一種LNG動力船供氣系統雙層管的施工工藝

何日能 張義偉

摘 要：本文介紹了LNG動力船供氣系統的相關要求，對雙層管設計、建造、檢驗過程中的一些問題進行了研究，總結了經驗，形成具體的現場操作及檢驗流程，編寫了一種LNG動力船供氣系統雙層管的施工工藝

關鍵詞：LNG；雙層管；施工工藝

中圖分類號：U664.84 文獻標識碼：A

Abstract： This paper introduces the requirements of LNG supply system， studies the problems encountered in the design， construction and inspection of the double-layer pipes， summarizes relevant experience， forms the specific field operation and inspection process， and prepares the construction technology of the double-layer pipes for LNG supply system in LNG ships.

Key words： LNGl； Double-layer pipe； Construction technology

1 引言

近年來，已開始出現使用以清潔能源為燃料的新造船舶。天然氣是一種低碳化的清潔能源，大力發展以LNG為燃料的新造船舶將是未來很長一段時間內的發展趨勢。

液化天然氣（LNG）是為便于儲存和運輸而轉換為液體形態的天然氣，其體積約為等量氣態天然氣的1/600。LNG無色、無味、無毒并且無腐蝕性，其缺點是易燃及引起窒息。LNG的儲存和運輸通常是在接近其沸點（常壓下約-160 ℃）溫度下。

由于天然氣本身的特性，所以對于LNG動力船舶來講，確保LNG供氣系統的安全性將是貫穿在新造船舶設計、建造、檢驗與日常使用當中的重中之重。LNG系統簡圖，如圖1所示。

2 LNG供氣系統雙層管簡介

LNG供氣系統是指通過LNG加熱系統二級換熱結構，利用乙二醇/水混合溶液給LNG加熱，使其氣化成常溫的天然氣并提供給主機使用的管路及相關系統。

LNG供氣系統通常都采用雙層管結構。根據CCS規范要求，LNG氣體燃料管路只能采用下面兩種方式中的一種：

（1）氣體燃料管應為雙層壁管。其氣體燃料被貯存在內管中。對于同心管之間的空間，應用惰性氣體加壓至大于氣體燃料的壓力；應設置合適的報警裝置，以警示兩管之間惰性氣體壓力的下降；

（2）氣體燃料管應被安裝在通風管或管道內。在氣體燃料管和通風管或管道內壁之間的空間應設置機械抽風設備，其排量至少為30次/h；應將通風系統布置成能維持其壓力低于大氣壓力；風扇電機應置于通風管或管道之外；應將通風出口設于不會點燃易燃氣體/空氣混和物的位置。

綜合考慮船廠的實際情況、建造的可操作性以及使用、檢修便利，我們選擇采用第二種方式。即從罐體到主機段的供氣管路采用雙層管結構，內層為天然氣管路、外層為通風管路。若內層管泄漏，可通過設置在通風系統內的可燃氣體探頭報警，自動切斷供氣系統上的所有遙控閥門，并直接通過通風系統將可燃氣體排走。

3 LNG供氣系統雙層管的設計

由于氣體燃料的特殊性，防止供氣管路的泄漏是管路設計、建造、檢驗過程中最重要的一步。所以在設計時要考慮到建造過程中的可操作性，以及使用安全、檢驗要求，包括檢修的方便性。

3.1 雙層管的焊接及拍片

根據CCS規范要求，氣體燃料管路應盡可能采用全焊接對焊接頭，并應進行全部的射線檢查。所以雙層管的基本要求是內外管均采用對焊連接，其中內層供氣管要求進行100%射線檢測。

由于內層管路采用100%射線檢測，所以在雙層管設計時要綜合考慮現場拍片的要求。另外，因考慮到外場焊接內管及拍片要求，采用了在內管對焊處將外管先切割成兩瓣，當內管焊接及拍片檢測完畢之后，將外管拼回去再焊接外管，所以此處切割的外管長短對于內管拍片有直接影響。拍片具體要求見圖2所示。

考慮到現場情況，要求在內管對焊處外管切割長度至少要大于300 mm，而機頭與對焊處的距離要大于500 mm才能保證內管拍片的要求。另外，為滿足拍片的要求，雙層管設計不能靠壁太近，必須大于150 mm。

3.2 內外管支撐

雙層管內外管均采用不銹鋼316L管路，外管為φ140*5、內管為φ89*4。為保證雙層管的安裝，在內外管之間要設置支撐塊。

考慮到天然氣的可爆性，為防止靜電，以前常用的支撐形式都不太適用。經綜合考慮，我們采用了如圖3所示的支撐形式，即采用內管支撐塊與支撐襯墊的組合方式。內管支撐塊為不銹鋼316L與內管外壁直接焊接，支撐襯墊采用聚四氟乙烯材質，防止與外管內壁碰撞產生火花。

