國產(chǎn)郵輪上矩形風(fēng)管的法蘭選型分析

徐賽鳳，周建華，張明

(上海外高橋造船有限公司，上海 200137)

13.55萬t大型郵輪全船總長323.6 m，由機(jī)械處所和非機(jī)械處所組成，共計(jì)20層甲板。0甲板以下主要為機(jī)械處所，0甲板以上主要為非機(jī)械處所。其中非機(jī)械處所包括艙室區(qū)域、公共區(qū)域、餐飲區(qū)域及技術(shù)區(qū)域等。作為日?；顒?dòng)的重要場所，住艙、公共區(qū)域和餐飲等區(qū)域需要滿足不同的舒適性要求，而郵輪艙室環(huán)境的調(diào)控主要依靠空調(diào)風(fēng)管系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。 郵輪上，機(jī)艙、公共區(qū)域、廚房等區(qū)域的風(fēng)管以及與設(shè)備連接的風(fēng)管，通常需要通風(fēng)口徑較大的風(fēng)管，此時(shí)螺旋風(fēng)管無法滿足需求，需采用矩形風(fēng)管。而且矩形風(fēng)管是非標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品，型式多樣，還涉及中、高壓系統(tǒng)。矩形風(fēng)管的連接件包括套管和法蘭。套管連接有缺點(diǎn)：①焊接工藝繁瑣，易破壞風(fēng)管表面油漆，并在打磨時(shí)容易導(dǎo)致風(fēng)管變形；②安裝效率較低，耗費(fèi)大量的安裝工時(shí)。一般在特殊情況，比如，安裝在狹窄區(qū)域或者廚房抽油煙處的矩形風(fēng)管，才會(huì)選用套管來連接矩形風(fēng)管。法蘭連接在矩形風(fēng)管中應(yīng)用更加普遍。矩形風(fēng)管法蘭分為角鋼法蘭和插條法蘭?？紤]針對郵輪上矩形風(fēng)管法蘭的使用情況，通過收集國產(chǎn)首制郵輪上矩形風(fēng)管法蘭的實(shí)際使用數(shù)據(jù)，從加工效率、建造成本等方面對比插條法蘭與角鋼法蘭的使用，希望選擇出既滿足風(fēng)管設(shè)計(jì)施工需求，又能有效實(shí)現(xiàn)郵輪減重需求的法蘭。

1 矩形風(fēng)管法蘭種類和選型原則

國產(chǎn)郵輪矩形風(fēng)管的材料主要分為3種，包括鍍鋅板(白鐵皮)、鋼板和不銹鋼板。矩形風(fēng)管根據(jù)厚度分為薄、厚壁風(fēng)管，其中薄壁風(fēng)管是指壁厚小于等于1.1 mm的風(fēng)管；厚壁風(fēng)管是指壁厚大于等于3 mm的風(fēng)管。矩形風(fēng)管的連接件包括套管和法蘭。矩形風(fēng)管法蘭分為角鋼法蘭和插條法蘭。

插條法蘭可以采用鉤碼或者C型插條固定。采用鉤碼固定的插條法蘭見圖1。

圖1 鉤碼固定形式的插條法蘭

當(dāng)空間非常狹小，鉤碼無法安裝時(shí)，插條法蘭可以采用C型插條固定，見圖2。

圖2 C型插條固定形式的插條法蘭

角鋼法蘭由角鋼型材和螺栓螺母緊固件組成。矩形風(fēng)管角鋼法蘭見圖3。

圖3 矩形風(fēng)管角鋼法蘭

不同材料、不同壁厚的矩形風(fēng)管應(yīng)當(dāng)選擇不同類型法蘭。國產(chǎn)郵輪矩形風(fēng)管法蘭的具體選型原則見表1。

由表1可見，厚壁矩形風(fēng)管與不銹鋼風(fēng)管均需要使用角鋼法蘭，對于需要與角鋼法蘭連接的薄壁矩形風(fēng)管也需要使用相對應(yīng)的角鋼法蘭。

