長(zhǎng)岸堤邊漁船使用天然氣的設(shè)計(jì)研究

余舒揚(yáng)

（重慶燃?xì)庠O(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，重慶 400000）

據(jù)調(diào)查，停靠在長(zhǎng)岸堤的餐飲漁船均采用電、煤、液化氣作為主要的烹飪?nèi)剂?，使用天然氣作為烹飪?nèi)剂仙袑倏瞻?。采用柔性輸送天然氣的管道連接于河岸與船體之間，設(shè)置高低水位控制設(shè)備，應(yīng)對(duì)不斷變化的船體位置、水位和水流，使得停靠在長(zhǎng)岸堤的餐飲漁船安全地用上天然氣成為可能。

1 分析及設(shè)計(jì)思路

1.1 地形分析

長(zhǎng)岸堤地形的特點(diǎn)是隨著水位的高低變化，陸地與江水的分界線是不斷平行于河岸變化的，設(shè)定躉船的末端與分界線重合（方便游客上下），在躉船數(shù)量及連接方式不變和水流平穩(wěn)的情況下，整個(gè)漁船系統(tǒng)會(huì)隨著水位的升高不斷垂直河岸線靠近，如圖1 所示。

圖1 長(zhǎng)岸堤地形漁船與河岸的關(guān)系

由于地形的特殊性，導(dǎo)致漁船與河岸之間的距離會(huì)隨著水位大幅度變化，使用單根柔性管道將河岸與船體連接，會(huì)出現(xiàn)低水位時(shí)需使用管道長(zhǎng)度是高水位時(shí)需使用管道長(zhǎng)度的2 倍以上。高水位時(shí)柔性管道過(guò)長(zhǎng)會(huì)帶來(lái)管道不便于收納和管理、增加漏氣風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)、增加維護(hù)和材料成本、增加附加意外情況的發(fā)生等諸多不利因素。

1.2 運(yùn)行管理分析

燃?xì)庹{(diào)壓計(jì)量設(shè)備，燃?xì)鈭?bào)警系統(tǒng)自動(dòng)切斷閥門不應(yīng)受到江水浸泡，需設(shè)置在50 年一遇最高水位線以上；調(diào)壓設(shè)備后供氣主管道應(yīng)設(shè)置控制閥門，在運(yùn)行期間便于管理人員隨時(shí)對(duì)供氣管道進(jìn)行控制，對(duì)燃?xì)庠O(shè)備設(shè)施進(jìn)行維護(hù)、保養(yǎng)、更換和應(yīng)急處置等操作。

1.3 安全風(fēng)險(xiǎn)分析

河道水位、水流速度和方向的瞬息萬(wàn)變，江水中運(yùn)行船舶及漂浮物具有不確定性，河岸上和水面下復(fù)雜的地形都是影響燃?xì)夤艿勒＿\(yùn)行的安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)通過(guò)管理和硬件安全設(shè)施的共同作用，最終達(dá)到安全運(yùn)行的目的。

1.4 柔性管材需求分析

結(jié)合長(zhǎng)岸堤地形，柔性輸氣管道需要滿足如下設(shè)計(jì)要求：（1）輸氣管道允許天然氣（主要成分為甲烷）作為輸送介質(zhì)；（2）輸氣管道具有一定的柔性和韌性，能承受設(shè)計(jì)范圍內(nèi)自由彎曲和拉伸而不產(chǎn)生破壞造成漏氣；（3）輸氣管道的內(nèi)徑大小應(yīng)符合流通能力和壓力損失限制的設(shè)計(jì)要求；（4）輸氣管道外表面具有適應(yīng)使用環(huán)境和抗外力沖擊的防護(hù)措施。

針對(duì)長(zhǎng)岸堤地形邊的漁船用氣設(shè)計(jì)，結(jié)合安全性和經(jīng)濟(jì)性，在滿足使用的前提下，應(yīng)根據(jù)水位變化，合理設(shè)置控制閥門的位置，在高風(fēng)險(xiǎn)位置采用鋼制管道，減少柔性軟管的使用所帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)。柔性管道應(yīng)采用大口徑、抗外力沖擊、耐磨的天然氣專用管道，并設(shè)置意外情況下拉斷自動(dòng)切斷裝置。

2 施工圖設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)資料的收集

（1）地形圖、漁船平面圖、燃?xì)夤芫W(wǎng)資料；（2）漁船燃?xì)庠O(shè)備的用氣量、額定壓力、用氣位置、用氣環(huán)境；（3）漁船用氣的水位范圍；（4）漁船?？课恢玫乃馁Y料（近50 年）；（5）漁船船體隨水位及水流變化的位移幅度；（6）規(guī)劃審批資料。

