LNG船舶燃气双壁管的制作、焊接、密性试验研究

高振宇，于彩霞，佟国志

（大连中远船务工程有限公司，辽宁大连 116113）

LNG船舶燃气双壁管的制作、焊接、密性试验研究

高振宇，于彩霞，佟国志

（大连中远船务工程有限公司，辽宁大连 116113）

结合28000m3LNG船舶项目所采用的燃气双壁管，在设计阶段考虑双壁管口径的计算及模型的布置，结合现场阶段制作、焊接、密性研究，最终提供满足船东、船级社检验要求的产品，同时为今后建造LNG船舶采用的双壁管提供了指导意义。

制作；焊接；密性试验

0 引言

结合一艘单机单桨、双燃料主机驱动的运输液化LNG气体运输船进行研究，主机型号为：Wärtsilä 9L50DF，1台。针对主机燃气管路，按照规范要求、主机厂商资料、燃气供应系统采用双层壁管，系统如图1所示。内壁管为燃气管，设计压力为1.0MPa，发动机的供气压力（气体燃料喷射压力）为0.6MPa以下。外壁管为通风管，设计压力为1.0MPa。气体燃料管被安装在通风管内，在气体燃料管和通风管之间的空间，设置机械抽风设备，其排量至少为30次/小时[1,2]。

图1 燃气供应系统示意图

1 管子材料、制作、装配要求

1.1 基本信息

1）管子壁厚、材质

按照散装运输液化气体船舶构造与设备规范（2012）第五章5.2.4所述的条件，管壁厚度t(mm)应不小于按下式计算所得之值：

计算结果：t<2.5mm；内层壁管选型：114×4（316L）；外层壁管选型：168×5（316L）。

2）管子设计条件

本船燃气管路：设计压力 1MPa，材料SUS316L，管路等级I级[3]。

通风导管：设计压力1MPa，材料SUS316L，管路等级III级。

1.2 制作要求分析

1）设计阶段尽可能将双壁管焊口设计为最少化。

2）为了便于管子分段及总组后安装，管子制作需考虑施工的方便性，通常设计阶段需考虑满足管子对焊及焊接检验的空间，同时考虑双壁管做实船密性试验增设的工艺管。

3）双壁管布置于机舱内，内壁管工作介质温度范围设定为0~60℃。双壁管内部支撑采用聚四氟乙烯支撑，形式如图2和图3所示。聚四氟乙烯支撑安装位置需考虑船舶振动及滑动方向，通常考虑在适当位置增设一个支持。设计数量及位置如图4所示，具体以实船调整为主。

