國產郵輪上矩形風管的法蘭選型分析

徐賽鳳，周建華，張明

(上海外高橋造船有限公司，上海 200137)

13.55萬t大型郵輪全船總長323.6 m，由機械處所和非機械處所組成，共計20層甲板。0甲板以下主要為機械處所，0甲板以上主要為非機械處所。其中非機械處所包括艙室區域、公共區域、餐飲區域及技術區域等。作為日常活動的重要場所，住艙、公共區域和餐飲等區域需要滿足不同的舒適性要求，而郵輪艙室環境的調控主要依靠空調風管系統實現。 郵輪上，機艙、公共區域、廚房等區域的風管以及與設備連接的風管，通常需要通風口徑較大的風管，此時螺旋風管無法滿足需求，需采用矩形風管。而且矩形風管是非標準化的產品，型式多樣，還涉及中、高壓系統。矩形風管的連接件包括套管和法蘭。套管連接有缺點：①焊接工藝繁瑣，易破壞風管表面油漆，并在打磨時容易導致風管變形；②安裝效率較低，耗費大量的安裝工時。一般在特殊情況，比如，安裝在狹窄區域或者廚房抽油煙處的矩形風管，才會選用套管來連接矩形風管。法蘭連接在矩形風管中應用更加普遍。矩形風管法蘭分為角鋼法蘭和插條法蘭。考慮針對郵輪上矩形風管法蘭的使用情況，通過收集國產首制郵輪上矩形風管法蘭的實際使用數據，從加工效率、建造成本等方面對比插條法蘭與角鋼法蘭的使用，希望選擇出既滿足風管設計施工需求，又能有效實現郵輪減重需求的法蘭。

1 矩形風管法蘭種類和選型原則

國產郵輪矩形風管的材料主要分為3種，包括鍍鋅板(白鐵皮)、鋼板和不銹鋼板。矩形風管根據厚度分為薄、厚壁風管，其中薄壁風管是指壁厚小于等于1.1 mm的風管；厚壁風管是指壁厚大于等于3 mm的風管。矩形風管的連接件包括套管和法蘭。矩形風管法蘭分為角鋼法蘭和插條法蘭。

插條法蘭可以采用鉤碼或者C型插條固定。采用鉤碼固定的插條法蘭見圖1。

圖1 鉤碼固定形式的插條法蘭

當空間非常狹小，鉤碼無法安裝時，插條法蘭可以采用C型插條固定，見圖2。

圖2 C型插條固定形式的插條法蘭

角鋼法蘭由角鋼型材和螺栓螺母緊固件組成。矩形風管角鋼法蘭見圖3。

圖3 矩形風管角鋼法蘭

不同材料、不同壁厚的矩形風管應當選擇不同類型法蘭。國產郵輪矩形風管法蘭的具體選型原則見表1。

由表1可見，厚壁矩形風管與不銹鋼風管均需要使用角鋼法蘭，對于需要與角鋼法蘭連接的薄壁矩形風管也需要使用相對應的角鋼法蘭。

表1 法蘭選型 mm

薄壁矩形風管若不需要和螺栓法蘭連接，則選用插條法蘭。固定件通常選用鉤碼，當鉤碼安裝空間受限，且風管長邊≤630 mm、對氣密性要求不高的風管可以選用C型插條固定。

