海洋工程船散料输送系统轮机的生产设计

邢剑辉

（南通斯达瑞船舶设计有限公司，江苏 南通 226000）

海洋工程船是为海上石油开采办事的工程帮助船，散料输送系统是海洋工程船最重要的物料运载系统之一。其使用气固两相流的技术，实现粉状物料在岸上基站、海洋工程船与海上平台间进行长距离、密闭的高效输送作业，为海上平台供应钻井所需要的粉状物料。

对全船的生产设计而言，散料系统轮机的生产设计，具有重要的影响。散料输送系统的输送介质，主要有水泥、重晶石粉、石灰石等等，气固两相流态化理论，是粉状物料气力输送技术的基础。

1 散料输送系统简介

1.1 散料输送系统的作业原理

散料输送系统，是应用气固两相流的技术，将空压机提供的压缩空气的压力能变为动能，进行长距离、密闭的高效输送作业，达到预期的输送目标。散料输送系统作业方式，分为装货作业和卸货作业，船上压缩机不仅为整个过程提供动力风源，还兼顾助吹和压缩空气扫线的功能。

1.2 散料输送系统的组成部件

海洋工程船的散料输送系统一般由散料储存罐、空压机及冷干机、流程管线、管线阀门遥控系统、监测和操控设备等部分组成。输送机由驱动装置拉紧装置输送带中部构架和托辊组成输送带，作为牵引和承载构件。冷干机主要负责空气压缩后的冷却、干燥。除进行纯粹的物料输送外，还可以与各工业企业生产流程中的工艺过程的要求相配合，形成有节奏的流水作业运输线。

2 轮机的生产设计

2.1 设备的部署及安置

（1）散料罐的部署及安置。船用散料罐，是海洋石油平台服务的三用工作船舶散料输送系统的主要设备，一般由上部封头、下部封头、人孔、支腿、进气口、排气口、进料口、出料口、安全阀、压力表等接口组成。当罐内物料经过特定的气化元件加注一定量的压缩空气，实现粉状介质在平台供应船和海上平台间的高效与无损耗传输，从而实现船舶远距离及高速度连续作业，确保海上油田开采和勘探的长周期、满负荷以及安全的连续运行。

散料罐的部署，一般采取沿船主方向纵向部署，工程船一般是在船艏和船艉各布置两个散料罐。在部署散料罐时，我们要根据船舶的具体情况进行设计，要对罐体高度、外径、容积、结构强度、开孔位置、管口方位等问题，逐一确定，以确保结构安全的同时，达到最佳装载效果。

一些工程船舶，会采用沿船宽方向横向部署散料罐，这些散料罐的罐体容量较小，以使罐体紧靠甲板开口护圈，不致于造成太大间隙。散料罐的合理布置，可以避免管节用弯头连接后焊接处管内毛刺对进、出料的影响，提高进、出料效率。

（2）空压机及冷干机的部署。海洋工程船散料输送系统的冷干机与空压机，一般紧邻部署，也可分开部署。集管式散料系统压缩空气管，采用总管式，配置2 台空压机，1 台冷干机。一般用途空压机，按国家标准规定，排气压力为0.7 MPa，如果高于或低于此压力，即属非标准特种空压机。

冷干机的气液分离，采用旋风分离与不锈钢丝网捕雾有机结合的气液分离器，具有气液分离效果彻底、避免水份的二次蒸发与确保冷干机的干燥效果的重要作用。海洋工程船的首尾散料罐，分别用1台空压机及冷干机供气。空压机及冷干机的管端接口，一般设置在设备的一侧，在设备的管口一侧预留600 mm 左右的接管空间。

2.2 管系部署及管系附件配置

（1）工作管系部署。船舶管系是用来输送和排除船舶工质的管路、机械设备、器具和检测仪表等设备的统称。海洋工程船舶管道因其种类繁多，数量庞大，其设计是制约造船行业生产效率的关键因素。

散料输送系统的管路，因其输送介质的特殊性，部署将依照一定的原则。散料系统管路容易引起粉尘污染，少量的输送介质会随着排空管内的空气排出，所以散料排空管路一般需引至尾甲板。当管路中出现温差时，形成实质的结垢而阻塞管路，输送料管部署时应尽量避免穿过液舱，设计时要考虑到尽量让管路部署在人易于接近的地方，不可以设计成死管，以方便维护。

