LNG燃料動力船舶雙壁管施工工藝

摘" " 要：隨著國家對環(huán)境保護(hù)的重視程度與日俱增，對新能源戰(zhàn)略和節(jié)能減排措施大力推進(jìn)落實，LNG燃料動力船舶的建造進(jìn)入了高速發(fā)展期。本文簡要介紹了LNG供氣系統(tǒng)的構(gòu)成、雙壁管的結(jié)構(gòu)形式和現(xiàn)場施工工藝過程，總結(jié)了雙壁管制作、安裝施工中的相關(guān)注意事項，期望對相關(guān)從業(yè)人員有所益處。

關(guān)鍵詞：船舶；LNG燃料；雙壁管；焊接；密性試驗

中圖分類號：U664.84 " " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Construction Technology of Double-Walled Pipe of

LNG Fuel Powered Ship

ZHENG Zhengshuang

（ China Classification Society Industry Corporation，" Wuhan 430000 ）

Abstract： With the increasing attention of the country to environmental protection， as well as the implementation of new energy strategies and energy conservation and emission reduction measures， the construction of LNG fuel powered ships has entered into a period of rapid development.This article briefly introduces the composition of the LNG gas supply system， the structural form of double-walled pipe and the on-site construction technology. This article also summarizes the relevant matters，which need attention in production and installation of the double-wall pipe. Expected to be benefiial to the relevant practitioners.

Key words： ship;" LNG fuel;" double-walled pipe;" welding;" tightness test

1" " "引言

近幾年，隨著國家對環(huán)境保護(hù)的重視程度與日俱增，對新能源戰(zhàn)略和節(jié)能減排措施的大力推進(jìn)落實，LNG燃料動力船舶的建造進(jìn)入了高速發(fā)展期。采用新的清潔能源替換耗能高、污染大的舊的能源，已成為當(dāng)下能源科技工作者優(yōu)先選取的節(jié)能減排措施，也是國家構(gòu)建環(huán)境友好型和資源節(jié)約型社會的迫切需要。交通行業(yè)因為能源消耗量很大，將LNG燃料作為新的綠色環(huán)保能源替代傳統(tǒng)柴油燃料，現(xiàn)在已作為綠色節(jié)能環(huán)保船舶重點研究發(fā)展的方向。而LNG燃料雙壁管制作加工、安裝等施工工藝，則是LNG燃料動力船舶的關(guān)鍵工序之一。本文以某LNG燃料動力船舶（后文稱本項目）雙壁管供氣系統(tǒng)設(shè)計和施工為例，分析和總結(jié)雙壁管生產(chǎn)設(shè)計布置及現(xiàn)場安裝施工工藝。

2" " LNG供氣系統(tǒng)組成

LNG燃料供氣系統(tǒng)主要由LNG儲罐、加注站、緩沖罐、氣化器、燃?xì)忾y組單元（GVU）、管路及閥件附件組成，現(xiàn)場實物照片見圖1～圖4。LNG通過加注站液相口加注到LNG儲罐中，然后通過氣化器將液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，氣化的天然氣先進(jìn)入到緩沖罐，然后供給到LNG燃料動力終端用戶發(fā)電機(jī)使用。

3" " "雙壁管構(gòu)成

雙壁管由內(nèi)管、外管及內(nèi)外管之間的支架組成，如圖5所示。

3.1" "由罐子向發(fā)電機(jī)供氣的雙壁管

作為向發(fā)電機(jī)組供氣的管子，內(nèi)管作為燃?xì)夤┙o管，外管作為保護(hù)管，內(nèi)管與外管之間的空間應(yīng)用抽風(fēng)機(jī)持續(xù)運轉(zhuǎn)抽吸，此抽風(fēng)機(jī)應(yīng)該設(shè)置成負(fù)壓力機(jī)械通風(fēng)形式，通風(fēng)換氣能力至少為每小時30次，如通風(fēng)空間導(dǎo)管內(nèi)設(shè)有自動沖注氮氣裝置（探測到氣體后），則此通風(fēng)能力可減至每小時換氣10次。如果內(nèi)管出現(xiàn)泄露時，泄露的燃?xì)饪梢酝ㄟ^抽風(fēng)機(jī)將泄露氣體從外壁管排向大氣（排氣口布置在頂棚甲板）。并且抽風(fēng)機(jī)應(yīng)滿足所在區(qū)域的防爆安全要求，通風(fēng)出口需設(shè)置防火網(wǎng)，并應(yīng)布置在安全位置。

