一種LNG動(dòng)力船供氣系統(tǒng)雙層管的施工工藝

何日能 張義偉

摘 要：本文介紹了LNG動(dòng)力船供氣系統(tǒng)的相關(guān)要求，對(duì)雙層管設(shè)計(jì)、建造、檢驗(yàn)過程中的一些問題進(jìn)行了研究，總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)，形成具體的現(xiàn)場(chǎng)操作及檢驗(yàn)流程，編寫了一種LNG動(dòng)力船供氣系統(tǒng)雙層管的施工工藝

關(guān)鍵詞：LNG；雙層管；施工工藝

中圖分類號(hào)：U664.84 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： This paper introduces the requirements of LNG supply system， studies the problems encountered in the design， construction and inspection of the double-layer pipes， summarizes relevant experience， forms the specific field operation and inspection process， and prepares the construction technology of the double-layer pipes for LNG supply system in LNG ships.

Key words： LNGl； Double-layer pipe； Construction technology

1 引言

近年來，已開始出現(xiàn)使用以清潔能源為燃料的新造船舶。天然氣是一種低碳化的清潔能源，大力發(fā)展以LNG為燃料的新造船舶將是未來很長一段時(shí)間內(nèi)的發(fā)展趨勢(shì)。

液化天然氣（LNG）是為便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸而轉(zhuǎn)換為液體形態(tài)的天然氣，其體積約為等量氣態(tài)天然氣的1/600。LNG無色、無味、無毒并且無腐蝕性，其缺點(diǎn)是易燃及引起窒息。LNG的儲(chǔ)存和運(yùn)輸通常是在接近其沸點(diǎn)（常壓下約-160 ℃）溫度下。

由于天然氣本身的特性，所以對(duì)于LNG動(dòng)力船舶來講，確保LNG供氣系統(tǒng)的安全性將是貫穿在新造船舶設(shè)計(jì)、建造、檢驗(yàn)與日常使用當(dāng)中的重中之重。LNG系統(tǒng)簡(jiǎn)圖，如圖1所示。

2 LNG供氣系統(tǒng)雙層管簡(jiǎn)介

LNG供氣系統(tǒng)是指通過LNG加熱系統(tǒng)二級(jí)換熱結(jié)構(gòu)，利用乙二醇/水混合溶液給LNG加熱，使其氣化成常溫的天然氣并提供給主機(jī)使用的管路及相關(guān)系統(tǒng)。

LNG供氣系統(tǒng)通常都采用雙層管結(jié)構(gòu)。根據(jù)CCS規(guī)范要求，LNG氣體燃料管路只能采用下面兩種方式中的一種：

（1）氣體燃料管應(yīng)為雙層壁管。其氣體燃料被貯存在內(nèi)管中。對(duì)于同心管之間的空間，應(yīng)用惰性氣體加壓至大于氣體燃料的壓力；應(yīng)設(shè)置合適的報(bào)警裝置，以警示兩管之間惰性氣體壓力的下降；

（2）氣體燃料管應(yīng)被安裝在通風(fēng)管或管道內(nèi)。在氣體燃料管和通風(fēng)管或管道內(nèi)壁之間的空間應(yīng)設(shè)置機(jī)械抽風(fēng)設(shè)備，其排量至少為30次/h；應(yīng)將通風(fēng)系統(tǒng)布置成能維持其壓力低于大氣壓力；風(fēng)扇電機(jī)應(yīng)置于通風(fēng)管或管道之外；應(yīng)將通風(fēng)出口設(shè)于不會(huì)點(diǎn)燃易燃?xì)怏w/空氣混和物的位置。

綜合考慮船廠的實(shí)際情況、建造的可操作性以及使用、檢修便利，我們選擇采用第二種方式。即從罐體到主機(jī)段的供氣管路采用雙層管結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為天然氣管路、外層為通風(fēng)管路。若內(nèi)層管泄漏，可通過設(shè)置在通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)的可燃?xì)怏w探頭報(bào)警，自動(dòng)切斷供氣系統(tǒng)上的所有遙控閥門，并直接通過通風(fēng)系統(tǒng)將可燃?xì)怏w排走。

3 LNG供氣系統(tǒng)雙層管的設(shè)計(jì)

由于氣體燃料的特殊性，防止供氣管路的泄漏是管路設(shè)計(jì)、建造、檢驗(yàn)過程中最重要的一步。所以在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到建造過程中的可操作性，以及使用安全、檢驗(yàn)要求，包括檢修的方便性。