图2 燃气双壁管支撑结构示意图

图3 燃气双壁管支撑结构效果图

图4 燃气双壁管支撑位置示意图

4）内壁管弯头采用1.5倍弯头，外壁管采用1倍弯头。船上分段管子连接处，外壁管采用Half管。

5）直管及弯管设计管段制作图时，尽可能错开内外壁管，同时考虑安装对中工装工具的长度（图5），以便于焊接交验。制作图信息需体现出内外壁管的具体定位尺寸。

图5 对中工装置示意图

2 双壁管焊接分析

2.1 焊工

1）焊工焊前须经过理论和操作培训，持有CCS船级社认可的焊工资格证书，方能从事焊接作业。

2）持证焊工应按认可的材料组别进行相应位置的焊接施工，不得超出认可范围。

2.2 焊接材料

1）双壁管焊接所用的焊条、焊丝等焊接材料须取得CCS船级社形式认可。

2）焊条在使用前须按生产厂说明书的要求进行焙烘，对不锈钢焊条不得随意调高焙烘温度、延长焙烘时间。

3）保护气体

（1）氩气应符合国家标准GB 4842，其纯度≥99.99%。

（2）CO2气体纯度应≥99.5%。当使用气瓶供气方式时，CO2气瓶内压力<1MPa（10kg/cm2）时不得继续使用。

4）焊材匹配

管材的焊材匹配如表1所示。

2.3 焊接设备

1）焊机应安全可靠，始终保持良好的工作状态并定期进行保养。

2）能保证焊接电流、电弧电压等参数的调节。

3）焊机仪表指示应准确可靠。

表1 管材的焊材匹配

2.4 接头型式

1）管接头型式分为管/管对接、支管接头、管/法兰角接。如果设计图纸有坡口型式，以设计图纸为准。

2）管件的坡口应采用机械或等离子切割的方法来加工，切割后的边缘要打磨光顺。

3）用于不锈钢管焊接的辅助工具如钢丝刷、刨锤、扁铲应用不锈钢制成，并且是专用的，不得与碳钢混用或和碳钢接触。砂轮片也应使用不锈钢专用的型号，并不得与碳钢混用或与碳钢接触。

4）管系对接接头的错边量 e应小于管壁厚的10%，且不超过1.5mm。

2.5 焊前准备

1）焊前应将坡口表面及内、外两侧20mm以上范围内的油、水、锈、氧化皮等杂物清除干净。不得有裂纹、夹层等表面缺陷。

2）焊丝在使用前应清除表面油污、锈蚀等。

3）定位焊（采用氩弧焊）

（1）定位焊应采用与正式焊接相同的焊接材料和工艺要求。不锈钢管定位焊时管内要充氩保护。

（2）组装时的临时定位焊道最终应打磨修整。

（3）将成为正式焊缝一部分的定位焊道，在正式焊缝焊接之前必须用打磨、锉等方法将起、收弧点进行光顺处理，使其能与正式焊缝较好的熔合。

（4）正式焊缝焊接前应检查定位焊道，如果存在气孔或裂纹，则必须除掉重新钉焊。

（5）定位焊应沿整个圆周对称均匀分布，定位焊道尺寸可按表2规定执行。

表2 定位焊道尺寸(mm)

2.6 焊接要求

1）焊前预充氩

（1）为保证焊接质量，不锈钢管路、管件焊接前应进行预充氩，以排除管内的空气，使含氧量小于1%。

（2）允许整体或局部充氩。充氩时可使用泡沫塑料、有机玻璃等材料制成堵板，如图5所示。由于氩气比空气重，因此其进气口要低于出气口。但此方法必须保证焊前和焊后堵板的安装和拆卸，否则，充氩时可在图6堵板位置上贴上可溶性纸代替堵板，应注意要牢固粘贴。

图5 LNG项目燃气双层管充氩示意图

（3）预充氩时的气体流量应控制在20L/min~25L/min。

（4）充氩时用医用胶布或透明胶带把漏气处（如坡口间隙、支管等处）封住。

（5）预充氩时间应随管径增大、堵板距离增大而延长。

2）为保证焊缝背面成型质量，打底焊道结束后，对剩余焊道的焊接仍需向管内进行充氩保护，其流量为10L/min~15L/min，直至焊接完成。

3）起弧应在坡口内，避免表面损伤。不应在前一道焊缝的弧坑处引弧。氩弧焊引弧时需使用高频引弧，提前送气。

4）操作时，焊枪与工件之间保持75°~90°夹角，如图6所示。

图6 焊枪与工件的角度

5）多层焊时的层间接头要错开，层间温度不大于175℃。

6）熄弧时使用衰减电流，延时断气（时间在3s以上）后喷嘴才能离开熔池。收弧时应注意操作手法，保证填满弧坑。

7）焊接中有飞溅产生时，焊前应在焊接区域外两侧100mm范围内的管壁外表面喷上防飞溅剂或涂上石灰浆。

8）焊接过程中应防止夹钨现象，若出现夹钨，应立即予以消除。

9）对于接头处密封用胶布，不允许一次性揭掉，应边焊边揭。

10）外场作业要采取挡风措施。

2.7 焊后检验

1）外观检验。焊缝表面应成型光顺均匀，不得有裂纹、气孔、未熔合及咬肉等缺陷。

2）无损探伤检验[4]。（1）燃气管道（内壁管）焊后对接连接处应进行100%射线检测，检测合格后方可进行外管焊接；（2）燃气管道（内壁管）焊后角接应进行10%渗透检测；（3）如果设计图纸有更严格要求，以设计图纸为准进行检测。