氣源管網(wǎng)運(yùn)行壓力0.2MPa，漁船廚房總用氣量40Nm3/h，用氣設(shè)備額定壓力2kPa，漁船用氣水位162.83～185m（1956 年黃海高程系統(tǒng)），歷史最高水位192.5m（1956 年黃海高程系統(tǒng)），漁船船體會(huì)隨著水位升高垂直向河岸方向運(yùn)動(dòng)，且隨水流方向有±10m的左右位移量，用氣房間為一層廚房。

2.2 設(shè)計(jì)壓力的設(shè)定

調(diào)壓計(jì)量柜前中壓管道設(shè)計(jì)壓力為0.4MPa，壓力類別屬于GB1；漁船一層廚房定義為特殊用氣場(chǎng)所，船上總閥門后管道設(shè)計(jì)壓力提高一個(gè)等級(jí)，設(shè)計(jì)壓力為0.1MPa，壓力類別屬于GB1；調(diào)壓計(jì)量柜后至船上總閥門之間管道設(shè)計(jì)壓力為4.5kPa。

2.3 管材的選型及設(shè)置

（1）3PE 加強(qiáng)防腐直縫鋼制管道（GB/T 3091-2015）作為燃?xì)庑袠I(yè)常用的埋地燃?xì)廨斔陀霉艿溃哂行阅芊€(wěn)定、價(jià)格便宜、施工熟練等優(yōu)點(diǎn)。（2）厚壁無(wú)縫不銹鋼管（GB/T 14976-2012）作為燃?xì)庑袠I(yè)常用的明設(shè)燃?xì)廨斔陀霉艿?，具有防腐性能?qiáng)、施工熟練等優(yōu)點(diǎn)。（3）用于LPG 領(lǐng)域的柔性管道，具有一定的自由彎曲和拉伸性能，口徑大；但管道表面易受外力沖擊破壞，紫外線照射性能衰減，質(zhì)量大，價(jià)格高，彎曲半徑小等缺點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)選用了Parker LPG Hose SS106-3000（ISO2928-1986E），外敷金屬鎧甲耐磨保護(hù)層，防止因柔性管道與岸堤之間產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)對(duì)管外壁產(chǎn)生外力損壞和紫外線照射產(chǎn)生的加速老化。主要參數(shù)：設(shè)計(jì)壓力2.4MPa、外徑95mm、內(nèi)徑76.2mm、重量3.77kg/m、彎曲半徑650mm、抗拉能力25kN、法蘭連接、最大包裝長(zhǎng)度100ft。

2.4 燃?xì)庹{(diào)壓計(jì)量設(shè)備的選型和設(shè)置

為方便管理，選用定制調(diào)壓計(jì)量柜，設(shè)計(jì)進(jìn)口壓力為0.01～0.4MPa，設(shè)計(jì)出口壓力為2.5kPa（2～3kPa可調(diào)），調(diào)壓設(shè)備內(nèi)預(yù)留DN50 G40 羅茨流量計(jì)位置，豎直安裝。調(diào)壓計(jì)量柜設(shè)置在河堤上漁船員工宿舍旁，距員工宿舍8m 安全間距，調(diào)壓計(jì)量柜基礎(chǔ)海拔高度為196.48m（1956 年黃海高程系統(tǒng)），如圖2 所示。

圖2 調(diào)壓計(jì)量柜設(shè)置位置

2.5 燃?xì)饪刂乒襁x型和設(shè)置

燃?xì)饪刂乒袷窃O(shè)置在長(zhǎng)岸堤上鋼制埋地管道與地上柔性管道之間的設(shè)備，起到鋼制管道與柔性管道轉(zhuǎn)換和切斷管道供氣的作用，是日常維護(hù)保養(yǎng)、應(yīng)急處置的重要設(shè)備。同時(shí)具有氣流止回和柔性管道拉斷自動(dòng)切斷的功能，是安全運(yùn)行的重要安全保障。

燃?xì)饪刂乒癫捎们搜b，下進(jìn)側(cè)出，控制柜箱體高度控制在1m 以內(nèi)（降低水下碰撞風(fēng)險(xiǎn)），且采用厚壁不銹鋼板制作，提供兩側(cè)開(kāi)門維護(hù)，控制柜內(nèi)設(shè)置不銹鋼止回閥和不銹鋼球閥串聯(lián)，控制柜外設(shè)置不銹鋼拉斷閥，拉斷拉力設(shè)置為20kN。

