長岸堤邊漁船使用天然氣的設計研究

余舒揚

（重慶燃氣設計研究院有限責任公司，重慶 400000）

據調查，停靠在長岸堤的餐飲漁船均采用電、煤、液化氣作為主要的烹飪燃料，使用天然氣作為烹飪燃料尚屬空白。采用柔性輸送天然氣的管道連接于河岸與船體之間，設置高低水位控制設備，應對不斷變化的船體位置、水位和水流，使得停靠在長岸堤的餐飲漁船安全地用上天然氣成為可能。

1 分析及設計思路

1.1 地形分析

長岸堤地形的特點是隨著水位的高低變化，陸地與江水的分界線是不斷平行于河岸變化的，設定躉船的末端與分界線重合（方便游客上下），在躉船數量及連接方式不變和水流平穩的情況下，整個漁船系統會隨著水位的升高不斷垂直河岸線靠近，如圖1 所示。

圖1 長岸堤地形漁船與河岸的關系

由于地形的特殊性，導致漁船與河岸之間的距離會隨著水位大幅度變化，使用單根柔性管道將河岸與船體連接，會出現低水位時需使用管道長度是高水位時需使用管道長度的2 倍以上。高水位時柔性管道過長會帶來管道不便于收納和管理、增加漏氣風險點、增加維護和材料成本、增加附加意外情況的發生等諸多不利因素。

1.2 運行管理分析

燃氣調壓計量設備，燃氣報警系統自動切斷閥門不應受到江水浸泡，需設置在50 年一遇最高水位線以上；調壓設備后供氣主管道應設置控制閥門，在運行期間便于管理人員隨時對供氣管道進行控制，對燃氣設備設施進行維護、保養、更換和應急處置等操作。

1.3 安全風險分析

河道水位、水流速度和方向的瞬息萬變，江水中運行船舶及漂浮物具有不確定性，河岸上和水面下復雜的地形都是影響燃氣管道正常運行的安全風險點。在設計過程中，應通過管理和硬件安全設施的共同作用，最終達到安全運行的目的。

1.4 柔性管材需求分析

結合長岸堤地形，柔性輸氣管道需要滿足如下設計要求：（1）輸氣管道允許天然氣（主要成分為甲烷）作為輸送介質；（2）輸氣管道具有一定的柔性和韌性，能承受設計范圍內自由彎曲和拉伸而不產生破壞造成漏氣；（3）輸氣管道的內徑大小應符合流通能力和壓力損失限制的設計要求；（4）輸氣管道外表面具有適應使用環境和抗外力沖擊的防護措施。

針對長岸堤地形邊的漁船用氣設計，結合安全性和經濟性，在滿足使用的前提下，應根據水位變化，合理設置控制閥門的位置，在高風險位置采用鋼制管道，減少柔性軟管的使用所帶來的安全風險。柔性管道應采用大口徑、抗外力沖擊、耐磨的天然氣專用管道，并設置意外情況下拉斷自動切斷裝置。

2 施工圖設計

2.1 設計資料的收集

（1）地形圖、漁船平面圖、燃氣管網資料；（2）漁船燃氣設備的用氣量、額定壓力、用氣位置、用氣環境；（3）漁船用氣的水位范圍；（4）漁船停靠位置的水文資料（近50 年）；（5）漁船船體隨水位及水流變化的位移幅度；（6）規劃審批資料。

氣源管網運行壓力0.2MPa，漁船廚房總用氣量40Nm3/h，用氣設備額定壓力2kPa，漁船用氣水位162.83～185m（1956 年黃海高程系統），歷史最高水位192.5m（1956 年黃海高程系統），漁船船體會隨著水位升高垂直向河岸方向運動，且隨水流方向有±10m的左右位移量，用氣房間為一層廚房。

2.2 設計壓力的設定

調壓計量柜前中壓管道設計壓力為0.4MPa，壓力類別屬于GB1；漁船一層廚房定義為特殊用氣場所，船上總閥門后管道設計壓力提高一個等級，設計壓力為0.1MPa，壓力類別屬于GB1；調壓計量柜后至船上總閥門之間管道設計壓力為4.5kPa。

2.3 管材的選型及設置

（1）3PE 加強防腐直縫鋼制管道（GB/T 3091-2015）作為燃氣行業常用的埋地燃氣輸送用管道，具有性能穩定、價格便宜、施工熟練等優點。（2）厚壁無縫不銹鋼管（GB/T 14976-2012）作為燃氣行業常用的明設燃氣輸送用管道，具有防腐性能強、施工熟練等優點。（3）用于LPG 領域的柔性管道，具有一定的自由彎曲和拉伸性能，口徑大；但管道表面易受外力沖擊破壞，紫外線照射性能衰減，質量大，價格高，彎曲半徑小等缺點。本次設計選用了Parker LPG Hose SS106-3000（ISO2928-1986E），外敷金屬鎧甲耐磨保護層，防止因柔性管道與岸堤之間產生相對移動對管外壁產生外力損壞和紫外線照射產生的加速老化。主要參數：設計壓力2.4MPa、外徑95mm、內徑76.2mm、重量3.77kg/m、彎曲半徑650mm、抗拉能力25kN、法蘭連接、最大包裝長度100ft。