2 矩形風管法蘭工藝要求

2.1 矩形風管法蘭制作工藝

2.1.1 插條法蘭的制作工藝

插條法蘭由法蘭條，角連接件及固定件組成。法蘭條見圖4。

圖4 法蘭條

法蘭條的原材料是鍍鋅鋼板，通過滾壓成型的方式生產。法蘭條可以切割成所需的長度，用來組裝成插條法蘭的框架。

角連接件安裝在插條法蘭的4個角部，用于連接法蘭條。角連接件見圖5。

圖5 角連接件

固定件用于緊固法蘭條，滿足風管氣密性要求。固定件選用鉤碼或者C型插條。鉤碼是剛性結構，有很強的承載能力，鉤碼見圖6。

圖6 鉤碼

C型插條見圖7。

圖7 C型插條

矩形風管插條法蘭的尺寸規格見表2。

表2 矩形插條法蘭的尺寸規格

2.1.2 角鋼法蘭制作工藝

角鋼法蘭由角鋼型材和螺栓螺母緊固件組成。角鋼型材包括鍍鋅角鋼、不銹鋼角鋼以及碳鋼角鋼。

圖8 矩形風管角鋼法蘭結構圖

圖8中:、分別為風管名義尺寸(外徑)的長、寬；為法蘭內側到螺栓孔中心的距離；為法蘭的每個螺栓孔間距的間距，螺栓孔均勻分部。

矩形風管角鋼法蘭的尺寸規格見表3。

表3 矩形風管角鋼法蘭的尺寸規格

2.2 矩形風管法蘭施工工藝

2.2.1 插條法蘭的施工工藝說明

1)法蘭條和角連接件連接要求。

(1)先將角連接件插入風管短邊對應的插條法蘭的兩側，然后插入長邊對應的插條法蘭。用木槌敲擊角連接件使其充分插入插條法蘭。注意角連接件凸起的部分應該朝向2個法蘭的對接處，使2組法蘭的接觸面基本是一個平面。風管四角處的角連接件與法蘭四角接口的固定應穩固、緊貼、端面平整，相連處不得有過大的連續通縫。

(2)法蘭條與矩形風管采用點焊或壓槽，薄壁矩形風管插條法蘭焊接節點參考圖9。

圖9 薄壁矩形風管插條法蘭焊接節點(鉤碼)

(3)法蘭條和角連接件連接完成后，檢查法蘭表面平整度、法蘭與風管之間密封性，如果有細小間隙，應在間隙處涂防火密封膠。

2)薄壁矩形風管插條法蘭安裝要點。

糖尿病病程＜12個月、12～24個月的胰腺癌患者在經過治療后，腫瘤標志物CA199、CEA水平持續下降，血糖水平也不斷降低，兩者之間為正相關關系（r=0.843、0.713，P=0.001、0.001）。 糖尿病病程 25～36 個月、＜36 個月的胰腺癌患者的血糖改善率同腫瘤標志物CA199、CEA 水平的降低無關（r=0.281、0.187，P=1.754、1.896）。

(1)先確定風管法蘭之間連接形式。

(2)鉤碼連接：根據風管法蘭長短邊長度確定鉤碼數量，每個鉤碼間距為定值，相鄰鉤碼要反向安裝，均勻分部，見圖10，注意緊固螺栓松緊。

圖10 鉤碼固定形式的插條法蘭

插條連接：根據風管法蘭長短邊長度選擇插條長度。

(3)先固定插條法蘭4個角緊固件，再安裝法蘭四邊鉤碼，或者再插上C型插條。

(4)在兩個風管插條法蘭之間墊阻燃橡膠密封墊，防止風管漏風。

2.2.2 角鋼法蘭施工工藝說明

1)厚壁矩形風管角鋼法蘭與風管的連接采用焊接的方式，焊接時需注意以下幾點事項。

(1)法蘭與風管內側焊接為連續滿焊, 焊縫表面應清理干凈,無焊渣。

(2)法蘭與風管外側焊接為間斷焊，焊縫表面應清理干凈無焊渣。

(3)碳鋼風管法蘭材料為Q235-B，不銹鋼風管法蘭材料應采用與風管相同的材料制作。

厚壁矩形風管(含厚壁不銹鋼風管)的角鋼法蘭焊接節點參考圖11。

圖11 厚壁矩形風管的角鋼法蘭焊接節點

薄壁矩形風管角鋼法蘭采用鉚釘與風管相連，安裝時鉚釘間距小于等于100 mm。薄壁矩形風管(含薄壁不銹鋼風管)角鋼法蘭安裝節點參考圖12。

圖12 薄壁矩形風管的角鋼法蘭安裝節點

2)厚壁矩形風管角鋼法蘭安裝要點。

(1)根據風管法蘭長短邊長度確定螺栓孔數量，每個螺栓孔間距為定值，均勻分部，注意緊固螺栓螺母松緊。

(2)在兩個風管角鋼法蘭之間墊阻燃橡膠密封墊，防止風管漏風。

3 效益分析

3.1 使用數量對比

通過軟件抽取全船風管模型中插條法蘭的物量，統計得到全船使用插條法蘭數量超5萬個，其長度超5萬m。其中規格為L20的插條法蘭數量超4萬個，長度超4萬m；規格為L30的插條法蘭數量為5千個左右，長度超1萬m。

