工装管在FPSO项目货油系统调试中的应用.pdf

第 卷 第 期 年 月 船 海 工 程 .:./.工装管在 项目货油系统调试中的应用杨伙生施志军许勇生崔相涛(上海外高桥造船有限公司上海)摘 要:结合在建的系列 项目货油系统对货油系统的 容量、管路的卸载速率进行验证由于 项目通常情况下船体与模块在不同场地建造船体货油系统在调试时不完整故考虑设计一套工装管安装在 管路末端通过工装设计和应用制造背压环境实现上部模块的管道阻力模拟来满足货油系统调试需求 在设计容量下同时运行 台货油泵和 台压载泵来验证 的容量试验结果表明工装管的设计符合系统阻力需求使得 可以在负载工况下驱动 台货油泵和 台压载泵同时也验证了 管路的卸载速率关键词:容量卸载速率工装管管道阻力中图分类号:.文献标志码:文章编号:()收稿日期:修回日期:第一作者:杨伙生()男学士工程师研究方向:调试工程及管理 货油系统是 项目输送储存原油最关键的系统某在建的系列 包含 台 的 ()、台 货 油 泵()、个大舱容的货油舱()以及众多的传感器同时也和其他系统之间(比如电力、中控、惰性气体、压载、液位遥测)有着逻辑关系其功能调试重要、复杂性调试前必须梳理其与其他系统之间的逻辑关系以达到安全高效完成货油系统调试的目的 货油系统介绍.是货油系统的液压动力单元由 台 的电机和 台 的电机驱动的液压泵组组成可以支持 台 货油泵及 台 压载泵同时运行 主要参数见表.货油泵/压载泵介绍全船共有 个货油舱每个货油舱都布置一个液压油驱动的浸没式货油泵每台货油泵连接至一个注入/驳出总管可以实现货油在不同舱室间的驳运以及输送至 管路压载泵 台 泵的主要参数见表表标明了货油泵标表 的功能参数电机数量电源(/)/额定功率/铭牌额定值/功率消耗/额定转速/()额定电流/最大启动电流/额定功率效率/.表 泵的功能参数泵的类型设计流量/流体参数/货油泵(型号:).压载泵(型号:).准排量和标准介质的流量参数货油泵的特性见图、图 货油泵的排量随压力的变化从图 可以看出货油泵的排量随液压马达压力升高而升高当压力指示达到 时达 年第 期杨伙生等:工装管在 项目货油系统调试中的应用船海工程第 卷图 货油泵的排量随压头的变化曲线到货油泵的最大设计排量 /所以曲线末端用虚线表示从图 可以看出货油泵的排量随压头升高而降低当扬程达到 时达到货油泵的最大设计排量 /所以曲线末端用虚线表示 货油泵的工作范围见图 图 中标出了相应压头和容量对应的货油泵工作状况范围 其中灰色区域是 货油泵的工作范围浅灰色区域为可操作范围深灰色区域为最佳的操作范围当货油泵工作在该区域时有利于泵的运行及保养.工装管工装管是连接在 管末端的一段临时管路用于模拟货油系统的完整性使货油系统的各项参数测量接近于真实工况 工装管的三维模型见图 图 货油泵工作范围图 工装管三维模型.货油舱分布 货油舱的分布见图 图 货油舱分布示意 工装管优化设计公司在建的 缺少上部模块货油系统并不完整所以通过设计一套临时工装管路安装在 总管末端代替上部模块进行调试试验 工装管主要用于模拟上部模块的管道阻力人为地制造一个背压环境使 能够在 工况下运行 工装管安装原理见图.管道压降计算.圆管中沿程压降)流体的平均速度()式中:为平均速度/为流量/为圆管截面积 为圆管内径)雷诺数 ()式中:为雷诺数无量纲 为流体运动黏度/)沿程阻力系数 年第 期杨伙生等:工装管在 项目货油系统调试中的应用船海工程第 卷图 工装管安装原理 式中:为绝对粗糙度 为管径 为相对粗糙度.