LNG船舶燃?xì)怆p壁管的制作、焊接、密性試驗(yàn)研究

高振宇，于彩霞，佟國(guó)志

（大連中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司，遼寧大連 116113）

LNG船舶燃?xì)怆p壁管的制作、焊接、密性試驗(yàn)研究

高振宇，于彩霞，佟國(guó)志

（大連中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司，遼寧大連 116113）

結(jié)合28000m3LNG船舶項(xiàng)目所采用的燃?xì)怆p壁管，在設(shè)計(jì)階段考慮雙壁管口徑的計(jì)算及模型的布置，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)階段制作、焊接、密性研究，最終提供滿足船東、船級(jí)社檢驗(yàn)要求的產(chǎn)品，同時(shí)為今后建造LNG船舶采用的雙壁管提供了指導(dǎo)意義。

制作；焊接；密性試驗(yàn)

0 引言

結(jié)合一艘單機(jī)單槳、雙燃料主機(jī)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)輸液化LNG氣體運(yùn)輸船進(jìn)行研究，主機(jī)型號(hào)為：W?rtsil? 9L50DF，1臺(tái)。針對(duì)主機(jī)燃?xì)夤苈罚凑找?guī)范要求、主機(jī)廠商資料、燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)采用雙層壁管，系統(tǒng)如圖1所示。內(nèi)壁管為燃?xì)夤?，設(shè)計(jì)壓力為1.0MPa，發(fā)動(dòng)機(jī)的供氣壓力（氣體燃料噴射壓力）為0.6MPa以下。外壁管為通風(fēng)管，設(shè)計(jì)壓力為1.0MPa。氣體燃料管被安裝在通風(fēng)管內(nèi)，在氣體燃料管和通風(fēng)管之間的空間，設(shè)置機(jī)械抽風(fēng)設(shè)備，其排量至少為30次/小時(shí)[1,2]。

圖1 燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)示意圖

1 管子材料、制作、裝配要求

1.1 基本信息

1）管子壁厚、材質(zhì)

按照散裝運(yùn)輸液化氣體船舶構(gòu)造與設(shè)備規(guī)范（2012）第五章5.2.4所述的條件，管壁厚度t(mm)應(yīng)不小于按下式計(jì)算所得之值：

計(jì)算結(jié)果：t<2.5mm；內(nèi)層壁管選型：114×4（316L）；外層壁管選型：168×5（316L）。

2）管子設(shè)計(jì)條件

本船燃?xì)夤苈罚涸O(shè)計(jì)壓力 1MPa，材料SUS316L，管路等級(jí)I級(jí)[3]。

通風(fēng)導(dǎo)管：設(shè)計(jì)壓力1MPa，材料SUS316L，管路等級(jí)III級(jí)。

1.2 制作要求分析

1）設(shè)計(jì)階段盡可能將雙壁管焊口設(shè)計(jì)為最少化。

2）為了便于管子分段及總組后安裝，管子制作需考慮施工的方便性，通常設(shè)計(jì)階段需考慮滿足管子對(duì)焊及焊接檢驗(yàn)的空間，同時(shí)考慮雙壁管做實(shí)船密性試驗(yàn)增設(shè)的工藝管。

3）雙壁管布置于機(jī)艙內(nèi)，內(nèi)壁管工作介質(zhì)溫度范圍設(shè)定為0~60℃。雙壁管內(nèi)部支撐采用聚四氟乙烯支撐，形式如圖2和圖3所示。聚四氟乙烯支撐安裝位置需考慮船舶振動(dòng)及滑動(dòng)方向，通?？紤]在適當(dāng)位置增設(shè)一個(gè)支持。設(shè)計(jì)數(shù)量及位置如圖4所示，具體以實(shí)船調(diào)整為主。

圖2 燃?xì)怆p壁管支撐結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 燃?xì)怆p壁管支撐結(jié)構(gòu)效果圖

圖4 燃?xì)怆p壁管支撐位置示意圖

4）內(nèi)壁管彎頭采用1.5倍彎頭，外壁管采用1倍彎頭。船上分段管子連接處，外壁管采用Half管。

5）直管及彎管設(shè)計(jì)管段制作圖時(shí)，盡可能錯(cuò)開內(nèi)外壁管，同時(shí)考慮安裝對(duì)中工裝工具的長(zhǎng)度（圖5），以便于焊接交驗(yàn)。制作圖信息需體現(xiàn)出內(nèi)外壁管的具體定位尺寸。

