海洋工程船散料輸送系統輪機生產設計

摘要：本文以我公司為中石油海洋工程公司建造的5 880 kW多用工作船、為中海油田服務股份有限公司建造的4 780 kW油田守護船為載體，系統總結了海洋工程船上散料輸送系統的特點、難點，結合生產設計的實踐，深入研究了海洋工程船上該系統輪機專業生產設計的方法、難點。

關鍵詞：海洋工程船；散料輸送系統；生產設計

Study on Production Design for Dry Bulk Handling System of Offshore Engineering Ship

LAI Guodong

(CSSC Guangzhou Huangpu Shipbuilding Co.， Ltd.Guangzhou 510715 )

Abstract: This paper summarizes the characteristics and difficulties of production design for bulk handling system of offshore engineering ship based on the practice in the construction of 5 800 kW multi-purpose ship built for CPOE and 4 780 kW guardian ship of oil fields built for COSL.

Keywords: Offshore Engineering ship;Bulk Handling System;Production Design

1前言

海洋工程船是為海上石油開采服務的工程輔助船，主要分為三用工作船（Anchor handling tug supply vessel）和平臺供應船（Platform supply vessel）。經過幾十年的發展，海洋工程船已向著大尺寸、多功能方向展。海上石油開采離不開鉆井液和固井液，散料輸送系統是配置鉆井液體的重要設備，因而散料輸送系統作為工程船最重要的物料運載系統，始終得以保留下來，并在技術上進行了多次革新。散料輸送系統的輸送介質主要有水泥、膨潤土、重晶石粉、石灰石、高嶺土、飛灰。一般要求介質的密度：≤2.8T/m3，顆粒大小介于2 800～4 000 Blaine。

2散料輸送系統的特點、難點

2.1散料輸送系統的作業原理

要研究散料輸送系統的生產設計，先要研究散料輸送系統系統本身的特點、難點。為此，先來看看散料輸送系統的作業原理。散料輸送系統是利用氣固兩相流的技術，實現粉狀物料在岸上基站、海洋工程船與海上平臺間進行長距離、密閉的高效輸送作業。粉狀物料的氣力輸送是將空壓機提供的壓縮空氣的壓力能變為動能，并攜帶粉狀物料作復雜運動，使物料粒子位置不斷發生變化，達到預期的輸送目標。

散料輸送系統的作業方式分為裝貨作業和卸貨作業。裝貨作業是由岸上基站或者海上平臺的壓縮空氣直接將散料送入船上散料灰罐進行儲存；卸貨作業則是使用船舶自有的壓縮機將罐內的物料輸送至海上平臺。船上壓縮機不僅為整個過程提供動力風源，還兼顧助吹和壓縮空氣掃線的功能。海洋工程船上散料輸送系統主要適用卸貨作業。

2.2散料輸送系統的組成部件

由以上作業原理可見，一個典型的散料輸送系統需由以下部件組成：

散料儲存罐、空壓機及冷干機、流程管線、管線閥門遙控系統、監測和操控設備。其中流程管線主要由進料管、出料管、排空管、安全閥卸放管、供氣管、助吹管組成。冷干機主要負責空氣壓縮后的冷卻、干燥。

2.3散料輸送系統的類別

散料輸送系統的類型有很多種，但在工程船上，根據進出料管是否共用的原則，大致可以把散料系統分為集管式和分管式兩種類型。集管式是指散料的輸送管路（即散料進、出儲存罐的管路）共用一個總管，輸送介質在總管內雙向流動。分管式是指散料的輸送管路即進出料管各自使用一條管路，輸送介質在各自管內單向流動。

圖1、圖2是兩種輸送管路的典型圖例。

兩種類型各有優缺點，集管式具有管路總數少，便于管系布置的優點，通過在輸送總管上加裝首尾散罐的隔離閥，不僅可實現同時輸送兩種不同介質的散料，必要時還可實現散料在首尾罐中的調駁。缺點是需要加設隔離閥及設置雙三叉管路，增加了成本，同時控制系統也較為復雜。

分管式管路原理相對簡單，由于首尾散罐及輸送管路相對獨立，分管式的可維護性要高于集管式，并且無需設置隔離閥及制作雙三叉管路。但分管式管路總路數多，管系布置較為困難。

3散料輸送系統生產設計的特點、難點

3.1設備的布置及安裝

散料系統的設備主要包括散料罐、空壓機、冷干機。從空壓機生產出來的壓縮空氣需經過冷卻、干燥后才能輸送給罐體及輸送管作為工作氣體。

3.1.1散料罐的布置及安裝

散料罐的布置一般采取沿船長方向縱向布置，工程船一般都配置4只散料罐。沿船長方向船首布置兩只，船尾布置兩只。也有少數船型采用沿船寬方向橫向布置，此類布置由于受船寬限制，罐體容量較小，我公司建造的4 780 kW電力推進守護船便是此種類型。散料罐吊裝過程中，應考慮散料罐的外形特點，散料罐的4只支柱是突出罐體的，而甲板上的開口一般小于4只支柱的外接圓，以使罐體緊靠甲板開口護圈，不致于造成太大間隙。因此罐體安裝時應考慮在甲板上預開4只工藝孔，罐體吊裝定位后再回焊。此工藝信息要在散料罐安裝圖上反映出來，工藝孔如圖云線所標示，見圖3。