表1 法蘭選型 mm

薄壁矩形風(fēng)管若不需要和螺栓法蘭連接，則選用插條法蘭。固定件通常選用鉤碼，當(dāng)鉤碼安裝空間受限，且風(fēng)管長邊≤630 mm、對氣密性要求不高的風(fēng)管可以選用C型插條固定。

2 矩形風(fēng)管法蘭工藝要求

2.1 矩形風(fēng)管法蘭制作工藝

2.1.1 插條法蘭的制作工藝

插條法蘭由法蘭條，角連接件及固定件組成。法蘭條見圖4。

圖4 法蘭條

法蘭條的原材料是鍍鋅鋼板，通過滾壓成型的方式生產(chǎn)。法蘭條可以切割成所需的長度，用來組裝成插條法蘭的框架。

角連接件安裝在插條法蘭的4個(gè)角部，用于連接法蘭條。角連接件見圖5。

圖5 角連接件

固定件用于緊固法蘭條，滿足風(fēng)管氣密性要求。固定件選用鉤碼或者C型插條。鉤碼是剛性結(jié)構(gòu)，有很強(qiáng)的承載能力，鉤碼見圖6。

圖6 鉤碼

C型插條見圖7。

圖7 C型插條

矩形風(fēng)管插條法蘭的尺寸規(guī)格見表2。

表2 矩形插條法蘭的尺寸規(guī)格

2.1.2 角鋼法蘭制作工藝

角鋼法蘭由角鋼型材和螺栓螺母緊固件組成。角鋼型材包括鍍鋅角鋼、不銹鋼角鋼以及碳鋼角鋼。

圖8 矩形風(fēng)管角鋼法蘭結(jié)構(gòu)圖

圖8中:、分別為風(fēng)管名義尺寸(外徑)的長、寬；為法蘭內(nèi)側(cè)到螺栓孔中心的距離；為法蘭的每個(gè)螺栓孔間距的間距，螺栓孔均勻分部。

矩形風(fēng)管角鋼法蘭的尺寸規(guī)格見表3。

表3 矩形風(fēng)管角鋼法蘭的尺寸規(guī)格

2.2 矩形風(fēng)管法蘭施工工藝

2.2.1 插條法蘭的施工工藝說明

1)法蘭條和角連接件連接要求。

(1)先將角連接件插入風(fēng)管短邊對應(yīng)的插條法蘭的兩側(cè)，然后插入長邊對應(yīng)的插條法蘭。用木槌敲擊角連接件使其充分插入插條法蘭。注意角連接件凸起的部分應(yīng)該朝向2個(gè)法蘭的對接處，使2組法蘭的接觸面基本是一個(gè)平面。風(fēng)管四角處的角連接件與法蘭四角接口的固定應(yīng)穩(wěn)固、緊貼、端面平整，相連處不得有過大的連續(xù)通縫。

(2)法蘭條與矩形風(fēng)管采用點(diǎn)焊或壓槽，薄壁矩形風(fēng)管插條法蘭焊接節(jié)點(diǎn)參考圖9。

圖9 薄壁矩形風(fēng)管插條法蘭焊接節(jié)點(diǎn)(鉤碼)

(3)法蘭條和角連接件連接完成后，檢查法蘭表面平整度、法蘭與風(fēng)管之間密封性，如果有細(xì)小間隙，應(yīng)在間隙處涂防火密封膠。

2)薄壁矩形風(fēng)管插條法蘭安裝要點(diǎn)。

糖尿病病程＜12個(gè)月、12～24個(gè)月的胰腺癌患者在經(jīng)過治療后，腫瘤標(biāo)志物CA199、CEA水平持續(xù)下降，血糖水平也不斷降低，兩者之間為正相關(guān)關(guān)系（r=0.843、0.713，P=0.001、0.001）。 糖尿病病程 25～36 個(gè)月、＜36 個(gè)月的胰腺癌患者的血糖改善率同腫瘤標(biāo)志物CA199、CEA 水平的降低無關(guān)（r=0.281、0.187，P=1.754、1.896）。