3.1 雙層管的焊接及拍片

根據(jù)CCS規(guī)范要求，氣體燃料管路應(yīng)盡可能采用全焊接對(duì)焊接頭，并應(yīng)進(jìn)行全部的射線檢查。所以雙層管的基本要求是內(nèi)外管均采用對(duì)焊連接，其中內(nèi)層供氣管要求進(jìn)行100%射線檢測(cè)。

由于內(nèi)層管路采用100%射線檢測(cè)，所以在雙層管設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)拍片的要求。另外，因考慮到外場(chǎng)焊接內(nèi)管及拍片要求，采用了在內(nèi)管對(duì)焊處將外管先切割成兩瓣，當(dāng)內(nèi)管焊接及拍片檢測(cè)完畢之后，將外管拼回去再焊接外管，所以此處切割的外管長短對(duì)于內(nèi)管拍片有直接影響。拍片具體要求見圖2所示。

考慮到現(xiàn)場(chǎng)情況，要求在內(nèi)管對(duì)焊處外管切割長度至少要大于300 mm，而機(jī)頭與對(duì)焊處的距離要大于500 mm才能保證內(nèi)管拍片的要求。另外，為滿足拍片的要求，雙層管設(shè)計(jì)不能靠壁太近，必須大于150 mm。

3.2 內(nèi)外管支撐

雙層管內(nèi)外管均采用不銹鋼316L管路，外管為φ140*5、內(nèi)管為φ89*4。為保證雙層管的安裝，在內(nèi)外管之間要設(shè)置支撐塊。

考慮到天然氣的可爆性，為防止靜電，以前常用的支撐形式都不太適用。經(jīng)綜合考慮，我們采用了如圖3所示的支撐形式，即采用內(nèi)管支撐塊與支撐襯墊的組合方式。內(nèi)管支撐塊為不銹鋼316L與內(nèi)管外壁直接焊接，支撐襯墊采用聚四氟乙烯材質(zhì)，防止與外管內(nèi)壁碰撞產(chǎn)生火花。

3.3 雙層管的內(nèi)場(chǎng)制作、安裝

由于雙層管的拍片要求、現(xiàn)場(chǎng)的可操作性，以及保證供氣管路的清潔，要盡量將雙層管的焊接、安裝工序前移到內(nèi)場(chǎng)完成，減少外場(chǎng)燒焊的焊縫數(shù)量。作業(yè)流程如圖4所示。

具體焊接要求如下：

（1）焊接方法采用TIG全位置焊，電源極性為DCRP，焊絲采用φ2.0 mm的316 L焊絲；

（2）焊接部件要清潔干凈，不應(yīng)有油漆、油污、氧化皮或其他對(duì)焊接質(zhì)量有害的附著物；

（3）點(diǎn)焊定位的焊渣和前道焊渣均應(yīng)清除干凈；

（4）焊接前應(yīng)仔細(xì)調(diào)節(jié)焊接參數(shù)，使焊接飛濺最小，確保電弧穩(wěn)定和焊縫成形良好；

（5）焊接時(shí)盡可能使焊縫處于平焊位置，并選擇小的焊接參數(shù)；

（6）禁止在工件上隨處任意引弧，焊接收弧應(yīng)填滿弧坑后熄??；

（7）焊縫尺寸用焊縫卡尺、直尺（鋼皮尺）等進(jìn)行檢驗(yàn)，焊縫應(yīng)符合圖樣要求，焊縫金屬應(yīng)向母材圓滑過渡；

（8）焊縫表面不應(yīng)有裂紋、焊瘤、焊穿、未熔合、針狀氣孔及弧坑、滿溢等缺陷；

（9）管子焊接完成，應(yīng)清除焊渣、藥粉及飛濺粒子，部分焊縫應(yīng)用砂輪進(jìn)行修整。

3.4 雙層管的外場(chǎng)安裝

安裝原則為先LNG管、后普通管；先燃?xì)鈨?nèi)管、后通風(fēng)外管；

焊接順序?yàn)橄葍?nèi)管拍片檢驗(yàn)焊縫、氣密試驗(yàn)報(bào)檢合格，再外管普通焊縫；外管普通焊縫、先兩半拼彎拼焊，再兩半拼管拼焊。

具體施工流程如圖5所示。

在外場(chǎng)焊接過程中首先要考慮現(xiàn)場(chǎng)施工及100%拍片的可操作性，在設(shè)計(jì)階段明確焊接及拍片檢測(cè)空間要求，保證外場(chǎng)施工及拍片能順利展開。