2.4 燃氣調壓計量設備的選型和設置

為方便管理，選用定制調壓計量柜，設計進口壓力為0.01～0.4MPa，設計出口壓力為2.5kPa（2～3kPa可調），調壓設備內預留DN50 G40 羅茨流量計位置，豎直安裝。調壓計量柜設置在河堤上漁船員工宿舍旁，距員工宿舍8m 安全間距，調壓計量柜基礎海拔高度為196.48m（1956 年黃海高程系統），如圖2 所示。

圖2 調壓計量柜設置位置

2.5 燃氣控制柜選型和設置

燃氣控制柜是設置在長岸堤上鋼制埋地管道與地上柔性管道之間的設備，起到鋼制管道與柔性管道轉換和切斷管道供氣的作用，是日常維護保養、應急處置的重要設備。同時具有氣流止回和柔性管道拉斷自動切斷的功能，是安全運行的重要安全保障。

燃氣控制柜采用撬裝，下進側出，控制柜箱體高度控制在1m 以內（降低水下碰撞風險），且采用厚壁不銹鋼板制作，提供兩側開門維護，控制柜內設置不銹鋼止回閥和不銹鋼球閥串聯，控制柜外設置不銹鋼拉斷閥，拉斷拉力設置為20kN。

結合長岸堤的地形特點，為減少柔性管道的應用，將漁船用氣水位162.83～185m 分為兩段，低水位段為162.83～173m，高水位段為173～185m，在174m 及186m 分別設置一個燃氣控制柜，且兩個燃氣控制柜均設置在船體移動范圍以外。控制柜側面和頂面均設置防撞設施。燃氣調壓計量柜與燃氣控制柜之間采用3PE 加強級防腐直縫鋼制管道埋設，并采用混凝土包封，起到水下保護及穩管的作用。

當水位在162.83～173m 時，燃氣柔性管道接至低位控制柜為漁船供氣，關閉高位控制柜總球閥。當水位在173～185m 時，燃氣柔性管道接至高位控制柜為漁船供氣，關閉低位控制柜總球閥（控制柜被江水淹沒）。當水位超過185m 時，同時關閉高低兩個控制柜總球閥（均被江水淹沒），回收燃氣柔性軟管，暫停燃氣供應。

2.6 漁船上的燃氣設計

船舷內側設置總球閥，總球閥需加強固定，防止由于柔性管道重力及作用在柔性管道上的外力對總球閥及下游管道的破壞。船上總球閥后采用厚壁無縫不銹鋼管明設至用氣設備。

用氣房間的建設及相關設施的設置，應滿足消防部門的相關規定，以及《城鎮燃氣設計規范》（GB 50028-2006）等規范的相關條款的要求。用氣區域應采用耐火極限不低于2h 的非燃燒實體墻和1.5h 的不燃性樓板與電話間、變配電室、修理間、儲藏間、臥室、休息室隔開（隔墻置頂）。

用氣房間需開設百葉窗，保持用氣房間的良好通風。燃氣管道沿線及用氣房間應設置復合型檢測報警器（同時檢測可燃氣體及一氧化碳），燃氣泄漏報警系統宜接入船上消防控制中心集中控制管理，緊急自動切斷閥（電磁閥）應設置在河岸上調壓計量柜旁，停電時緊急自動閥必須處于關閉狀態（帶電常開）。

用氣房間應設置獨立的機械送排風設施，通風量應滿足下列要求：正常工作時，換氣次數不應小于6 次/h；事故通風時，換氣次數不應小于12 次/h；不工作時，換氣次數不應小于3 次/h。當燃燒所需的空氣從室內吸取時，應滿足燃燒所需的空氣量，并應滿足排除房間燃氣設備散失的多余熱量所需的空氣量。送排風設施應設置防爆型。

用氣房間屬爆炸性氣體環境，所有電力裝置設計應符合《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范》（GB 50058-92）的相關規定，照明設備（含開關）應為固定的防爆設備。

3 燃氣設計效果

通過本次燃氣設計，克服了長岸堤地形所帶來的管道長度變化大、供氣流量大、地貌復雜、環境惡劣且復雜多變等諸多難點；引入并擴大了LPG 柔性管道在天然氣行業的應用，發明了高低水位控制柜分段控制的供氣方案，滿足了漁船在162.83～185m 變化水位連續穩定安全供氣的基本需求，使長岸堤邊漁船使用天然氣成為可能。