3）返修。任何超标缺陷一经发现，应按要求进行消除修复。

3 双壁管密性试验分析

3.1 基本要求

燃气管路（内壁管）：设计压力1MPa，管路等级I级。通风导管（外层管）：设计压力1MPa，管路等级III级。燃气管设计压力为1.0MPa，发动机的供气压力（气体燃料喷射压力）为0.6MPa以下，即工作压力。试验压力取1.5MPa。

3.2 密性试验分析

1）双壁管段（管子制作图）尽可能在车间制作完成，双壁管子焊接要求及焊接检验，按本文2.6、2.7要求执行。由于本项目双壁管制作全部采用对焊，内壁管水压试验车间完成，气密试验装船后进行。外壁管只做装船后气密试验。

2）内壁管路密性试验

（1）内壁管管段进行车间水压试验时，可采取特殊工装将管段进行连接，水压试验压力1.5MPa，保持时间5min以上（试验前需考虑外壁管弯头安装）。待压力稳定后再进行检查，用小锤轻击管子弯头四周及焊缝处，如果压力表读数没有下降，而且对口焊缝处无渗漏现象，则认为合格。试验完毕后，将管路内液体清除、吹干。

（2）内壁管管段实船安装完毕后，进行内壁管气密试验，密性试验期间不连接任何设备（连接到主机前的管路接口用临时工装堵死，连接GVU的进出口采用临时工艺管连接）。气密试验压力1.5MPa，试验压力保持时间15min，如果压力表读数没有下降，仅对船上焊接的对口焊缝（车间合格后的焊缝不做检验），采用肥皂水或其他等效方式确认接头没有渗漏。

3）外壁管路密性试验

（1）外壁管车间不做密性试验。

（2）船上内壁管气密试验通过后，进行外壁管的气密试验。外壁管密性试验其间不连接任何设备（连接到主机前的管路接口用临时工装堵死，连接GVU的进出口采用临时工艺管连接）。外壁管进行气密试验压力为1.5MPa，试验压力维持时间15min。如果压力表读数没有下降，针对外壁管的所有对接焊缝，采用肥皂水或其他等效方式确认所有接头没有渗漏。

4 结束语

本文以某型LNG船舶为例，结合船级社及船东针对双壁管的要求展开论述。通过理论与实践的结合进行总结，为今后建造的LNG作为燃气的双壁管提供了一定的借鉴及参考价值。

[1] 中国船级社. 《散装运输液化气体船舶构造与设备规范》及后续修改通报[S]. 北京: 人民交通出版社, 2006.

[2] 中国船级社. 双燃料发动机系统设计与安装指南[S].北京: 人民交通出版社, 2007.

[3] 中国船级社. 《钢质海船入级与建造规范》及后续修改通报[S]. 北京: 人民交通出版社, 2012.

[4] 中国船级社. 《材料与焊接规定》及后续修改通报[S].北京: 人民交通出版社, 2012.

Research on Manufacture & Welding & Gas Tightness Test of LNG Carrier Double Wall Piping

Gao Zhen-yu, Yu Cai-xia, Tong Guo-zhi

(COSCO (Dalian) Shipyard Co., Ltd., Liaoning Dalian 116113, China)

Based on the gas double-walled tube adopted by 28000m3LNG ship project, double-wall pipe diameter calculation and model of the arrangement are considered in the design stage. As well as combining with the manufacture, welding, tightness research on the ship, the double wall piping which meets the inspection requirements of the owner and classification society is produced. This research can provide a practical guidance for the building of LNG ship using the double-wall piping in the future.

fabrication; welding; gas tightness test

U671.8

A

1005-7560 (2014) 06-0039-04

高振宇（1979-），男，助理工程师，研究方向：船舶与海洋工程轮机管系设计。