海洋工程船散料輸送系統(tǒng)輪機(jī)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)

邢劍輝

（南通斯達(dá)瑞船舶設(shè)計(jì)有限公司，江蘇 南通 226000）

海洋工程船是為海上石油開(kāi)采辦事的工程幫助船，散料輸送系統(tǒng)是海洋工程船最重要的物料運(yùn)載系統(tǒng)之一。其使用氣固兩相流的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)粉狀物料在岸上基站、海洋工程船與海上平臺(tái)間進(jìn)行長(zhǎng)距離、密閉的高效輸送作業(yè)，為海上平臺(tái)供應(yīng)鉆井所需要的粉狀物料。

對(duì)全船的生產(chǎn)設(shè)計(jì)而言，散料系統(tǒng)輪機(jī)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)，具有重要的影響。散料輸送系統(tǒng)的輸送介質(zhì)，主要有水泥、重晶石粉、石灰石等等，氣固兩相流態(tài)化理論，是粉狀物料氣力輸送技術(shù)的基礎(chǔ)。

1 散料輸送系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 散料輸送系統(tǒng)的作業(yè)原理

散料輸送系統(tǒng)，是應(yīng)用氣固兩相流的技術(shù)，將空壓機(jī)提供的壓縮空氣的壓力能變?yōu)閯?dòng)能，進(jìn)行長(zhǎng)距離、密閉的高效輸送作業(yè)，達(dá)到預(yù)期的輸送目標(biāo)。散料輸送系統(tǒng)作業(yè)方式，分為裝貨作業(yè)和卸貨作業(yè)，船上壓縮機(jī)不僅為整個(gè)過(guò)程提供動(dòng)力風(fēng)源，還兼顧助吹和壓縮空氣掃線(xiàn)的功能。

1.2 散料輸送系統(tǒng)的組成部件

海洋工程船的散料輸送系統(tǒng)一般由散料儲(chǔ)存罐、空壓機(jī)及冷干機(jī)、流程管線(xiàn)、管線(xiàn)閥門(mén)遙控系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)和操控設(shè)備等部分組成。輸送機(jī)由驅(qū)動(dòng)裝置拉緊裝置輸送帶中部構(gòu)架和托輥組成輸送帶，作為牽引和承載構(gòu)件。冷干機(jī)主要負(fù)責(zé)空氣壓縮后的冷卻、干燥。除進(jìn)行純粹的物料輸送外，還可以與各工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)流程中的工藝過(guò)程的要求相配合，形成有節(jié)奏的流水作業(yè)運(yùn)輸線(xiàn)。

2 輪機(jī)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)備的部署及安置

（1）散料罐的部署及安置。船用散料罐，是海洋石油平臺(tái)服務(wù)的三用工作船舶散料輸送系統(tǒng)的主要設(shè)備，一般由上部封頭、下部封頭、人孔、支腿、進(jìn)氣口、排氣口、進(jìn)料口、出料口、安全閥、壓力表等接口組成。當(dāng)罐內(nèi)物料經(jīng)過(guò)特定的氣化元件加注一定量的壓縮空氣，實(shí)現(xiàn)粉狀介質(zhì)在平臺(tái)供應(yīng)船和海上平臺(tái)間的高效與無(wú)損耗傳輸，從而實(shí)現(xiàn)船舶遠(yuǎn)距離及高速度連續(xù)作業(yè)，確保海上油田開(kāi)采和勘探的長(zhǎng)周期、滿(mǎn)負(fù)荷以及安全的連續(xù)運(yùn)行。

散料罐的部署，一般采取沿船主方向縱向部署，工程船一般是在船艏和船艉各布置兩個(gè)散料罐。在部署散料罐時(shí)，我們要根據(jù)船舶的具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，要對(duì)罐體高度、外徑、容積、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、開(kāi)孔位置、管口方位等問(wèn)題，逐一確定，以確保結(jié)構(gòu)安全的同時(shí)，達(dá)到最佳裝載效果。

一些工程船舶，會(huì)采用沿船寬方向橫向部署散料罐，這些散料罐的罐體容量較小，以使罐體緊靠甲板開(kāi)口護(hù)圈，不致于造成太大間隙。散料罐的合理布置，可以避免管節(jié)用彎頭連接后焊接處管內(nèi)毛刺對(duì)進(jìn)、出料的影響，提高進(jìn)、出料效率。