圖3散料罐體安裝工藝孔

3.1.2空壓機及冷干機的布置

集管式散料系統壓縮空氣管采用總管式，配置2臺空壓機，1臺冷干機。2臺空壓機應緊湊布置，以方便接管及維修。冷干機與空壓機一般緊鄰布置，在空間受限時，也可分開布置。分管式散料系統配置2臺空壓機，2臺冷干機。首尾散料罐分別用1臺空壓機及冷干機供氣。因此空壓機及冷干機均應緊湊布置且最好位于首尾散料罐之間。不管是哪種散料系統，生產設計在設備布置時都要考慮兩個問題，一是管口附近的接管空間，二是控制電箱的打開空間。空壓機及冷干機的管端接口（主要有壓縮空氣進出口、冷卻水進出口、泄放口）一般設置在設備的一側，根據實際的設計經驗，在設備的管口一側至少需預留600 mm以上接管空間。而控制電箱需防止打開空間被其它設備或結構阻隔。

3.2管系布置及管系附件配置

3.2.1工作管系布置

散料輸送系統的管路，因其輸送介質的特殊性，布置將遵循一定的原則。如輸送水泥，水泥遇水易凝結成塊，長久可阻塞管路。雖然助吹的壓縮空氣經過冷干機干燥，但壓縮空氣中仍含少量水蒸汽，當管路中出現溫差時，便凝結出來，從而形成實質的結垢而阻塞管路。因此輸送料管布置時應盡量避免穿過液艙，以減少管路產生溫差的機會，同時，由于管路中實際的結垢仍不可避免，設計時要考慮到盡量讓管路布置在人易于接近的地方，且要充分考慮到管段的可拆性，不能設計成死管，以方便維護。散料系統管路還容易引起粉塵污染，系統使用時，少量的輸送介質會隨著排空管內的空氣排出，因此散料排空管路要避免布置在居住艙室附近，一般需引至尾甲板。排空管在實際使用時都接上金屬軟管，放至舷側海水中。輸送料管在尾甲板上的布置一般分前后兩個部位。根據船員的使用習慣及方便性，設計時管口一般與擋貨欄桿成約30°傾斜朝向舷外。 部分設備布置圖見圖4、圖5。輸送系統管系放樣圖見圖6、圖7。

3.2.2遙控閥門控制空氣管系布置

散料系統的作業操控是在駕駛室遙控操作，考慮到船上動力氣源較豐富，因此輸送料管上的控制閥門一般都采用氣動遙控閥門，而其控制空氣管系的布置則因遙控閥門的型式不同而有所差異。目前常用的氣動遙控閥門有兩種型式，一種是集成式，即閥門氣動執行機構和控制電磁閥全部集成在閥上，閥門僅有一個外接管口。另一種是分體式，遙控閥上僅安裝氣動執行機構，各個遙控閥的換向電磁閥則單獨集成在專門的電磁閥箱內。分體式的遙控閥門因閥門與電磁閥箱之間有兩個接口連接，故控制管系布置較多且占用空間較大。集成式的遙控閥門由于僅有一個外接管口，控制空氣管系布置較為簡潔（管系比半分體式少一半）。且為了使控制空氣管系布置較為整齊以及提高管系的可維護性，可以在散罐艙艙頂、艙底分別設置一只配氣板。配氣板的設計可以采用一根總管開支管做成管匯，然后將管匯固定在一塊帶支腳的鋼板上即可。遙控閥門工作壓力若與機艙自動控制氣源壓力相差較大，需設置帶減壓閥及氣水分離器的氣源板。兩種典型的氣動遙控閥門控制空氣管系布置如圖8、圖9所示（車間可根據該圖現場打樣控制空氣管）。

3.2.3管系附件配置

輸送料管由于要保證管路的可拆性以方便維護，在管系附件的配置上要使用活接頭，同時還要高標準地保證管路的密封性。綜合對比多種附件的性價比后，我們選用了Victaulic(唯特利)S/75型撓性接頭（帶T型Flushseal壓力響應式墊圈，具有吸收噪音、震動功能，在功能壓力下具有壓力越大，密封越好的效果）。實際效果遠比采用法蘭連接好。而控制空氣管系的中間連接接頭采用卡套接頭，既便于施工，也便于維護。

3.3管系設計工藝難點

3.3.1管子的彎模要求

為保證散料輸送的順暢，輸送料管及罐體排空管均要求采用4倍以上彎曲半徑，以外徑Φ140為例，則管子彎模需采用560 mm以上，實際設計中取整，統一采用600 mm彎模。管系設計彎管工藝考慮采用中頻彎管機熱彎，以減少管子彎曲內應力。

3.3.2復雜管系的制作工藝

在集管式散料輸送系統中，輸送總管中由于介質雙向流動，需要采用一種雙三叉管的型式，此雙三叉管是散料輸送系統管系制作工藝中的難點。

制作這種管系，有兩種方法。A方法，先彎兩支管，留長直段，合并段對開拼接，然后制作總管，并在總管上開與支管相貫的坡口，以總管的相貫曲線坡口比照兩支管，在支管上開孔、修割，最后焊接。B方法，先按尺寸制作總管，然后按實際尺寸彎制兩支管，支管合并段對開拼接，修割支管的相貫曲線至實際要求，然后比照在總管上，并在總管上開孔，最后焊接。

通過對實際制作樣管的對比，B方法較難操作，制作的管子外觀效果較差。A方法由于在總管上開相貫曲線坡口可利用支管坡口切割機，制作的管子外觀效果較好，因此優選A方法，見圖10。

4結束語

散料系統輪機專業的生產設計對全船的生產設計具有重要的影響，因為散料系統的管路不但通徑較大，而且有大彎曲半徑要求。因此散料系統的管路在生產設計中應優先布置，否則會使生產設計陷入被動。我公司兩型海洋工程船散料輸送系統的生產設計都貫徹了優先布置、統籌策劃的設計原則，整個系統設計的實際效果較好。公司兩型海洋工程船交船兩年后，船東反響良好。

參考文獻

[1]黃政，王鴻艦.船舶管系放樣[M].2002