螺旋输送机主要用于输送水泥、粉煤灰、矿粉等粉状、微粒状等散状物料，不宜输送粘性大、易结块、纤维等原料。输送料管在尾甲板上的部署一般分前后两个部位。

（2）遥控阀门控制空气管系部署。气动遥控磨料阀调节阀门，可根据需要调节喷砂操作时磨料的流量。

散料系统的作业操控，是在驾驶室遥控操纵，输送料管上的控制阀门一般都采用气动遥控阀门。现在常用的气动遥控阀门，有集成式和分体式两种。

摆动液压马达是一种输出轴作往复摆动的液压执行元件。其最突出的优点，是无需任何变速机构，就可使负载直接获得往复摆动运动。

分体式的遥控阀门，故控制管系部署较多，且占用空间较大。气动遥控磨料阀，彻底解决了磨料的堵塞；同时可保持间数喷砂时间，喷砂缸不泄压，提高加工品质，减少压缩空气和磨料的损耗。

集成式阀门气动执行机构和控制电磁阀，全部集成在阀上，遥控阀上仅安置气动执行机构，各个遥控阀的换向电磁阀，则单独集成在专门的电磁阀箱内。喷砂作业时，喷砂工人利用电控开关向进气阀和常闭型磨料阀发出控制信号，磨料阀中的强力弹簧在压缩空气的作用下被压扁，流量调节管打开，喷砂作业开始。遥控阀门工作压力若与机舱自动控制气源压力相差较大，需设置带减压阀及气水分离器的气源板。

（3）管系附件配置。输送料管管系附件的配置上，要应用活接头，管路上宜采取小角度弯头，其半径可以扩展至无限大，还要采用的是非锻打方式，表面不变形，在精尺寸的基础上稍放余量就行，节省材料，保证管路的密封性。

风管上设置的调风门或防火风闸，应便于员工操作，控制空气管系的中间连接接头，采用卡套接头，方便于施工与维护。

3 设计工艺难点

3.1 管子的弯模要求

管系设计要以最快的速度和最完整的状态，满足平台、船坞与码头的需求，保证单元、分段和总组的完整性。圆形管子的弯曲模具结构，需要借助弯管机去完成，在凸凹模上分别开与圆管半径一致的半圆槽。为保证散料输送的顺畅，输送料管及罐体排空管均要求采用6 倍管通径以上弯曲半径，要避免那种过大的圆弧、任意曲线、复合弯以及大于180°的圆弧等。

管子的弯模里面，最主要是需要管子内径的芯棒，芯棒是连在一串的，根据两边的夹模来决定长度，但芯棒连在一起是可以活动的，有个角度的，芯棒的中间是用链条连接起来的。

管系设计弯管工艺，考虑采用中频弯管机热弯，以减少管子弯曲内应力。当管子直径增大时，为了防止弯管的椭圆度增大，应使用芯棒。

当管子被拉着向前时，由于芯棒作用，管子中心线外部的材料在切点处将被支撑，产生拉伸，以保证其形状和不瘪。一根管子上采用同一个弯曲半径和同规格管子的弯曲半径，使其标准化，这是机械化和自动化代替手工劳动的必然结果，也是设计适应先进的加工工艺，和先进的加工工艺促进设计两者的结合。

3.2 复杂管系的制作工艺

散料输送系统的输送总管，可以采用一种双三叉管的型式，这种双三叉管结构简单，运行、安装与维修都很方便，节省能量，操作安全可靠。但是此双三叉管是散料输送系统管系制作工艺中的难点。在具体设计中，我们先按尺寸制作总管，然后按实际尺寸弯制两支管，比照总管，在总管上开与支管相贯的坡口开孔，最后进行修割与焊接。

4 结束语

我国的船舶管系制造与日本、韩国相比，还有一定差距。散料输送系统各设备之间有机地结合，由各种不同的工艺管路、阀件、传感器、仪表等有效连接成一个完整的工作体系。散料系统的管路在生产设计中，应优先部署。流程管系主要由进料管、出料管、透气管、供气管、安全阀卸放管、助吹管组成；在各管路上安装有相应的电控气动阀和电控比例阀；布置在后驾驶台的远程控制系统，能监测和操控各设备运行。

[1]谢 非.船舶建造生产设计及管理技术研究[D]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学，2010.

[2]吕志勇.长兴造船厂生产流程优化研究[D].大连：大连理工大学，2008.