結(jié)合長(zhǎng)岸堤的地形特點(diǎn)，為減少柔性管道的應(yīng)用，將漁船用氣水位162.83～185m 分為兩段，低水位段為162.83～173m，高水位段為173～185m，在174m 及186m 分別設(shè)置一個(gè)燃?xì)饪刂乒?，且兩個(gè)燃?xì)饪刂乒窬O(shè)置在船體移動(dòng)范圍以外。控制柜側(cè)面和頂面均設(shè)置防撞設(shè)施。燃?xì)庹{(diào)壓計(jì)量柜與燃?xì)饪刂乒裰g采用3PE 加強(qiáng)級(jí)防腐直縫鋼制管道埋設(shè)，并采用混凝土包封，起到水下保護(hù)及穩(wěn)管的作用。

當(dāng)水位在162.83～173m 時(shí)，燃?xì)馊嵝怨艿澜又恋臀豢刂乒駷闈O船供氣，關(guān)閉高位控制柜總球閥。當(dāng)水位在173～185m 時(shí)，燃?xì)馊嵝怨艿澜又粮呶豢刂乒駷闈O船供氣，關(guān)閉低位控制柜總球閥（控制柜被江水淹沒(méi)）。當(dāng)水位超過(guò)185m 時(shí)，同時(shí)關(guān)閉高低兩個(gè)控制柜總球閥（均被江水淹沒(méi)），回收燃?xì)馊嵝攒浌埽瑫和Ｈ細(xì)夤?yīng)。

2.6 漁船上的燃?xì)庠O(shè)計(jì)

船舷內(nèi)側(cè)設(shè)置總球閥，總球閥需加強(qiáng)固定，防止由于柔性管道重力及作用在柔性管道上的外力對(duì)總球閥及下游管道的破壞。船上總球閥后采用厚壁無(wú)縫不銹鋼管明設(shè)至用氣設(shè)備。

用氣房間的建設(shè)及相關(guān)設(shè)施的設(shè)置，應(yīng)滿足消防部門的相關(guān)規(guī)定，以及《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50028-2006）等規(guī)范的相關(guān)條款的要求。用氣區(qū)域應(yīng)采用耐火極限不低于2h 的非燃燒實(shí)體墻和1.5h 的不燃性樓板與電話間、變配電室、修理間、儲(chǔ)藏間、臥室、休息室隔開(kāi)（隔墻置頂）。

用氣房間需開(kāi)設(shè)百葉窗，保持用氣房間的良好通風(fēng)。燃?xì)夤艿姥鼐€及用氣房間應(yīng)設(shè)置復(fù)合型檢測(cè)報(bào)警器（同時(shí)檢測(cè)可燃?xì)怏w及一氧化碳），燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)宜接入船上消防控制中心集中控制管理，緊急自動(dòng)切斷閥（電磁閥）應(yīng)設(shè)置在河岸上調(diào)壓計(jì)量柜旁，停電時(shí)緊急自動(dòng)閥必須處于關(guān)閉狀態(tài)（帶電常開(kāi)）。

用氣房間應(yīng)設(shè)置獨(dú)立的機(jī)械送排風(fēng)設(shè)施，通風(fēng)量應(yīng)滿足下列要求：正常工作時(shí)，換氣次數(shù)不應(yīng)小于6 次/h；事故通風(fēng)時(shí)，換氣次數(shù)不應(yīng)小于12 次/h；不工作時(shí)，換氣次數(shù)不應(yīng)小于3 次/h。當(dāng)燃燒所需的空氣從室內(nèi)吸取時(shí)，應(yīng)滿足燃燒所需的空氣量，并應(yīng)滿足排除房間燃?xì)庠O(shè)備散失的多余熱量所需的空氣量。送排風(fēng)設(shè)施應(yīng)設(shè)置防爆型。

用氣房間屬爆炸性氣體環(huán)境，所有電力裝置設(shè)計(jì)應(yīng)符合《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50058-92）的相關(guān)規(guī)定，照明設(shè)備（含開(kāi)關(guān)）應(yīng)為固定的防爆設(shè)備。

3 燃?xì)庠O(shè)計(jì)效果

通過(guò)本次燃?xì)庠O(shè)計(jì)，克服了長(zhǎng)岸堤地形所帶來(lái)的管道長(zhǎng)度變化大、供氣流量大、地貌復(fù)雜、環(huán)境惡劣且復(fù)雜多變等諸多難點(diǎn)；引入并擴(kuò)大了LPG 柔性管道在天然氣行業(yè)的應(yīng)用，發(fā)明了高低水位控制柜分段控制的供氣方案，滿足了漁船在162.83～185m 變化水位連續(xù)穩(wěn)定安全供氣的基本需求，使長(zhǎng)岸堤邊漁船使用天然氣成為可能。