壓蓋松套伸縮接頭的應用與優化

鄧志慶，汪家政，劉立軍

（金海重工股份有限公司，舟山 316291）

壓蓋松套伸縮接頭的應用與優化

鄧志慶，汪家政，劉立軍

（金海重工股份有限公司，舟山 316291）

通過對壓蓋松套伸縮接頭的結構與其在管路上的布置分析，優化選型與布置，有效減少管路連接法蘭與分段合攏管的設置，節約造船成本，且利于伸縮接頭本身的維護保養，可供船舶管路優化設計參考。

伸縮接頭；應用；優化；合攏管；成本

0 引言

船舶管路熱脹冷縮補償的最常用方法是在管路中間安裝伸縮接頭來吸收其熱脹冷縮與因船體變形而產生的內應力，有效避免管路泄漏、彎曲與破裂。壓蓋松套伸縮接頭是補償接頭中的一種，其結構簡單、安裝維護方便、價格相對低廉，適用于輸送海水、淡水、飲用水、污水、原油、成品油、燃油、滑油、空氣等溫度不高于80℃、壓力不大于1.6MPa的介質管路補償，因此被廣泛應用。以金海重工股份有限公司建造的一條VLCC為例，貨艙區使用的壓蓋松套伸縮接頭多達一百多只，本文對該伸縮接頭的結構與管路布置進行了分析評估，并進而優化選型與布置，有效降低了伸縮接頭本身的采購成本，減少了管路連接法蘭與分段合攏管的設置，達到節約造船成本、縮短建造周期的目的，且利于伸縮接頭的維護保養。

1 壓蓋松套伸縮接頭的應用結構形式

圖1 壓蓋式松套伸縮接頭兩種應用形式結構圖

壓蓋松套伸縮接頭有兩種應用結構形式，即“GB基本型”與“伸縮短管型”（圖1）。兩種形式的根本區別在于：“伸縮短管型”多兩只伸縮短管，管路安裝時直接與伸縮短管的法蘭連接。伸縮接頭安裝在管道上后，彈性密封圈與壓蓋、套筒、管路形成密封，當溫度變化時管子能在接頭中間自由的伸縮，從而起到自動補償之目的。

2 目前國內應用形式的弊端

2.1 伸縮接頭本身的采購成本直接增加

前國內壓蓋式松套伸縮接頭基本上都選用如圖2 所示的“伸縮短管型”，由于其結構本身多兩只短管，所以本身的價格與“GB基本型”相比，相差一倍左右。也許你會注意到國內建造的很多船舶選用了填料函式伸縮接頭，它與“伸縮短管型”伸縮接頭一樣與管路直接采用法蘭連接，但其價格更加昂貴，至少是“GB基本型”伸縮接頭的兩倍，特別是油輪，由于數量多、規格大，無疑增加船企采購成本。

圖2 國內壓蓋松套伸縮接頭應用實例

2.2 增加管路材料與內場制作成本

圖3 壓蓋松套伸縮接頭兩種形式在管路上的安裝圖

如圖3所示，國內普遍采用的“伸縮短管型”安裝與“GB基本型”相比，管路上多兩只連接法蘭和兩只法蘭墊片。同時，與伸縮接頭連接的兩根管件的內場制作由于需要多焊兩只法蘭，工作量明顯增加，當然還涉及到打磨、涂裝等，材料與施工成本都有所增加。

3 壓蓋式松套伸縮接頭的特性分析與優化選型布置

表1 壓蓋松套伸縮接頭的特性與允許安裝偏差表

表1是根據GB/T 12465-2002 管路松套補償接頭而制定的。

3.1 壓蓋松套伸縮接頭的特性分析

金屬管路熱脹冷縮，壓蓋松套伸縮接頭的伸縮量是指短管在套筒內允許自由移動的距離，通過改變套筒的長度就可達到改變伸縮量的目的，關于伸縮量GB伸縮接頭設置了兩種標準，即短型與長型，長型的伸縮量比短型伸縮量多60mm。根據鋼管熱脹 冷 縮 特 性 ， 鋼 管 的 伸 縮 量△L=10-5×(1118K+0.526K2)·L，其中K為鋼管的溫差，L為鋼管的長度。例如鋼管受熱后，每升高30℃，將使1m的鋼管伸長0.34mm。根據表1可知，伸縮接頭的伸縮量至少達30mm，所以對一般船舶管路而言，短型伸縮接頭的伸縮量是完全可以滿足由于管路溫度變化導致的管子熱脹冷縮的位移量，也就是說如果選擇長型的伸縮接頭，管路安裝的軸向方向允許有30mm的調整距離，非常有利于船舶建造誤差補償。

關于伸縮接頭的設計總長L，對于DN800mm以下的伸縮接頭，根據日韓造船相關管附件標準，長度在300mm～370mm之間，與GB設計長度相比，約長 100mm，這樣管子在套筒內的伸縮量將大50mm，這樣更易管子的布置安裝與建造誤差縱向補償，供伸縮接頭設計制作與采購參考。