考慮到LNG系統(tǒng)的特殊性，內(nèi)層管道不能存在水，所以氣密時(shí)要采用干燥的氮?dú)膺M(jìn)行（壓縮空氣含水汽較多，不建議采用）。lNG管路對(duì)管路清潔度要求較高，在氣密前及氣密后，應(yīng)對(duì)內(nèi)外層管路用干燥的氮?dú)鈱?duì)管路進(jìn)行吹洗，在管路兩側(cè)用白布進(jìn)行檢驗(yàn)，白布上無雜質(zhì)證明已清潔完畢，進(jìn)行封端處理。

4 LNG系統(tǒng)雙層管檢驗(yàn)流程

由于CCS規(guī)范尚不完善，所以如何檢驗(yàn)本船LNG各相關(guān)系統(tǒng)的壓力、密性是關(guān)系到LNG系統(tǒng)能否正常交付使用的基礎(chǔ)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，經(jīng)過與船東、船檢、規(guī)范所的共同研究，我們形成了具體的檢驗(yàn)流程。

LNG供氣系統(tǒng)為雙層管結(jié)構(gòu)，內(nèi)外管設(shè)計(jì)壓力均為1MPa。為保證管路的密性及強(qiáng)度，以及檢驗(yàn)雙層管內(nèi)外管焊接質(zhì)量，我們按如下流程進(jìn)行檢驗(yàn)：

（1）外場(chǎng)定位內(nèi)場(chǎng)制作安裝好的部分雙層管，對(duì)內(nèi)管連接焊縫進(jìn)行焊接，并進(jìn)行100%射線檢測(cè)，提交船東、 船檢報(bào)驗(yàn)；

（2）將LNG儲(chǔ)罐的壓力升到0.6 MPa，利用儲(chǔ)罐內(nèi)壓力吹掃罐體到GVU段的雙層管，在GVU處法蘭用白布進(jìn)行檢驗(yàn)，待白布上無雜質(zhì)證明此段管路已清潔完畢；然后利用加注軟管連接槽車氣化器與GVU-主機(jī)軟管段雙層管，利用液氮?dú)饣牡獨(dú)獯祾叽硕喂苈?，在主機(jī)軟管處法蘭用白布進(jìn)行檢驗(yàn)，待白布上無雜質(zhì)證明此段管路已清潔完畢；

（3）盲住內(nèi)管連接法蘭一端，從另一端打入氮?dú)膺M(jìn)行1.5倍設(shè)計(jì)壓力（1.5 MPa）的氣壓試驗(yàn)，保壓15分鐘；然后將壓力降至設(shè)計(jì)壓力（1 MPa）保壓2個(gè)小時(shí)以上檢查管路密性，焊縫處涂肥皂水檢測(cè)，提交船東、船檢報(bào)驗(yàn)；

（4）內(nèi)管檢測(cè)完畢，安裝內(nèi)管焊縫處的外管，焊接外管連接焊縫，進(jìn)行不銹鋼焊縫常規(guī)檢測(cè)；

（5）盲住外管連接法蘭一端，從另一端打入氮?dú)膺M(jìn)行 1.5倍設(shè)計(jì)壓力（1.5 MPa）的氣壓試驗(yàn)，保壓15分鐘；然后將壓力降至設(shè)計(jì)壓力（1 MPa）保壓2個(gè)小時(shí)以上檢查管路密性，焊縫處涂肥皂水檢測(cè)，提交船東、船檢報(bào)驗(yàn)。

5 結(jié)束語

LNG動(dòng)力船供氣系統(tǒng)是整個(gè)LNG相關(guān)系統(tǒng)里面最重要的一環(huán)。它將LNG儲(chǔ)罐與主機(jī)聯(lián)通起來，將LNG轉(zhuǎn)換為氣態(tài)天然氣供主機(jī)使用，它的設(shè)計(jì)、建造質(zhì)量直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的成敗。通過對(duì)相關(guān)規(guī)范、技術(shù)要求的研究，以及經(jīng)過與船東、船檢、設(shè)備廠商共同討論，我們總結(jié)出了一套LNG供氣系統(tǒng)雙層管的建造施工、檢驗(yàn)流程，保證了相關(guān)檢驗(yàn)、加注及系泊、航行試驗(yàn)的順利進(jìn)行，為船舶的交付奠定了基礎(chǔ)，也為以后LNG相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、建造積累了經(jīng)驗(yàn)。

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