在散貨船上，矩形風管基本用的都是角鋼法蘭，若按照民船的方式全部采用角鋼法蘭，通過表3矩形風管角鋼法蘭的尺寸規格和表2矩形插條法蘭的尺寸規格進行轉換計算，共需要規格為L25×25×3的角鋼法蘭數量超3萬個，長度超2萬m；規格為L30×30×3的角鋼法蘭數量超1萬個，長度超2萬 m；規格為L40×40×4的角鋼法蘭數量為1千個左右，長度為6 000 m左右。

3.2 成本分析

考慮到單位長度法蘭的重量是定值，通過統計不同規格法蘭的總長度能夠計算出相應重量，因此可以從構件重量上比較插條法蘭與角鋼法蘭。L20的插條法蘭重量約20 t，L30的插條法蘭重量約10 t，全船薄壁矩形風管插條法蘭的總重不到40 t。角鋼法蘭型材厚度3～4 mm，而插條法蘭的型材厚度為0.6～0.8 mm，以單位長度的角鋼重量對比插條的單重，角鋼法蘭比插條法蘭重。若使用對應長度的角鋼法蘭，則這部分角鋼法蘭的總重超80 t。計算得出，使用角鋼法蘭約是使用插條法蘭總重的2倍。

另外，通過上文矩形風管法蘭制作工藝的分析，結合調研生產廠家的實際情況，可以預估單個插條法蘭和角鋼法蘭的制作工時。通過計算得出插條法蘭的總制作工時約2千h，全船若使用對等數量的角鋼法蘭，則這部分角鋼法蘭的制作工時約2萬h，是插條法蘭的10倍。兩種法蘭制作工時差距大的原因有：①角鋼法蘭需要人工打螺栓孔；②角鋼法蘭與風管焊接為連續滿焊，而插條法蘭與風管之間采用點焊固定；③角鋼法蘭焊接之后還需打磨油漆。

最后，通過軟件抽取得到插條法蘭使用鉤碼的數量約20萬個，而全船使用對等數量的角鋼法蘭需要使用的螺栓數量超30萬個。根據矩形風管法蘭的施工工藝以及廠家提供的數據可以預估單個插條法蘭和角鋼法蘭的安裝工時。插條法蘭的安裝工時約2 000 h，而角鋼法蘭的安裝工時約4 000 h是插條法蘭的2倍。造成安裝效率差異的原因主要有：①插條法蘭只需要安裝螺栓1個零件，而角鋼法蘭需要安裝螺栓、螺母、墊片3個零件；②對于同一尺寸的矩形風管，角鋼法蘭使用固定件的個數明顯多與插條法蘭。

4 結論

通過對矩形風管使用不同法蘭在重量、制作工時和安裝工時等3個方面的比較，可以看出插條法蘭相對角鋼法蘭具有以下優勢。

1)如果合理替換角鋼法蘭，預計減輕超40 t重量。因此能夠實現郵輪減重的需求。

2)由于插條法蘭的制作和安裝都很方便，如果合理替換角鋼法蘭，預計節省超2萬個工時。因此能夠大幅縮短工期。

3)適用范圍更廣，由于無需配置螺栓，可以顯著降低在狹窄區域的安裝難度。

4)拆裝容易，便于配合風管調整位置的需求。

根據重量和制作、安裝工時的差異，可以計算得出對應的材料費和人工費差異。對于國產郵輪項目，如果合理替換角鋼法蘭，預計共能節省超200萬元，能夠降低郵輪生產成本。