晃動，日用柜原沉淀的雜質(zhì)和水分會大量翻動浮起，最終導(dǎo)致各類濾器頻繁堵塞，影響船舶的安全航行。為了保證安全航行，應(yīng)當(dāng)將燃油日用柜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，增加沉淀的構(gòu)建，使得自然沉淀效果明顯，結(jié)構(gòu)沉淀高效。根據(jù)現(xiàn)行使用較為普遍的船舶燃油艙的類型和結(jié)構(gòu)，利用斜管技術(shù)對其進(jìn)行研究，并以浙江海洋大學(xué)浙?？?號科考船為例對燃油艙進(jìn)行優(yōu)化選型和研究。

1現(xiàn)有燃油艙的斜管技術(shù)的研究現(xiàn)狀

斜管沉淀的斷面形式有很多，比如有正六邊形（蜂窩型）、缺角正方形、近菱形（新六邊形）等。大多數(shù)應(yīng)用的斜管斷面形狀多為正六邊形，考慮到其管內(nèi)水流狀況、制造及整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等方面都相對較為理想。研究者綜合考慮水的流速、單位表面積的沉淀面積能力及水力特征參數(shù)計算等方面對缺角正方形斜管與蜂窩斜管進(jìn)行了分析，得出僅水力特征參數(shù)公式方面缺角正方形劣于蜂窩型斜管，其他方面缺角正方形均優(yōu)于蜂窩型斜管，但是因為條件限制不能完全反應(yīng)真實(shí)的效果。

2船舶新型燃油艙的設(shè)計

綜合船舶燃油艙的總體功能與儲油的要求，結(jié)合現(xiàn)有斜管技術(shù)和燃油箱的研究，我們在日用油柜中加入斜管，將密度大的水、雜質(zhì)等沉到水底，在油艙下部分，加入一塊擋板，防止在航行時，遇到風(fēng)浪時，船的搖晃使雜質(zhì)混入燃油中。同時，基于斜管，我們在油艙中加入小的斜管在不影響艙容的前提下，將燃油在燃油艙中直接沉淀達(dá)到燃油更加潔凈、安全的要求。

根據(jù)文獻(xiàn)資料可知，斜管的形狀和角度都會影響沉淀效果。根據(jù)大量的統(tǒng)計和實(shí)驗結(jié)論，我們認(rèn)為斜管中六邊形和切角四邊形的沉淀效果比較不錯。本設(shè)計采取六邊形，因為六邊形建造方便而且相對于切角四邊形有更好的普遍性。

3浙?？?號科考船的應(yīng)用實(shí)例艙容

3.1日用油艙艙容

浙?？?號科考船一個高位儲存油艙為日用燃油艙，單個油艙體積5.76m?（已經(jīng)考慮構(gòu)架系數(shù)）。除去日用燃油艙溢流空間（按艙容的10%計算），總的實(shí)際裝載體積：

Vz=5.76×1×90%=5.184 m3

3.2 日用油艙斜管設(shè)計

從設(shè)計角度考慮，為了確保浙海科1號船日用油艙艙容大小，為保證燃油雜質(zhì)分離和沉淀在不影響原有日用油柜艙容大小的前提下，考慮采用增加一部分用于分離和沉淀燃油的艙容來滿足本設(shè)計要求。

3.2.1沉淀艙艙容要求

按照計算所得浙?？?號日用油艙艙容為5.76m?，因此油艙實(shí)際尺寸按照2m×1.8m×1.6m，附加以分離沉淀艙，取為0.5m×1.8m×1.6m，艙容為1.44 m?。

3.2.2沉淀艙中斜管的設(shè)計

根據(jù)船舶油艙的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，通過經(jīng)驗得出，本船沉淀艙的設(shè)計采用斜管的形式，以期得到更好的沉淀效果。

3.2.3燃油在沉淀艙中流動

為了讓燃油在油艙有一定的壓力，方案采用以油泵作為動力裝置將艙室中的油運(yùn)送到沉淀艙中，同時油泵為沉淀池提供動力使得油可以在沉淀艙中來回運(yùn)動。利用斜管（板），將油中雜質(zhì)進(jìn)行沉淀，并且在底部沉淀排除，得到純凈的燃油。

3.2.4斜板的角度和數(shù)量

參考文獻(xiàn)[2]中表明對于斜管來說60cm長，角度為60°的斜管沉淀水中雜質(zhì)較為理想，結(jié)合考慮油箱中的特殊結(jié)構(gòu)，采用70°左右，長度角度均結(jié)合油箱的尺寸和液體流向變換而設(shè)計。同時考慮到盡可能地減小沉淀艙的容積，采用兩個斜板。

3.3運(yùn)行中及時處理沉淀雜質(zhì)

沉淀油艙中斜管設(shè)計的高效合理十分重要，同時要考慮平時對于油箱的管理，尤其是對于油箱沉淀艙中沉淀物的及時排除，操作者及時對油箱的管理與保修，以期有良好的使用壽命，盡可能降低運(yùn)營成本。同時在使用中，要控制好油泵的功率避免功率太大影響沉淀效果和斜管的損壞。

3.3.1儲油箱中的自然沉淀和擋板隔離

我們可以先在儲油艙中進(jìn)行自然沉淀，以減小雜質(zhì)的含量。同時利用擋板隔離雜質(zhì)，避免油泵吸入，影響雜質(zhì)分離效率。

3.3.2斜管、油泵操作原理

利用油泵直接將油從儲油艙抽到沉淀艙，并且利用水泵將油在沉淀艙中運(yùn)動，利用斜管，再次對油進(jìn)行雜質(zhì)沉淀。在利用油泵時，控制好功率，防止抽動速度過快沉淀效果不理想，造成斜板的損壞。

4 結(jié)論

（1）在設(shè)計工況下，方案可以滿足船舶正常航行所需燃油的功能。

（2）規(guī)范的要求下，滿足燃油艙的結(jié)構(gòu)的要求。

（3）本設(shè)計在不增加較大的初始投資情況下，可以滿足燃油艙進(jìn)行分離。

斜管技術(shù)沉淀效率高，斜管技術(shù)廣泛用于水工程中，因此我們將其用于船舶燃油箱中。該結(jié)構(gòu)可以全面增加小型科考船和多用途特殊船舶的燃油安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等性能，出于對環(huán)保的考慮，開展船舶燃油箱的斜管的應(yīng)用，不但保證燃油日用柜和液壓油柜中的油純凈，而且改造簡單成本低，是可行的設(shè)計。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫楚瀟，董進(jìn)，李慧.斜管沉淀池設(shè)計與運(yùn)行管理細(xì)節(jié)的處理[J].冶金動力，2019（11）：86-88.

[2]豐桂珍，童禎恭，唐朝春.斜管（板）沉淀技術(shù)優(yōu)化研究進(jìn)展[J].華東交通大學(xué)學(xué)報，2011，28（06）：28-32.

[3]陶赟，繆昊君，許金天，劉琦.新型翼片式斜板沉淀池的數(shù)值模擬與優(yōu)化研究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2015（17）：1-2.

基金項目：國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（項目編號202010340021）。