雙壁管的機(jī)械通風(fēng)進(jìn)風(fēng)口應(yīng)布置在遠(yuǎn)離著火源的露天甲板安全區(qū)域內(nèi)。通風(fēng)進(jìn)口處應(yīng)設(shè)置合適的金屬絲網(wǎng)保護(hù)，并應(yīng)能防止進(jìn)水。

如能確保雙壁管或管道內(nèi)的空氣流速不低于3 m/s，則其通風(fēng)系統(tǒng)的能力可低于每小時換氣30次。對管道空氣流速的計算應(yīng)連帶考慮燃料管路和其他所安裝的部件。

本項目一組雙壁管配有兩臺抽風(fēng)機(jī)，見圖6所示，一用一備。正常工作時啟動其中一臺抽風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)即可，在其中一臺抽風(fēng)機(jī)發(fā)生故障的情況下，另一臺抽風(fēng)機(jī)應(yīng)能立即啟動投入使用，以保障用氣安全。風(fēng)機(jī)的數(shù)量和能力應(yīng)滿足：從應(yīng)急配電板或主配電板出來由獨立線路供電的一個抽風(fēng)機(jī)失效，或者從應(yīng)急配電板或主配電板出來由公共線路供電的一組抽風(fēng)機(jī)失效時，通風(fēng)能力在下降時也應(yīng)保持在50%以上。

本項目發(fā)電機(jī)雙壁管內(nèi)壁管選用?38×3（不銹鋼材質(zhì)30 408），發(fā)電機(jī)雙壁管外壁管選用?89×3.5（#20無縫鋼管或不銹鋼材質(zhì)30 408）。

3.2" 由加注站向罐子加注和回氣雙壁管

內(nèi)管作為向罐子加注液相和回氣的管子，外管作為隔熱和保護(hù)管。管子安裝后，內(nèi)管與外管之間需要抽真空（-0.1 MPa）。泄露氣體通過風(fēng)機(jī)從外壁管排向大氣。液相加注管內(nèi)壁管選用?57×3（材質(zhì)30 408），回氣管內(nèi)管選用?45×3（不銹鋼材質(zhì)30408）。液相加注和回氣管的外壁管均選用?114×4.5（不銹鋼材質(zhì)30 408）。

內(nèi)外管的設(shè)計壓力：1.0 MPa。內(nèi)外管的試驗壓力：1.5 MPa。

4" " "三維設(shè)計

為提高現(xiàn)場施工工作效率，避免或者減少質(zhì)量缺陷的出現(xiàn)，提高焊縫拍片一次通過率，節(jié)省工時和質(zhì)量成本，預(yù)先開展三維優(yōu)化設(shè)計，盡量優(yōu)化供氣系統(tǒng)設(shè)備和管路布置。設(shè)備及管路布置原則：一是要盡量使管子路線最短，以減小管子接頭數(shù)量，減小工作量；二是要便于管子布置在空間開闊位置，以便于施工，保證接頭處有良好的焊接施工體位，以使焊接質(zhì)量得到保障；三是要盡量減少管子接頭數(shù)量，且管子長度設(shè)置及接頭位置設(shè)置要合適，要便于管子進(jìn)艙預(yù)埋安裝以及焊接施工。

如圖7所示，某場1號船將GVU箱直接布置在發(fā)電機(jī)的正上方，燃?xì)夤軓腉VU箱供氣口出來后可以直接與發(fā)電機(jī)進(jìn)氣口對接相連，大大縮短了管路長度，較少了彎頭數(shù)量，降低了施工成本，同時也降低了安全風(fēng)險。

如圖8所示，某場2號船的GVU箱布置離發(fā)電機(jī)的進(jìn)氣口有點遠(yuǎn)，燃?xì)夤軓腉VU箱供氣口出來后，向上走，轉(zhuǎn)向前走，轉(zhuǎn)向右走，再轉(zhuǎn)向下走才能與發(fā)電機(jī)對接，管路較長，彎頭較多，工期較長，施工成本大大增加，同時安全風(fēng)險也相對增大。

不同的船型，機(jī)艙設(shè)備布置空間大小不一樣。很多船可能沒有圖7所示那么好的布置條件，只能在既有的局限條件下，努力去最優(yōu)布置設(shè)備和管路，以優(yōu)化管路布置、縮短管路長度、減少彎頭數(shù)量、節(jié)省工期及成本。

