淺談船用LNG管路設(shè)計要點

張華

摘? 要：LNG管路分為低溫管和常溫供氣管。本文將重點介紹船用LNG管路設(shè)計，安裝注意事項及要點，供借鑒參考。

關(guān)鍵字：液相管，供氣管，雙壁管，焊接

LNG燃料作為一種新型的清潔能源，作為船用燃料時可以有效減少SOx ，NOx，CO2 排放，滿足日益嚴格的船舶排放法規(guī)要求，且會降低船舶燃料成本，提高船舶的燃料經(jīng)濟性。LNG從字面理解為液化天然氣，船用天然氣管道主要由液相管路及氣相管路組成。液相管主要是從LNG加注站至LNG儲罐的加注管路，氣相管主要為氣化&加熱器與主/輔機之間供氣管路及加注站，儲罐安全閥氣體釋放管路。按照主機選型不同，供氣管路又分為高壓供氣管路及低壓供氣管路。

1? 低溫液相管設(shè)計要點

1.1低溫液相管材質(zhì)選型

因LNG低溫特性（-163°），常規(guī)鋼板，鋼管在此低溫環(huán)境下會發(fā)生低溫脆化，造成碎裂。適用于低溫的材料：高錳鋼、鎳合金鋼、鎳鐵合金鋼（INVAR鋼，36%鎳）、不銹鋼、鋁。船用LNG管路材質(zhì)通常選用不銹鋼。

1.2 低溫液相管穿艙件及管支撐選型

為維持介質(zhì)的低溫及安全需要，液相管外表面需要外包絕緣，絕緣層厚度根據(jù)管徑尺寸確定。液相管不能直接與鋼制甲板或管路支撐焊接，液相管穿甲板需要用專用的低溫管穿艙件，液相管管夾為保溫型。低溫管穿艙件及保溫管夾尺寸均比常規(guī)穿艙件及管夾尺寸大很多，需要提前考慮開孔尺寸及布置空間。

1.3 低溫液相管低溫應(yīng)力分析

因LNG介質(zhì)特性，在儲罐充裝過程中需要經(jīng)歷巨大的溫差，會造成管路產(chǎn)生低溫應(yīng)力，而且船體變形，管路支架的布置對低溫管應(yīng)力變化影響非常大。所以需要用有限元分析軟件建模對低溫管進行應(yīng)力分析計算，通過分析，在管路上設(shè)置必要的膨脹彎管及優(yōu)化管支架位置，降低管路應(yīng)力。該應(yīng)力分析需要盡可能的提前，避免后期管線及支撐調(diào)整修改，尤其當空間狹小時，會造成后期調(diào)整更改困難。

1.4 低溫液相管連接形式

因LNG液體的低溫特性，泄漏后的液體會損壞船體結(jié)構(gòu)，所以防止液相管接頭泄漏顯得尤為重要。低溫液相管可以使用法蘭和對接焊連接，但應(yīng)盡可能用對接焊連接，避免使用法蘭連接，因為經(jīng)檢測合格的對接焊連接可靠性遠高于法蘭連接。法蘭連接通常用于通岸接口，且法蘭接口處需要設(shè)置不銹鋼集液盤。按照各船級社要求，低溫管對接焊縫均需100%探傷，以保證焊接質(zhì)量。為此，焊縫周邊需要預(yù)留足夠空間供焊接和檢測設(shè)備檢測焊縫。

2? 供氣管設(shè)計要點

2.1? 機艙外的供氣管路為單壁管，選用不銹鋼316L材質(zhì)，但需按照主/輔機廠家要求選型，部分主機廠家要求供氣管為雙相不銹鋼。該供氣管通常為對接焊連接，可使用普通U型管夾，但需用軟性材料將管子與U型管夾隔離，防止管子竄動與U型夾碼摩擦損傷供氣管。管路介質(zhì)為常溫氣體，為保證至各用戶的氣體溫度不受環(huán)境溫度影響，該管路位于機艙外露天部分通常也需做絕緣包扎。

2.2? 機艙內(nèi)為了盡可能避免因供氣管路焊接等缺陷造成的管路泄漏危險，依照IMO及船級社的規(guī)范要求，機械處所的燃氣管采用雙壁管形式。一旦內(nèi)管發(fā)生泄漏，還有外套管進行隔離保護，減少火災(zāi)爆炸風險。內(nèi)外管之間有不間斷通風或者注入惰性氣體方式防液化氣泄漏，后者理論可行，通常使用通風方案。通風方案：內(nèi)外管之間的腔體有風機不間斷地抽風，一旦發(fā)生內(nèi)管泄漏，漏出的燃氣會立即被抽風機排出至露天安全區(qū)域。

3? 機艙雙壁管設(shè)計要點

機艙雙壁管內(nèi)管材質(zhì)與機艙外供氣管材質(zhì)相同，雙壁管外管材質(zhì)通常為不銹鋼304。因雙壁內(nèi)外管之間需要不間斷抽風，以保證管路負壓，并且每小時需達到一定量的換氣次數(shù)。所以雙壁管要盡量少的設(shè)置彎頭以降低管路阻力。同時為了泄漏檢測，在每一處彎頭處均需設(shè)置檢測螺紋接口，在規(guī)定長度的直管段上也需設(shè)置檢測螺紋接口。檢測螺紋接口周邊需要預(yù)留足夠檢測空間。同時雙壁管外管采用對接焊連接，管段連接處需要在船上現(xiàn)場焊接，為保證焊接質(zhì)量及焊縫檢測，需要在雙壁管周圍預(yù)留足夠空間供焊接及焊縫檢測。為此，管路布置時需優(yōu)先布置雙壁管，給其周圍預(yù)留足夠空間，避免后期無法焊接或無法進行焊縫無損檢測。雙壁管在內(nèi)外管之間徑向布置一定數(shù)量的滑動支架和固定支架。以保證內(nèi)管有足夠的支撐?；瑒又Ъ芘c外管間設(shè)置PTFE襯墊，以減少金屬管壁之間因直接接觸造成嚴重摩擦。

4? 雙壁管連接形式及焊接順序

雙壁管典型連接形式

首先焊接內(nèi)管對接焊縫①。內(nèi)管對接焊縫，進行焊縫探傷和內(nèi)管密性試驗合格后才可以裝配外管HALF型外套。外管HALF型外套裝配后，先點焊②和③兩道橫向焊縫，將焊縫②旋轉(zhuǎn)到方便施焊的位置，完成焊縫②的焊接;再將焊縫③旋轉(zhuǎn)到方便施焊的位置，完成焊縫③的焊接。將②和③兩道橫向焊縫旋轉(zhuǎn)到方便觀察和補焊的位置;然后點焊④和⑤兩道外管對接環(huán)形焊縫。依次完成④和⑤兩道外管對接環(huán)形焊縫。

結(jié)語： 面對日益嚴格的船舶排放要求及各國對LNG燃料船舶的大力支持，LNG作為船用動力燃料將會成為趨勢。因LNG燃料的特殊性，防止燃料泄漏顯得尤為重要，作為燃料輸送的管路系統(tǒng)，其設(shè)計布置合理，安裝及焊接合格能有效提高系統(tǒng)的安全性。了解LNG管路設(shè)計及布置要點，可使同類型船設(shè)計之初少走彎路，也能減少后期現(xiàn)場返工。

參考文獻：

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