圖5 對(duì)中工裝置示意圖

2 雙壁管焊接分析

2.1 焊工

1）焊工焊前須經(jīng)過理論和操作培訓(xùn)，持有CCS船級(jí)社認(rèn)可的焊工資格證書，方能從事焊接作業(yè)。

2）持證焊工應(yīng)按認(rèn)可的材料組別進(jìn)行相應(yīng)位置的焊接施工，不得超出認(rèn)可范圍。

2.2 焊接材料

1）雙壁管焊接所用的焊條、焊絲等焊接材料須取得CCS船級(jí)社形式認(rèn)可。

2）焊條在使用前須按生產(chǎn)廠說明書的要求進(jìn)行焙烘，對(duì)不銹鋼焊條不得隨意調(diào)高焙烘溫度、延長(zhǎng)焙烘時(shí)間。

3）保護(hù)氣體

（1）氬氣應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 4842，其純度≥99.99%。

（2）CO2氣體純度應(yīng)≥99.5%。當(dāng)使用氣瓶供氣方式時(shí)，CO2氣瓶?jī)?nèi)壓力<1MPa（10kg/cm2）時(shí)不得繼續(xù)使用。

4）焊材匹配

管材的焊材匹配如表1所示。

2.3 焊接設(shè)備

1）焊機(jī)應(yīng)安全可靠，始終保持良好的工作狀態(tài)并定期進(jìn)行保養(yǎng)。

2）能保證焊接電流、電弧電壓等參數(shù)的調(diào)節(jié)。

3）焊機(jī)儀表指示應(yīng)準(zhǔn)確可靠。

表1 管材的焊材匹配

2.4 接頭型式

1）管接頭型式分為管/管對(duì)接、支管接頭、管/法蘭角接。如果設(shè)計(jì)圖紙有坡口型式，以設(shè)計(jì)圖紙為準(zhǔn)。

2）管件的坡口應(yīng)采用機(jī)械或等離子切割的方法來加工，切割后的邊緣要打磨光順。

3）用于不銹鋼管焊接的輔助工具如鋼絲刷、刨錘、扁鏟應(yīng)用不銹鋼制成，并且是專用的，不得與碳鋼混用或和碳鋼接觸。砂輪片也應(yīng)使用不銹鋼專用的型號(hào)，并不得與碳鋼混用或與碳鋼接觸。

4）管系對(duì)接接頭的錯(cuò)邊量 e應(yīng)小于管壁厚的10%，且不超過1.5mm。

2.5 焊前準(zhǔn)備

1）焊前應(yīng)將坡口表面及內(nèi)、外兩側(cè)20mm以上范圍內(nèi)的油、水、銹、氧化皮等雜物清除干凈。不得有裂紋、夾層等表面缺陷。

2）焊絲在使用前應(yīng)清除表面油污、銹蝕等。

3）定位焊（采用氬弧焊）

（1）定位焊應(yīng)采用與正式焊接相同的焊接材料和工藝要求。不銹鋼管定位焊時(shí)管內(nèi)要充氬保護(hù)。

（2）組裝時(shí)的臨時(shí)定位焊道最終應(yīng)打磨修整。

（3）將成為正式焊縫一部分的定位焊道，在正式焊縫焊接之前必須用打磨、銼等方法將起、收弧點(diǎn)進(jìn)行光順處理，使其能與正式焊縫較好的熔合。

（4）正式焊縫焊接前應(yīng)檢查定位焊道，如果存在氣孔或裂紋，則必須除掉重新釘焊。

（5）定位焊應(yīng)沿整個(gè)圓周對(duì)稱均勻分布，定位焊道尺寸可按表2規(guī)定執(zhí)行。

表2 定位焊道尺寸(mm)