5" " 雙壁管加工制作

5.1" "管子加工制作

根據(jù)三維放樣布置圖，將雙壁管根據(jù)空間布置情況合理劃分為若干段，并生成管子加工制作零件圖，在管子加工車間將這些管子制作好，然后打包運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，如圖9所示。一般多采用預(yù)埋安裝方案，在船體建造到一定階段后，在適當(dāng)?shù)臅r機(jī)將它們進(jìn)艙預(yù)埋安裝。其優(yōu)點是施工質(zhì)量好、效率高。

5.2" "雙壁管制作流程

雙壁管制作流程如圖10所示，先依據(jù)圖紙要求制作內(nèi)管，內(nèi)管下料并開好坡口，內(nèi)管清潔和對接焊接，內(nèi)管完工檢驗合格后安裝定位支架，再將同時制作檢驗合格的外管套上。對由2根非直線對接的內(nèi)管組成的管段，在彎折處需要用兩片半管外管進(jìn)行匹配調(diào)整對接焊接，最終完成一根雙壁管的加工制作。

5.3" "管道表面清潔與處理

對各結(jié)構(gòu)的低溫供液管道進(jìn)行表面處理，以盡量減少低溫和室溫之間輻射熱造成的熱損失。另外，清洗的目的是清除管道和管道表面的異物，清除污染物，如油脂、切削油、指紋等，并去除吸附的碳?xì)浠衔锖碗s質(zhì)元素、化合物的活性元素等。

5.4" "酸洗鈍化流程

酸洗鈍化流程如下，先接收檢驗管材，然后進(jìn)行去油脂、酸洗鈍化、高壓水沖洗清潔處理，再經(jīng)過干燥及驗收合格后，即可用于管段制作。

5.5" "裝配要求

裝配時對接焊縫的施工，必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB50235-2019和GB 50236-2011的相關(guān)要求。焊接坡口應(yīng)采用機(jī)械或者磨光機(jī)加工，管子對接裝配施工前，應(yīng)將管子坡口及其內(nèi)部外部表面10-15 mm范圍內(nèi)的灰塵、油污、毛刺等雜物清除干凈。

管子組對焊口時，應(yīng)保持其軸線平直，距離焊口中心200 mm處測量平直度，管徑小于100 mm的管子，允許1 mm的偏差，管徑大于等于100 mm的管子，允許2 mm的偏差。但管子組全長范圍的可接受偏差應(yīng)小于等于10 mm。特殊情況超過偏差要求時，只能在冷態(tài)下進(jìn)行矯正，嚴(yán)禁在加熱狀態(tài)下矯正。

對接焊接時不得用外部強(qiáng)力使焊口對直。

5.6" "管段預(yù)制

根據(jù)實際條件情況，選擇自動焊接或手工焊接進(jìn)行。根據(jù)加工圖紙，對管道進(jìn)行切割和焊接，管道焊接工作需連續(xù)進(jìn)行。內(nèi)管焊接原則上應(yīng)采用自動對焊。如果無法自動焊接，則進(jìn)行手工焊接。

焊接部分在焊接前進(jìn)行徹底清洗，然后在焊接前立即去除氧化膜，最大限度地減少焊接過程中由于異物摻入而產(chǎn)生的缺陷，從而最大限度地減少焊接變形。焊接試樣的檢驗應(yīng)符合焊接程序規(guī)范（WPS），并遵循規(guī)范對焊縫進(jìn)行檢驗和修復(fù)。

5.7" "焊后檢驗

依據(jù)《船舶應(yīng)用天然氣燃料規(guī)范》，除在焊接前和焊接期間進(jìn)行正?？刂埔约皩ν旯ず缚p進(jìn)行目視檢查以外，為了證明已按CCS要求進(jìn)行焊接，還應(yīng)進(jìn)行以下規(guī)定的試驗。

當(dāng)出現(xiàn)以下任一情況，管系的對接焊接頭應(yīng)進(jìn)行100％射線或超聲波檢查：

1）設(shè)計溫度低于-10 ℃；

2）設(shè)計壓力高于1.0 MPa；

3）ESD防護(hù)式機(jī)器處所內(nèi)的供氣管路；

4）內(nèi)部直徑大于75" mm的管路；

5）管子壁厚大于10 mm的管路。

當(dāng)管子的截面的焊接接頭在管子制造的車間按照自動焊接的工藝文件要求進(jìn)行焊接時，經(jīng)CCS船級社特別的許可，射線檢查或者超聲波檢查的范圍可逐一減少，但是在任何情況下，都不應(yīng)該小于10％的焊接接頭。若發(fā)現(xiàn)缺陷，則需要對所有焊接接頭進(jìn)行檢查，且包括之前都被認(rèn)可的檢查焊縫。對于燃料管系中雙壁管外管的對接焊接頭，射線或超聲波檢查范圍可減少至10%。