3.2 壓蓋松套伸縮接頭優化選型與布置

1）優化選型與布置，可以有效減少管路連接法蘭與分段合攏管的設置

管舾裝生產設計中，分段預裝的管子由于考慮到分段吊裝、合攏精度等原因，兩個分段通常需要設置合攏管，合攏管（一般長約500mm）需待兩個分段合攏后現場調整，法蘭點焊好后送內場焊接并在表面處理后再送回外場重新安裝，工作量大。貨艙區要求安裝伸縮接頭的管路布置基本上都為縱向直管，分段合攏管設置的目的是為解決管子縱向距離誤差，GB長型壓蓋松套伸縮接頭的管路縱向調整范圍是30mm，根據造船質量相關標準與船廠實際建造經驗，長度30m內的一路直管路縱向誤差控制30mm以內是非常容易的，所以完全可以把伸縮接頭設置在兩分段的合攏縫之間，起到合攏管的作用，即使管路安裝在徑向上稍有偏差，伸縮接頭安裝允許的偏移量與可繞度也是可以補償。根據相關管路設計標準，伸縮接頭在管路上一般在30m之內設計布置一個伸縮接頭，所以安裝位置調整也是比較充裕的，盡量把伸縮接頭布置在分段合攏縫之間，完全可以有效減少合攏管的設置，同時與國內普遍采用的“伸縮短管型”相比，明顯減少了管路的連接法蘭，節約造船成本，具體布置形式如圖4所示。

圖4 壓蓋松套伸縮接頭兩種形式管路布置圖

對于新船建造，船舶壓載艙全面執行 PSPC，管子大而空間小，施工不方便，合攏管的制作與運輸施工難免會導致涂裝一定程度上的破損。對于原油輪更是如此，根據IMO規范要求，原油輪油艙保護涂層性能標準2012年1月1日正式生效，2013年1月1日或以后簽訂的合同、7月1日或以后安放龍骨或處于類似階段、2016年1月1日交付或以后都必須按新涂層標準強制執行，原油輪貨油艙也將執行PSPC，這對建造油輪又是一大挑戰，減少合攏管的設置明顯可以有效減少涂裝破損，提高建造質量，縮短造船周期。

2）優化選型利于伸縮接頭的維護保養

關于壓蓋松套伸縮接頭，其維護保養主要是對橡皮圈由于損壞或老化進行更換（圖 5），主要工藝如下：

（1）先將伸縮接頭的壓蓋處螺母以及限位螺釘松開；

（2）將壓蓋與套筒向管件一側位移，直至套筒與管段間有足夠的空間S，能把的密封圈取出；

（3）將新的密封圈裝上，壓蓋與套筒放在規定位置，按照工藝把伸縮接頭安裝上。

圖5 橡皮圈間隙示意圖

根據其維護保養工藝要求，只要能保證壓蓋在管路的自由移動距離B1，則橡皮圈很容易更換，如圖4中壓蓋的移動空間非常大。而國內普遍選用的“伸縮短管型”伸縮接頭，設計訂貨時常常未考慮短管的長度，計算好壓蓋在伸縮短管上能夠自由移動的距離B1，未能確保在不需整體拆除伸縮接頭的前提下就能更換橡皮圈，給后續維護工作帶來很大的不便。圖6是某國內大型船廠建造的VLCC使用的伸縮接頭，由于設計的短管長度不夠，壓蓋根本沒辦法移動，而伸縮接頭本身很重，若需要更換橡皮圈，船員必須拆除法蘭上的所有連接螺栓，并用專門的起吊工具把伸縮接頭整體吊到甲板上，才能完成橡皮圈的更換工作，對維護工作造成極大的不便，如果是在壓載艙、貨油艙那工作量將更大。而如果采用“GB基本型”安裝，完全不存在該問題，一個人很容易完成維護工作。

圖6 國內某船上安裝的伸縮接頭實例

4 結語

通過對壓蓋松套伸縮接頭的結構與性能進行分析，優化選用“GB基本型”可以有效減少伸縮接頭本身的采購成本與管路的法蘭接頭，切實減少建造成本；進行優化布置，把“GB基本型”設在分段合攏逢之間，可以有效減少合攏管的設置，從而有效節約船廠的造船成本，提高造船精度、縮短建造周期與減少涂裝破損，且有利于維護保養。與國內大多船廠選用的“伸縮短管型”壓蓋松套接頭或填料函式伸縮接頭相比較，一艘VLCC可以至少節約80萬元。并且該優化布置在日韓發達國家造船應用非常廣泛，值得國內船廠推廣應用。

[1] 中國船舶工業總公司. 船舶設計使用手冊: 輪機分冊[M]. 北京: 國防工業出版社, 2002.

[2] IMO. 原油輪油艙保護涂層性能標準[S]. 2010.

[3] GB/T 12465-2002, 管路松套補償接頭[S].

[4] 中國造船質量標準[S]. 2005.

[5] 姜興峰. 船舶管路[M]. 吉林: 吉林大學出版社, 2005.

[6] IMO. 船舶壓載艙保護涂層性能標準[S]. 2010.

Application and Optimization of Gland-type Sleeve Expansion Joint

Deng Zhi-qing, Wang Jia-zheng, Liu Li-jun
(JinHai Heavy Industry Co., Ltd., Zhoushan 316291, China)

This paper analyzes the structure of gland-type sleeve expansion joint and its layout on pipeline for optimal selection and arrangement optimization. It can effectively reduce the connecting flanges of pipeline and blocks-adjusting pipe pieces, saving the cost of shipbuilding. Also it is good for the maintenance of expansion joint and can provide some reference for ship design optimization.

expansion joint; application; optimize; adjusting- pipe pieces; cost

U663

A

1005-7560(2014)01-0041-04

鄧志慶（1984-），男，工程師，主要從事船舶輪機設計工作。