2.6 焊接要求

1）焊前預(yù)充氬

（1）為保證焊接質(zhì)量，不銹鋼管路、管件焊接前應(yīng)進(jìn)行預(yù)充氬，以排除管內(nèi)的空氣，使含氧量小于1%。

（2）允許整體或局部充氬。充氬時(shí)可使用泡沫塑料、有機(jī)玻璃等材料制成堵板，如圖5所示。由于氬氣比空氣重，因此其進(jìn)氣口要低于出氣口。但此方法必須保證焊前和焊后堵板的安裝和拆卸，否則，充氬時(shí)可在圖6堵板位置上貼上可溶性紙代替堵板，應(yīng)注意要牢固粘貼。

圖5 LNG項(xiàng)目燃?xì)怆p層管充氬示意圖

（3）預(yù)充氬時(shí)的氣體流量應(yīng)控制在20L/min~25L/min。

（4）充氬時(shí)用醫(yī)用膠布或透明膠帶把漏氣處（如坡口間隙、支管等處）封住。

（5）預(yù)充氬時(shí)間應(yīng)隨管徑增大、堵板距離增大而延長(zhǎng)。

2）為保證焊縫背面成型質(zhì)量，打底焊道結(jié)束后，對(duì)剩余焊道的焊接仍需向管內(nèi)進(jìn)行充氬保護(hù)，其流量為10L/min~15L/min，直至焊接完成。

3）起弧應(yīng)在坡口內(nèi)，避免表面損傷。不應(yīng)在前一道焊縫的弧坑處引弧。氬弧焊引弧時(shí)需使用高頻引弧，提前送氣。

4）操作時(shí)，焊槍與工件之間保持75°~90°夾角，如圖6所示。

圖6 焊槍與工件的角度

5）多層焊時(shí)的層間接頭要錯(cuò)開，層間溫度不大于175℃。

6）熄弧時(shí)使用衰減電流，延時(shí)斷氣（時(shí)間在3s以上）后噴嘴才能離開熔池。收弧時(shí)應(yīng)注意操作手法，保證填滿弧坑。

7）焊接中有飛濺產(chǎn)生時(shí)，焊前應(yīng)在焊接區(qū)域外兩側(cè)100mm范圍內(nèi)的管壁外表面噴上防飛濺劑或涂上石灰漿。

8）焊接過程中應(yīng)防止夾鎢現(xiàn)象，若出現(xiàn)夾鎢，應(yīng)立即予以消除。

9）對(duì)于接頭處密封用膠布，不允許一次性揭掉，應(yīng)邊焊邊揭。

10）外場(chǎng)作業(yè)要采取擋風(fēng)措施。

2.7 焊后檢驗(yàn)

1）外觀檢驗(yàn)。焊縫表面應(yīng)成型光順均勻，不得有裂紋、氣孔、未熔合及咬肉等缺陷。

2）無損探傷檢驗(yàn)[4]。（1）燃?xì)夤艿溃▋?nèi)壁管）焊后對(duì)接連接處應(yīng)進(jìn)行100%射線檢測(cè)，檢測(cè)合格后方可進(jìn)行外管焊接；（2）燃?xì)夤艿溃▋?nèi)壁管）焊后角接應(yīng)進(jìn)行10%滲透檢測(cè)；（3）如果設(shè)計(jì)圖紙有更嚴(yán)格要求，以設(shè)計(jì)圖紙為準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)。

3）返修。任何超標(biāo)缺陷一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，應(yīng)按要求進(jìn)行消除修復(fù)。

3 雙壁管密性試驗(yàn)分析

3.1 基本要求

燃?xì)夤苈罚▋?nèi)壁管）：設(shè)計(jì)壓力1MPa，管路等級(jí)I級(jí)。通風(fēng)導(dǎo)管（外層管）：設(shè)計(jì)壓力1MPa，管路等級(jí)III級(jí)。燃?xì)夤茉O(shè)計(jì)壓力為1.0MPa，發(fā)動(dòng)機(jī)的供氣壓力（氣體燃料噴射壓力）為0.6MPa以下，即工作壓力。試驗(yàn)壓力取1.5MPa。

3.2 密性試驗(yàn)分析

1）雙壁管段（管子制作圖）盡可能在車間制作完成，雙壁管子焊接要求及焊接檢驗(yàn)，按本文2.6、2.7要求執(zhí)行。由于本項(xiàng)目雙壁管制作全部采用對(duì)焊，內(nèi)壁管水壓試驗(yàn)車間完成，氣密試驗(yàn)裝船后進(jìn)行。外壁管只做裝船后氣密試驗(yàn)。

