船舶制造管子單元模塊化的設(shè)計與應(yīng)用

黎權(quán)鋒

摘要：單元模塊化設(shè)計是當(dāng)今世界各大造船強國都在廣泛應(yīng)用的造船方法。尤其是機艙區(qū)域?qū)嵭袉卧K化預(yù)裝是造船企業(yè)提高生產(chǎn)效率,縮短造船周期,推進現(xiàn)代化造船模式的重要手段之一,本文將對機艙管子單元模塊化的設(shè)計進行詳細(xì)的介紹和探討。

關(guān)鍵詞：船舶制造；單元舾裝；模塊化設(shè)計

Abstract: Nowadays, modular design of unit is widely used in shipbuilding industry.Especially in engine room area, putting modular design of units into practice will improve productivity of shipyard, shorten shipbuilding period and carry forward modernization of shipbuilding. This paper introduces and discusses the modular design of piping units in the engine room.

Key words: Shipbuilding; Unit installation; Modular design

目前，單元模塊化設(shè)計與建造技術(shù)已經(jīng)在國外得到了廣泛的研究和應(yīng)用。美、日、韓及歐洲等眾多工業(yè)強國在模塊化造船應(yīng)用方面都取得了很大的成就，使得該項技術(shù)迅速發(fā)展成為全球造船行業(yè)爭相開發(fā)和應(yīng)用的新方法之一。為了縮小與發(fā)達(dá)國家之間的差距，近幾年來，國內(nèi)各骨干船廠在模塊化造船技術(shù)領(lǐng)域也得到了迅速發(fā)展，單元模塊化設(shè)計造船成為業(yè)內(nèi)重點開發(fā)和應(yīng)用的新技術(shù)。單元模塊化預(yù)舾裝實現(xiàn)了把船上舾裝轉(zhuǎn)移到內(nèi)場作業(yè)，改善了施工環(huán)境，降低了勞動強度，減少了碼頭與車間之間的往返，有效的控制了舾裝質(zhì)量，保證了安全作業(yè)，提高了工作效率，大大縮短了船舶建造周期。

1單元模塊的種類和組成要點

單元模塊基本分為5大類：功能性單元、組合性單元、區(qū)域性單元、設(shè)備或箱柜單元及管子單元。各自的組成要點如下：

1）功能性單元。功能性單元具有一定的獨立性，此類單元式將同一系統(tǒng)的機電設(shè)備、箱柜、基座、管子、閥件及附件等組成一體，它具有獨立運轉(zhuǎn)試驗、交驗的功能特征。該種單元技術(shù)性能強，操作方便，質(zhì)量可靠，吊裝方便，而且能夠在內(nèi)場進行調(diào)試，一般由專業(yè)制造廠家生產(chǎn)制造；如燃油供油單元，燃油滑油分油機單元。

2）組合性單元。組合性單元一般由若干管子及管附件組成的具有專用功能的單元體，如各種蒸汽、壓縮空氣的減壓閥，溫度調(diào)節(jié)閥等所組成的單元體。

3）區(qū)域性單元。區(qū)域性單元主要以甲板、機艙區(qū)域為主要范圍組成，選擇某個特定區(qū)域，將該區(qū)域內(nèi)的所有設(shè)備、基座、管路、閥件、附件、支架、構(gòu)架等先在專用的組裝平臺上進行組裝，然后整體吊上船安裝的單元。區(qū)域性單元可以將各種單元組合成為一個綜合性的大單元，所以各種單元中以區(qū)域性單元的尺寸最大，重量也最重。在該區(qū)域內(nèi)還可以有各種系統(tǒng)，因而也最復(fù)雜。區(qū)域性單元組裝可以提高單元與單元之間銜接精度，減少單元之間船校管 ，對于批量生產(chǎn)是很有意義的。但這種單元對現(xiàn)場船體制作精度要求很高，對于單元內(nèi)場制作的精度要求也很高。

4）管子單元。管子單元一般由船上某一區(qū)域的管子及其管附件組成的單元體。它不具有獨立性也不具有專用功能，只是起到連接其他單元設(shè)備及管子的作用的中間單元（見圖1）。

圖1管子單元模塊

5）設(shè)備或箱柜單元。設(shè)備或箱柜單元以若干臺設(shè)備或以船用箱柜為單元的主體，圍繞單元主體進行管子、管子支架、閥件、附件、構(gòu)架以及花鋼板、格柵、通道等組合而成。這種單元各個船廠可根據(jù)各自的吊裝能力確定單元的大小，盡可能將設(shè)備作為內(nèi)場模塊外場整體安裝，減小外場設(shè)備安裝誤差造成的管路連接誤差（見圖2）。

圖2設(shè)備單元模塊

2單元模塊設(shè)計所需考慮的要點

一個成功的單元模塊，在設(shè)計中要考慮很多方面的技術(shù)因素，如機艙船體結(jié)構(gòu)情況、機艙設(shè)備布置情況、管路布置情況、電氣設(shè)備布置情況、主干電纜布置情況以及車間設(shè)備起吊能力等因素。