（2）空壓機(jī)及冷干機(jī)的部署。海洋工程船散料輸送系統(tǒng)的冷干機(jī)與空壓機(jī)，一般緊鄰部署，也可分開(kāi)部署。集管式散料系統(tǒng)壓縮空氣管，采用總管式，配置2 臺(tái)空壓機(jī)，1 臺(tái)冷干機(jī)。一般用途空壓機(jī)，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，排氣壓力為0.7 MPa，如果高于或低于此壓力，即屬非標(biāo)準(zhǔn)特種空壓機(jī)。

冷干機(jī)的氣液分離，采用旋風(fēng)分離與不銹鋼絲網(wǎng)捕霧有機(jī)結(jié)合的氣液分離器，具有氣液分離效果徹底、避免水份的二次蒸發(fā)與確保冷干機(jī)的干燥效果的重要作用。海洋工程船的首尾散料罐，分別用1臺(tái)空壓機(jī)及冷干機(jī)供氣?？諌簷C(jī)及冷干機(jī)的管端接口，一般設(shè)置在設(shè)備的一側(cè)，在設(shè)備的管口一側(cè)預(yù)留600 mm 左右的接管空間。

2.2 管系部署及管系附件配置

（1）工作管系部署。船舶管系是用來(lái)輸送和排除船舶工質(zhì)的管路、機(jī)械設(shè)備、器具和檢測(cè)儀表等設(shè)備的統(tǒng)稱(chēng)。海洋工程船舶管道因其種類(lèi)繁多，數(shù)量龐大，其設(shè)計(jì)是制約造船行業(yè)生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素。

散料輸送系統(tǒng)的管路，因其輸送介質(zhì)的特殊性，部署將依照一定的原則。散料系統(tǒng)管路容易引起粉塵污染，少量的輸送介質(zhì)會(huì)隨著排空管內(nèi)的空氣排出，所以散料排空管路一般需引至尾甲板。當(dāng)管路中出現(xiàn)溫差時(shí)，形成實(shí)質(zhì)的結(jié)垢而阻塞管路，輸送料管部署時(shí)應(yīng)盡量避免穿過(guò)液艙，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到盡量讓管路部署在人易于接近的地方，不可以設(shè)計(jì)成死管，以方便維護(hù)。

螺旋輸送機(jī)主要用于輸送水泥、粉煤灰、礦粉等粉狀、微粒狀等散狀物料，不宜輸送粘性大、易結(jié)塊、纖維等原料。輸送料管在尾甲板上的部署一般分前后兩個(gè)部位。

（2）遙控閥門(mén)控制空氣管系部署。氣動(dòng)遙控磨料閥調(diào)節(jié)閥門(mén)，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)噴砂操作時(shí)磨料的流量。

散料系統(tǒng)的作業(yè)操控，是在駕駛室遙控操縱，輸送料管上的控制閥門(mén)一般都采用氣動(dòng)遙控閥門(mén)?，F(xiàn)在常用的氣動(dòng)遙控閥門(mén)，有集成式和分體式兩種。

擺動(dòng)液壓馬達(dá)是一種輸出軸作往復(fù)擺動(dòng)的液壓執(zhí)行元件。其最突出的優(yōu)點(diǎn)，是無(wú)需任何變速機(jī)構(gòu)，就可使負(fù)載直接獲得往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

分體式的遙控閥門(mén)，故控制管系部署較多，且占用空間較大。氣動(dòng)遙控磨料閥，徹底解決了磨料的堵塞；同時(shí)可保持間數(shù)噴砂時(shí)間，噴砂缸不泄壓，提高加工品質(zhì)，減少壓縮空氣和磨料的損耗。

集成式閥門(mén)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制電磁閥，全部集成在閥上，遙控閥上僅安置氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，各個(gè)遙控閥的換向電磁閥，則單獨(dú)集成在專(zhuān)門(mén)的電磁閥箱內(nèi)。噴砂作業(yè)時(shí)，噴砂工人利用電控開(kāi)關(guān)向進(jìn)氣閥和常閉型磨料閥發(fā)出控制信號(hào)，磨料閥中的強(qiáng)力彈簧在壓縮空氣的作用下被壓扁，流量調(diào)節(jié)管打開(kāi)，噴砂作業(yè)開(kāi)始。遙控閥門(mén)工作壓力若與機(jī)艙自動(dòng)控制氣源壓力相差較大，需設(shè)置帶減壓閥及氣水分離器的氣源板。