3.3 雙層管的內場制作、安裝

由于雙層管的拍片要求、現場的可操作性，以及保證供氣管路的清潔，要盡量將雙層管的焊接、安裝工序前移到內場完成，減少外場燒焊的焊縫數量。作業流程如圖4所示。

具體焊接要求如下：

（1）焊接方法采用TIG全位置焊，電源極性為DCRP，焊絲采用φ2.0 mm的316 L焊絲；

（2）焊接部件要清潔干凈，不應有油漆、油污、氧化皮或其他對焊接質量有害的附著物；

（3）點焊定位的焊渣和前道焊渣均應清除干凈；

（4）焊接前應仔細調節焊接參數，使焊接飛濺最小，確保電弧穩定和焊縫成形良好；

（5）焊接時盡可能使焊縫處于平焊位置，并選擇小的焊接參數；

（6）禁止在工件上隨處任意引弧，焊接收弧應填滿弧坑后熄弧；

（7）焊縫尺寸用焊縫卡尺、直尺（鋼皮尺）等進行檢驗，焊縫應符合圖樣要求，焊縫金屬應向母材圓滑過渡；

（8）焊縫表面不應有裂紋、焊瘤、焊穿、未熔合、針狀氣孔及弧坑、滿溢等缺陷；

（9）管子焊接完成，應清除焊渣、藥粉及飛濺粒子，部分焊縫應用砂輪進行修整。

3.4 雙層管的外場安裝

安裝原則為先LNG管、后普通管；先燃氣內管、后通風外管；

焊接順序為先內管拍片檢驗焊縫、氣密試驗報檢合格，再外管普通焊縫；外管普通焊縫、先兩半拼彎拼焊，再兩半拼管拼焊。

具體施工流程如圖5所示。

在外場焊接過程中首先要考慮現場施工及100%拍片的可操作性，在設計階段明確焊接及拍片檢測空間要求，保證外場施工及拍片能順利展開。

考慮到LNG系統的特殊性，內層管道不能存在水，所以氣密時要采用干燥的氮氣進行（壓縮空氣含水汽較多，不建議采用）。lNG管路對管路清潔度要求較高，在氣密前及氣密后，應對內外層管路用干燥的氮氣對管路進行吹洗，在管路兩側用白布進行檢驗，白布上無雜質證明已清潔完畢，進行封端處理。

4 LNG系統雙層管檢驗流程

由于CCS規范尚不完善，所以如何檢驗本船LNG各相關系統的壓力、密性是關系到LNG系統能否正常交付使用的基礎。結合現場實際，經過與船東、船檢、規范所的共同研究，我們形成了具體的檢驗流程。

LNG供氣系統為雙層管結構，內外管設計壓力均為1MPa。為保證管路的密性及強度，以及檢驗雙層管內外管焊接質量，我們按如下流程進行檢驗：

（1）外場定位內場制作安裝好的部分雙層管，對內管連接焊縫進行焊接，并進行100%射線檢測，提交船東、 船檢報驗；

（2）將LNG儲罐的壓力升到0.6 MPa，利用儲罐內壓力吹掃罐體到GVU段的雙層管，在GVU處法蘭用白布進行檢驗，待白布上無雜質證明此段管路已清潔完畢；然后利用加注軟管連接槽車氣化器與GVU-主機軟管段雙層管，利用液氮氣化的氮氣吹掃此段管路，在主機軟管處法蘭用白布進行檢驗，待白布上無雜質證明此段管路已清潔完畢；

（3）盲住內管連接法蘭一端，從另一端打入氮氣進行1.5倍設計壓力（1.5 MPa）的氣壓試驗，保壓15分鐘；然后將壓力降至設計壓力（1 MPa）保壓2個小時以上檢查管路密性，焊縫處涂肥皂水檢測，提交船東、船檢報驗；

（4）內管檢測完畢，安裝內管焊縫處的外管，焊接外管連接焊縫，進行不銹鋼焊縫常規檢測；

（5）盲住外管連接法蘭一端，從另一端打入氮氣進行 1.5倍設計壓力（1.5 MPa）的氣壓試驗，保壓15分鐘；然后將壓力降至設計壓力（1 MPa）保壓2個小時以上檢查管路密性，焊縫處涂肥皂水檢測，提交船東、船檢報驗。

5 結束語

LNG動力船供氣系統是整個LNG相關系統里面最重要的一環。它將LNG儲罐與主機聯通起來，將LNG轉換為氣態天然氣供主機使用，它的設計、建造質量直接關系到整個系統的成敗。通過對相關規范、技術要求的研究，以及經過與船東、船檢、設備廠商共同討論，我們總結出了一套LNG供氣系統雙層管的建造施工、檢驗流程，保證了相關檢驗、加注及系泊、航行試驗的順利進行，為船舶的交付奠定了基礎，也為以后LNG相關產品的設計、建造積累了經驗。

參考文獻

[1] 中國船級社.散裝運輸液化氣體船舶構造與設備規范，2016[S].人民交通出版社

[2] 中國船級社.氣體燃料動力船檢驗指南，2011[S].人民交通出版社.

[3] 中國船級社.雙燃料發動機系統設計與安裝指南，2011[S].人民交通出版社.