(1)先確定風(fēng)管法蘭之間連接形式。

(2)鉤碼連接：根據(jù)風(fēng)管法蘭長短邊長度確定鉤碼數(shù)量，每個(gè)鉤碼間距為定值，相鄰鉤碼要反向安裝，均勻分部，見圖10，注意緊固螺栓松緊。

圖10 鉤碼固定形式的插條法蘭

插條連接：根據(jù)風(fēng)管法蘭長短邊長度選擇插條長度。

(3)先固定插條法蘭4個(gè)角緊固件，再安裝法蘭四邊鉤碼，或者再插上C型插條。

(4)在兩個(gè)風(fēng)管插條法蘭之間墊阻燃橡膠密封墊，防止風(fēng)管漏風(fēng)。

2.2.2 角鋼法蘭施工工藝說明

1)厚壁矩形風(fēng)管角鋼法蘭與風(fēng)管的連接采用焊接的方式，焊接時(shí)需注意以下幾點(diǎn)事項(xiàng)。

(1)法蘭與風(fēng)管內(nèi)側(cè)焊接為連續(xù)滿焊, 焊縫表面應(yīng)清理干凈,無焊渣。

(2)法蘭與風(fēng)管外側(cè)焊接為間斷焊，焊縫表面應(yīng)清理干凈無焊渣。

(3)碳鋼風(fēng)管法蘭材料為Q235-B，不銹鋼風(fēng)管法蘭材料應(yīng)采用與風(fēng)管相同的材料制作。

厚壁矩形風(fēng)管(含厚壁不銹鋼風(fēng)管)的角鋼法蘭焊接節(jié)點(diǎn)參考圖11。

圖11 厚壁矩形風(fēng)管的角鋼法蘭焊接節(jié)點(diǎn)

薄壁矩形風(fēng)管角鋼法蘭采用鉚釘與風(fēng)管相連，安裝時(shí)鉚釘間距小于等于100 mm。薄壁矩形風(fēng)管(含薄壁不銹鋼風(fēng)管)角鋼法蘭安裝節(jié)點(diǎn)參考圖12。

圖12 薄壁矩形風(fēng)管的角鋼法蘭安裝節(jié)點(diǎn)

2)厚壁矩形風(fēng)管角鋼法蘭安裝要點(diǎn)。

(1)根據(jù)風(fēng)管法蘭長短邊長度確定螺栓孔數(shù)量，每個(gè)螺栓孔間距為定值，均勻分部，注意緊固螺栓螺母松緊。

(2)在兩個(gè)風(fēng)管角鋼法蘭之間墊阻燃橡膠密封墊，防止風(fēng)管漏風(fēng)。

3 效益分析

3.1 使用數(shù)量對比

通過軟件抽取全船風(fēng)管模型中插條法蘭的物量，統(tǒng)計(jì)得到全船使用插條法蘭數(shù)量超5萬個(gè)，其長度超5萬m。其中規(guī)格為L20的插條法蘭數(shù)量超4萬個(gè)，長度超4萬m；規(guī)格為L30的插條法蘭數(shù)量為5千個(gè)左右，長度超1萬m。

在散貨船上，矩形風(fēng)管基本用的都是角鋼法蘭，若按照民船的方式全部采用角鋼法蘭，通過表3矩形風(fēng)管角鋼法蘭的尺寸規(guī)格和表2矩形插條法蘭的尺寸規(guī)格進(jìn)行轉(zhuǎn)換計(jì)算，共需要規(guī)格為L25×25×3的角鋼法蘭數(shù)量超3萬個(gè)，長度超2萬m；規(guī)格為L30×30×3的角鋼法蘭數(shù)量超1萬個(gè)，長度超2萬 m；規(guī)格為L40×40×4的角鋼法蘭數(shù)量為1千個(gè)左右，長度為6 000 m左右。