（3）管系附件配置。輸送料管管系附件的配置上，要應(yīng)用活接頭，管路上宜采取小角度彎頭，其半徑可以擴(kuò)展至無(wú)限大，還要采用的是非鍛打方式，表面不變形，在精尺寸的基礎(chǔ)上稍放余量就行，節(jié)省材料，保證管路的密封性。

風(fēng)管上設(shè)置的調(diào)風(fēng)門(mén)或防火風(fēng)閘，應(yīng)便于員工操作，控制空氣管系的中間連接接頭，采用卡套接頭，方便于施工與維護(hù)。

3 設(shè)計(jì)工藝難點(diǎn)

3.1 管子的彎模要求

管系設(shè)計(jì)要以最快的速度和最完整的狀態(tài)，滿(mǎn)足平臺(tái)、船塢與碼頭的需求，保證單元、分段和總組的完整性。圓形管子的彎曲模具結(jié)構(gòu)，需要借助彎管機(jī)去完成，在凸凹模上分別開(kāi)與圓管半徑一致的半圓槽。為保證散料輸送的順暢，輸送料管及罐體排空管均要求采用6 倍管通徑以上彎曲半徑，要避免那種過(guò)大的圓弧、任意曲線(xiàn)、復(fù)合彎以及大于180°的圓弧等。

管子的彎模里面，最主要是需要管子內(nèi)徑的芯棒，芯棒是連在一串的，根據(jù)兩邊的夾模來(lái)決定長(zhǎng)度，但芯棒連在一起是可以活動(dòng)的，有個(gè)角度的，芯棒的中間是用鏈條連接起來(lái)的。

管系設(shè)計(jì)彎管工藝，考慮采用中頻彎管機(jī)熱彎，以減少管子彎曲內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)管子直徑增大時(shí)，為了防止彎管的橢圓度增大，應(yīng)使用芯棒。

當(dāng)管子被拉著向前時(shí)，由于芯棒作用，管子中心線(xiàn)外部的材料在切點(diǎn)處將被支撐，產(chǎn)生拉伸，以保證其形狀和不癟。一根管子上采用同一個(gè)彎曲半徑和同規(guī)格管子的彎曲半徑，使其標(biāo)準(zhǔn)化，這是機(jī)械化和自動(dòng)化代替手工勞動(dòng)的必然結(jié)果，也是設(shè)計(jì)適應(yīng)先進(jìn)的加工工藝，和先進(jìn)的加工工藝促進(jìn)設(shè)計(jì)兩者的結(jié)合。

3.2 復(fù)雜管系的制作工藝

散料輸送系統(tǒng)的輸送總管，可以采用一種雙三叉管的型式，這種雙三叉管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行、安裝與維修都很方便，節(jié)省能量，操作安全可靠。但是此雙三叉管是散料輸送系統(tǒng)管系制作工藝中的難點(diǎn)。在具體設(shè)計(jì)中，我們先按尺寸制作總管，然后按實(shí)際尺寸彎制兩支管，比照總管，在總管上開(kāi)與支管相貫的坡口開(kāi)孔，最后進(jìn)行修割與焊接。

4 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)的船舶管系制造與日本、韓國(guó)相比，還有一定差距。散料輸送系統(tǒng)各設(shè)備之間有機(jī)地結(jié)合，由各種不同的工藝管路、閥件、傳感器、儀表等有效連接成一個(gè)完整的工作體系。散料系統(tǒng)的管路在生產(chǎn)設(shè)計(jì)中，應(yīng)優(yōu)先部署。流程管系主要由進(jìn)料管、出料管、透氣管、供氣管、安全閥卸放管、助吹管組成；在各管路上安裝有相應(yīng)的電控氣動(dòng)閥和電控比例閥；布置在后駕駛臺(tái)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，能監(jiān)測(cè)和操控各設(shè)備運(yùn)行。

[1]謝 非.船舶建造生產(chǎn)設(shè)計(jì)及管理技術(shù)研究[D]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2010.

[2]呂志勇.長(zhǎng)興造船廠生產(chǎn)流程優(yōu)化研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2008.