2）內(nèi)壁管路密性試驗(yàn)

（1）內(nèi)壁管管段進(jìn)行車間水壓試驗(yàn)時(shí)，可采取特殊工裝將管段進(jìn)行連接，水壓試驗(yàn)壓力1.5MPa，保持時(shí)間5min以上（試驗(yàn)前需考慮外壁管彎頭安裝）。待壓力穩(wěn)定后再進(jìn)行檢查，用小錘輕擊管子彎頭四周及焊縫處，如果壓力表讀數(shù)沒有下降，而且對(duì)口焊縫處無滲漏現(xiàn)象，則認(rèn)為合格。試驗(yàn)完畢后，將管路內(nèi)液體清除、吹干。

（2）內(nèi)壁管管段實(shí)船安裝完畢后，進(jìn)行內(nèi)壁管氣密試驗(yàn)，密性試驗(yàn)期間不連接任何設(shè)備（連接到主機(jī)前的管路接口用臨時(shí)工裝堵死，連接GVU的進(jìn)出口采用臨時(shí)工藝管連接）。氣密試驗(yàn)壓力1.5MPa，試驗(yàn)壓力保持時(shí)間15min，如果壓力表讀數(shù)沒有下降，僅對(duì)船上焊接的對(duì)口焊縫（車間合格后的焊縫不做檢驗(yàn)），采用肥皂水或其他等效方式確認(rèn)接頭沒有滲漏。

3）外壁管路密性試驗(yàn)

（1）外壁管車間不做密性試驗(yàn)。

（2）船上內(nèi)壁管氣密試驗(yàn)通過后，進(jìn)行外壁管的氣密試驗(yàn)。外壁管密性試驗(yàn)其間不連接任何設(shè)備（連接到主機(jī)前的管路接口用臨時(shí)工裝堵死，連接GVU的進(jìn)出口采用臨時(shí)工藝管連接）。外壁管進(jìn)行氣密試驗(yàn)壓力為1.5MPa，試驗(yàn)壓力維持時(shí)間15min。如果壓力表讀數(shù)沒有下降，針對(duì)外壁管的所有對(duì)接焊縫，采用肥皂水或其他等效方式確認(rèn)所有接頭沒有滲漏。

4 結(jié)束語

本文以某型LNG船舶為例，結(jié)合船級(jí)社及船東針對(duì)雙壁管的要求展開論述。通過理論與實(shí)踐的結(jié)合進(jìn)行總結(jié)，為今后建造的LNG作為燃?xì)獾碾p壁管提供了一定的借鑒及參考價(jià)值。

[1] 中國(guó)船級(jí)社. 《散裝運(yùn)輸液化氣體船舶構(gòu)造與設(shè)備規(guī)范》及后續(xù)修改通報(bào)[S]. 北京: 人民交通出版社, 2006.

[2] 中國(guó)船級(jí)社. 雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝指南[S].北京: 人民交通出版社, 2007.

[3] 中國(guó)船級(jí)社. 《鋼質(zhì)海船入級(jí)與建造規(guī)范》及后續(xù)修改通報(bào)[S]. 北京: 人民交通出版社, 2012.

[4] 中國(guó)船級(jí)社. 《材料與焊接規(guī)定》及后續(xù)修改通報(bào)[S].北京: 人民交通出版社, 2012.

Research on Manufacture & Welding & Gas Tightness Test of LNG Carrier Double Wall Piping

Gao Zhen-yu, Yu Cai-xia, Tong Guo-zhi

(COSCO (Dalian) Shipyard Co., Ltd., Liaoning Dalian 116113, China)

Based on the gas double-walled tube adopted by 28000m3LNG ship project, double-wall pipe diameter calculation and model of the arrangement are considered in the design stage. As well as combining with the manufacture, welding, tightness research on the ship, the double wall piping which meets the inspection requirements of the owner and classification society is produced. This research can provide a practical guidance for the building of LNG ship using the double-wall piping in the future.

fabrication; welding; gas tightness test

U671.8

A

1005-7560 (2014) 06-0039-04

高振宇（1979-），男，助理工程師，研究方向：船舶與海洋工程輪機(jī)管系設(shè)計(jì)。