3.2 成本分析

考慮到單位長度法蘭的重量是定值，通過統(tǒng)計(jì)不同規(guī)格法蘭的總長度能夠計(jì)算出相應(yīng)重量，因此可以從構(gòu)件重量上比較插條法蘭與角鋼法蘭。L20的插條法蘭重量約20 t，L30的插條法蘭重量約10 t，全船薄壁矩形風(fēng)管插條法蘭的總重不到40 t。角鋼法蘭型材厚度3～4 mm，而插條法蘭的型材厚度為0.6～0.8 mm，以單位長度的角鋼重量對比插條的單重，角鋼法蘭比插條法蘭重。若使用對應(yīng)長度的角鋼法蘭，則這部分角鋼法蘭的總重超80 t。計(jì)算得出，使用角鋼法蘭約是使用插條法蘭總重的2倍。

另外，通過上文矩形風(fēng)管法蘭制作工藝的分析，結(jié)合調(diào)研生產(chǎn)廠家的實(shí)際情況，可以預(yù)估單個(gè)插條法蘭和角鋼法蘭的制作工時(shí)。通過計(jì)算得出插條法蘭的總制作工時(shí)約2千h，全船若使用對等數(shù)量的角鋼法蘭，則這部分角鋼法蘭的制作工時(shí)約2萬h，是插條法蘭的10倍。兩種法蘭制作工時(shí)差距大的原因有：①角鋼法蘭需要人工打螺栓孔；②角鋼法蘭與風(fēng)管焊接為連續(xù)滿焊，而插條法蘭與風(fēng)管之間采用點(diǎn)焊固定；③角鋼法蘭焊接之后還需打磨油漆。

最后，通過軟件抽取得到插條法蘭使用鉤碼的數(shù)量約20萬個(gè)，而全船使用對等數(shù)量的角鋼法蘭需要使用的螺栓數(shù)量超30萬個(gè)。根據(jù)矩形風(fēng)管法蘭的施工工藝以及廠家提供的數(shù)據(jù)可以預(yù)估單個(gè)插條法蘭和角鋼法蘭的安裝工時(shí)。插條法蘭的安裝工時(shí)約2 000 h，而角鋼法蘭的安裝工時(shí)約4 000 h是插條法蘭的2倍。造成安裝效率差異的原因主要有：①插條法蘭只需要安裝螺栓1個(gè)零件，而角鋼法蘭需要安裝螺栓、螺母、墊片3個(gè)零件；②對于同一尺寸的矩形風(fēng)管，角鋼法蘭使用固定件的個(gè)數(shù)明顯多與插條法蘭。

4 結(jié)論

通過對矩形風(fēng)管使用不同法蘭在重量、制作工時(shí)和安裝工時(shí)等3個(gè)方面的比較，可以看出插條法蘭相對角鋼法蘭具有以下優(yōu)勢。

1)如果合理替換角鋼法蘭，預(yù)計(jì)減輕超40 t重量。因此能夠?qū)崿F(xiàn)郵輪減重的需求。

2)由于插條法蘭的制作和安裝都很方便，如果合理替換角鋼法蘭，預(yù)計(jì)節(jié)省超2萬個(gè)工時(shí)。因此能夠大幅縮短工期。

3)適用范圍更廣，由于無需配置螺栓，可以顯著降低在狹窄區(qū)域的安裝難度。

4)拆裝容易，便于配合風(fēng)管調(diào)整位置的需求。

根據(jù)重量和制作、安裝工時(shí)的差異，可以計(jì)算得出對應(yīng)的材料費(fèi)和人工費(fèi)差異。對于國產(chǎn)郵輪項(xiàng)目，如果合理替換角鋼法蘭，預(yù)計(jì)共能節(jié)省超200萬元，能夠降低郵輪生產(chǎn)成本。