流体在圆管中的沿程压降管路中的沿程水头损失 为 ()所以管路中的沿程压降为 ()式中:为沿程压降 为流体密度/为圆管管长 为重力加速度 为阻力系数.节流孔板压降计算液体在流经节流孔板时由于局部阻力会发生能量损耗通过节流孔板后液体的压力降低前后有一定的压差即发生节流现象 节流孔板的选用需要经过合理的设计计算避免发生汽蚀现象影响安全运行节流孔板的合理选用要确定孔板压差、阻塞压差、孔板级数、孔板孔径 以及孔板厚度 需要注意的是以下计算时采用的压力均为绝对压力)孔板压降孔板压差根据计算得到 式中:为孔板前压力为孔板后压力 当 增加时流量 也增加当 增大到一定值时缩口处的压力 降到流体饱和蒸汽压力 以下一部分流体会发生汽化流量 不再随 的增加而增加形成阻塞流 此时孔板两端的压差为阻塞压差记为 ()()式中:为 临 界 压 力 比 系 数 .为孔板前压力为水的热力学临界压力取.为相应设计温度下的饱和蒸汽压力为压力恢复系数取值.当节流孔板的实际压差 小于其对应的阻塞压差 时即可避免汽蚀现象的发生 当节流孔板前后压差较大时可通过采用多级节流孔板的方式使得每一级节流孔板的实际压差 均小于其对应的阻塞压差)孔板孔径根据/有.()式中:为孔板孔径 为通过节流孔板的流量/为流体密度/为节流孔板前后压差)孔板厚度()式中:为孔板厚度为钢材在设计温度下的许用应力 为设计压力为管道内径、为孔板结构系数一般分别取为.和.设计成果根据上述公式对工装管进行优化设计工装 年第 期杨伙生等:工装管在 项目货油系统调试中的应用船海工程第 卷管的具体参数:总管长 管子后端安装一内径 的节流孔板 节流孔板到 管的管径为 到排放口的管径为 图 工装管的实际应用场景 货油系统调试取 /的 台货油泵以及 /的 台压载泵进行调试试验通过同时运行 台货油泵来验证 管路的卸载速率并通过在设计容量下同时运行 台货油泵和 台压载泵来验证 的容量.泵的调试流程)台货油泵并联运行()就地控制阀和泵排放阀必须处于关闭位置 见图 图 货油泵阀门操作示意()以最小系统压力()启动液压系统()启动第一台货油泵并将泵的液压马达压力设置为 持续运行 (该指令自动限制在.持续运行 以避免货油撞击)()打开泵排放阀对排放/卸载管系进行加注/排油()按照上述相同程序逐个启动货油泵确保有足够的液压动力供泵并联运行()将 泵 液 压 马 达 指 令 提 升 至 最 大()逐步增加液压系统压力(从而提高泵速)直到达到所需的排放压力或流量泵的容量由泵的液压马达压力控制而不是通过排放管路或卸载管路中的排出阀或其他阀的节流来实现保持所有货油泵的液压马达压力指令处于最大位置 调节主液压系统压力直到达到所需的排放压力或流量 如有必要可通过液压马达压力指令单独调整货油泵容量()当货油舱接近空舱时减少泵送能力以避免吸入损失()低液位停泵 在货油舱液位达到 左右时降低泵速 在液位达到 时停泵 这是为了防止吸入损失因为长期的吸入损失会造成泵的损坏 低液位停泵示意于图 整个货油泵的调试工作示意于图 图 低液位停泵示意)在启动压载泵之前所有货油泵必须在图 货油泵工作示意 年第 期杨伙生等:工装管在 项目货油系统调试中的应用船海工程第 卷 液压工况下运行)两台压载泵并联运行()打开压载泵吸入阀()启动压载泵使其在 的液压马达压力工况下运行 (液压指令压力设置为)该指令自动限制在.持续运行()打开排出阀根据 容量限制增加液压马达压力()按相同程序启动第二台压载泵 泵的容量不得超过 监测压载泵吸入/排出压力调整液压油确保压载泵的扬程不超过.(扬程 排出压力 吸入压力)压载泵的理想扬程为.)