其它管路對接接頭焊縫，根據(jù)其材料、位置和用途，評定是否需要抽查取樣進(jìn)行射線、超聲波檢查或采用其它的無損探傷方法。一般至少須對10%的管子對接接頭焊縫進(jìn)行射線或者超聲波檢驗。

6" " 管段安裝

6.1" "管段進(jìn)艙定位安裝

管段預(yù)制完成后可以運至船臺存放好，在船體建造到一定階段，在合適的時機(jī)，將預(yù)制好的雙壁管進(jìn)艙預(yù)埋。待用氣設(shè)備定位安裝好后，即可將雙壁管按照圖紙放樣要求逐一進(jìn)行定位安裝。

6.2" 管段對接焊接

參考管段序號及安裝圖，先將兩段臨近相連的雙壁管內(nèi)管面對面對齊。按照焊接工藝要求進(jìn)行內(nèi)管對接焊接施工，內(nèi)管對接施工完畢后，所有焊縫100%進(jìn)行RT探傷檢測；檢驗合格后，再用氮氣進(jìn)行1.5倍的設(shè)計壓力壓力試驗（本項目設(shè)計壓力1.0 MPa，試驗壓力1.5 MPa），保壓30 min以上，檢測無漏點即為合格。然后進(jìn)行外管的對接安裝接焊施工，外管在連接處采用哈夫管形式進(jìn)行焊接，見圖11所示。

6.3" "雙壁管穿艙形式

雙壁管穿艙形式見圖12和圖13所示，穿艙（甲板）處，設(shè)有復(fù)板和套管，復(fù)板與艙壁板（甲板）周邊雙面滿焊，套管與復(fù)板周邊雙面滿焊，然后雙壁管外管與套管周邊雙面滿焊。

7" " 雙壁管最終檢驗和系統(tǒng)打壓密試

對低溫系統(tǒng)進(jìn)行氣壓試驗的主要目的是通過檢查系統(tǒng)的密封性來檢查系統(tǒng)是否有問題。因為氮氣沒有爆炸風(fēng)險，所以用氮氣做氣壓試驗，此試驗應(yīng)在內(nèi)管無損檢測完畢且外管未封閉前進(jìn)行。

7.1" "氣壓試驗

內(nèi)管用氮氣做氣壓試驗，試驗壓力應(yīng)為1.5倍的設(shè)計壓力，保持壓力30 min，用肥皂液檢查所有焊接及連接部位，無異響及漏氣即為合格保持壓力。

7.2" "氣密性試驗

采用氮氣進(jìn)行氣密試驗，試驗壓力應(yīng)為設(shè)計壓力，保持壓力30 min，用肥皂液檢查所有焊接及連接部位，無異響及漏氣即為合格。

外管參照內(nèi)管，按照相關(guān)要求做無損檢測和氣壓及氣密試驗。真空雙壁管抽真空應(yīng)在內(nèi)外管無損檢測及氣壓試驗合格后進(jìn)行，夾層真空度應(yīng)小于1×10-1 Pa（可用封結(jié)真空度來考察，具體對應(yīng)關(guān)系現(xiàn)場確定），真空漏率小于1×10-10Pa×m3/s。

雙壁管氣密試驗驗收合格后，即可進(jìn)行后續(xù)供氣系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備調(diào)試工作。

8" " "總結(jié)

8.1" "現(xiàn)場安裝注意事項

1）管道安裝過程中時，要做好管道的保護(hù)工作。管子表面用保護(hù)膜覆蓋，敞開的端口要封堵，避免灰塵和焊接飛濺物污染。搬運過程中，不能在地面上拖行，同時避免碰撞和摔砸，避免在其上方放置重物，以免產(chǎn)生變形和損壞。

2）安裝焊接工作完成后產(chǎn)生的焊瘤及飛濺物等應(yīng)作打磨光順處理。

8.2" "用氣設(shè)備及管路接地保護(hù)用氣設(shè)備、雙壁管、抽風(fēng)機(jī)等相關(guān)設(shè)備法蘭連接處要用銅線或銅片跨接相連，用氣供氣設(shè)備機(jī)座要可靠接地，以避免產(chǎn)生電火花危險。

參考文獻(xiàn)

[1]船舶應(yīng)用天然氣燃料規(guī)范[S]．北京：中國船級社， 2021.

[2]材料與焊接規(guī)范[S]．北京：中國船級社， 2022.