在綜合考慮上述因素后，單元劃分的原則是：能進行單元組裝的就不要到船上散裝，在起吊能力足夠的情況下，盡可能把單元的尺度設(shè)計大一些，因為單元越小，單元數(shù)量越多，單元間的連接格柵面越多，從單元預(yù)制到吊入機艙過程中，單元間連接安裝時所花費的“裝-拆-裝”的重復(fù)勞作就越多，而且也增加了安裝誤差，加大了起吊和單元定位的工作量。另外，同類、同系統(tǒng)的機械設(shè)備盡可能設(shè)計在一個單元內(nèi)；與船體結(jié)構(gòu)的連接方法也應(yīng)盡可能的簡單可行。單元模塊設(shè)計，要力求緊湊。在不影響設(shè)備的日常操作及維修保養(yǎng)工作的情況下，要盡可能的縮短管路、減輕單元重量。

3單元模塊的設(shè)計過程

在進行單元設(shè)計之前，需要了解船規(guī)格書、船舶建造方針、施工要領(lǐng)、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范規(guī)則要求。熟悉總布置圖、基本結(jié)構(gòu)圖、分段結(jié)構(gòu)圖、分段劃分圖、分段吊裝程序圖、機艙設(shè)備布置圖、各管路系統(tǒng)原理圖以及設(shè)備確認(rèn)圖等。

管路單元的設(shè)計主要是采用管路分層設(shè)計思想，單元的管路大致分為兩類。一類是穿過單元管路，該類管子一般是與該單元設(shè)備無關(guān)的管子，這種管路一般為系統(tǒng)總管，此類管路的支管及管附件較少，適宜選取各系統(tǒng)的總管（DN>80）的管路作為優(yōu)先布置的單元管路，安排在單元管路的最底層。另一類是與單元設(shè)備相連接的管路，由于單元設(shè)備一般布置于單元框架的上面，因此這類管路應(yīng)多布置于單元管路的上層。單元管路的放樣布置應(yīng)按系統(tǒng)總管的管徑最大者開始布置，穿過單元的管路，一般布置在底層。優(yōu)先確定單元間管路的接口，接下來布置單元上的設(shè)備管路；視管徑的大小、是否帶閥門等因素安排該管布置在單元的中間層或上層。另外，單元設(shè)計還要注意以下幾點：

① 在各單元之間的分界面上不應(yīng)布置管路。

② 舷旁的機械設(shè)備應(yīng)盡量離舷旁遠(yuǎn)一些，因單元組裝在船上安裝時要求設(shè)備的基座不應(yīng)與船體外板結(jié)構(gòu)相連接。

③ 單元的管子是以格柵支架為基準(zhǔn)，在花鋼板下管路密集，管路勢必與格柵支架爭奪安裝位置，因此必須及早設(shè)計管子框架，合理安排格柵支架與基座的位置，留出通道作為管路及設(shè)備的檢修與清潔保養(yǎng)之用。

④ 在劃分單元之間的管子連接件時，可采用把法蘭、接頭等整齊地分布在單元分界面的平分式連接方法（見圖3）或采用連接法蘭呈階梯形的階梯式連接方法（見圖4）。

圖3平分式連接方法（側(cè)視圖）

圖4階梯式連接方法（側(cè)視圖）

4單元模塊的技術(shù)要求

1）組裝要求

單元組裝包括將設(shè)備、管子、框架等組成一體，需根據(jù)單元安裝圖及管子原則工藝進行。組裝前，先在預(yù)裝平臺劃上船體舯線、肋骨線等船體主要結(jié)構(gòu)的位置，然后是單元框架的制作和設(shè)備基座的安裝，以及安裝設(shè)備，最后才安裝管子?？蚣芎驮O(shè)備基座只能點焊在預(yù)裝平臺上。

2）吊裝要求

吊裝前，需先將單元加強，并拆下臨時支撐固定的角鋼或腳，并在船上做好主要定位座標(biāo)。需按照設(shè)計室編寫的單元進艙程序進行吊裝，一般按先下層后上層、先里后外、先大后小、先兩側(cè)后中間的原則進行。

5單元模塊安裝的主要優(yōu)點

單元模塊安裝是一種先進的工藝措施，其主要目的在于簡化生產(chǎn)流程。單元模塊安裝的應(yīng)用，將大部分的舾裝工作由原來的外場轉(zhuǎn)移到了車間內(nèi)和分段組裝時進行，大幅度減少船臺（船塢）的舾裝工作量，改善了工人的工作環(huán)境；避免了在船上施工時，多工種交叉作業(yè)時相互干擾的不利因素。大量的工作在室內(nèi)施工，施工者可以充分利用室內(nèi)設(shè)備手段，利用360°空間，提高了施工質(zhì)量，加快了船舶舾裝施工進度。單元模塊化使得輪機管系安裝可以與船體平行或提前建造，并給殼、舾、涂一體化創(chuàng)造了條件，優(yōu)化了勞動組織，簡化了工藝程序，保證了船臺（船塢）舾裝施工的完整性，有效的降低了成本，可以大大縮短船臺（船塢）舾裝建造周期。

6結(jié)語

隨著中國船舶工業(yè)的快速發(fā)展，造船總量的不斷增加，提高生產(chǎn)效率，縮短造船周期，降低生產(chǎn)成本，是每個造船公司都需要考慮和急待解決的問題，采取單元模塊化設(shè)計和制造等先進造船技術(shù)，是行之有效的途徑和必要手段。