在 台货油泵和 台压载泵运行稳定后测量并记录所需参数作为附录记录表)试验持续 然后关闭货油泵、压载泵和)测量并记录舱室液位以及船体的吃水深度.容量验证为了验证 容量能满足 台货油泵和 台压载泵的同时运行需要满足以下两个条件)的工作压力达到 )的运行功率与额定功率的误差小于同时运行 台货油泵和 台压载泵 分别测量 /处的压力、功率、电流并记录 的压力记录见表 的运行功率/电流记录见表 表 压力记录表/标签 压力.表 功率/电流记录表 /从表 中可以得出 的工作压力稳定在 没有随时间的变化而变化 从表 中可以得出 时 每个电机的功率都接近于额定功率 的总功率为 的功率为 由于 和 的额定功率都为 所以相对误差为()/.()/两者都小于 因此 容量能满足 台货油泵和 台压载泵的同时运行.管路的卸载速率验证同时运行 台货油泵将 /年第 期杨伙生等:工装管在 项目货油系统调试中的应用船海工程第 卷/个货油舱的水排出舷外模拟泵油的过程 通过测量 内油舱液位变化来验证卸载能力 测试记录见表、表 起始阶段各项参数记录表舱室编号水位/泵型号泵容量/()扬程/.总计 根据液位差和舱室容积表可以计算出上述 台泵的泵容量及扬程 通过与泵的设计容量和扬程进行对比可以得到表 中的结论表 结束阶段各项参数记录表舱室编号水位/泵型号泵容量/()扬程/.总计 可以看出 台泵的实际容量与设计容量的误差均小于 总的相对误差仅有.台泵的实际扬程与设计扬程的误差也都小于 所以 管路可以满足 台货油泵同时运行时的卸载速率要求表 相对误差表舱室编号液位差/泵型号泵容量/()与泵设计容量的误差/扬程/与设计扬程的误差/.总计.结论目前在建 项目公司仅完成船体部分后续将在另一船厂搭载 部分 货油系统的卸油装置、流量计等均安装于 上因此为满足整个系统的全部调试需求验证规格书上相应内容需设计一套临时工装管来满足调试需求 工装管的设计能够在上部模块未安装的情况下人为的制造一个背压环境模拟上部模块的管道阻力实现 在 工况下的正常运行同时也验证了 管路的卸载能力保证后续的货油系统调试工作的正常进行是公司在生产实践过程中的一次开拓创新 验证了技术规格书上货油系统的相应内容完成了整个货油系统调试内容对于整个项目的完工起到了不可或缺的作用参考文献 刘恒宁.限流孔板在液相管路中的应用探讨.石油化工自动化():.李彦辉李如源杨璋.孔板气蚀诱发管道振动问题分析与处理.管道技术与设备():.张宝峰.多级节流孔板的设计计算.西北电力技术():.屠大燕.流体力学与流体机械.北京:中国建筑工业出版社.宋文爱卜雄珠.工程实验理论基础.北京:兵器工业出版社.(下转第 页)年第 期王彦等:大型船舶轴带发电机加装设计船海工程第 卷大轴带发电机安装区域的空间 一方面可匹配更多厂家的产品便于成本控制另一方面改善轴系的拆装、检修施工环境()优化机舱前部海水箱、海水管路和各类泵的位置及布置 主机适当前移确保中间轴承尽可能靠近轴带发电机布置降低轴系设计难度参考文献 张丁标张迪卢园园等.新巴拿马型散货船满足 第 阶段方案分析.造船技术():.庞水林叶锦张均东等.柴电混合动力船舶能量分配优化方法.船海工程():.柳一点范鹏陈兵等.轴带发电机对于双燃料船舶的设计影响分析.船舶标准化工程师():.李俊王文中.轴带发电机在船用低速主机上的应用.船舶设计通讯():.宋强王爱平史孝华.万吨散货船轴带发电机系统的设计.船舶工程(增刊):.周瑞平肖能齐林晞晨.船舶推进轴系振动与校中关键技术.船海工程():.(.):.:(上接第 页)(.):.: