船用供气模块集成化技术

宋　劭，严　军，陆　煊

(中国舰船研究设计中心，武汉 430064)



船用供气模块集成化技术

宋劭，严军，陆煊

(中国舰船研究设计中心，武汉 430064)

摘要：结合现代化船舶集成优化的设计思想，提出船用压缩空气供气模块的集成化设计概念。采用模块化设计思想，在船上狭小空间内将空气瓶、减压阀件、高压阀件、压力表等零部件集成优化，减少现场施工量，提高船舶设计的维修性、安全性和集成化水平。

关键词：供气模块；集成化；压缩空气；维修性；安全性

传统船舶上各供气系统中，主要通过从布置在船上各位置的气瓶引出管路，再通过分散安装的高压减压阀、安全阀、滤器、截止阀等单元阀件获得所需压力的气体。设计人员需针对每个用户单独设计气路系统，船厂施工单位也必须按样施工，管路复杂，现场施工作业量大，高压空气管路压力高、刚度大、密封技术要求高[1]。受现场施工条件和施工工艺的限制，往往难以达到强度、密性等试验要求，获得较高的施工质量，造成返工率比较高。为此，结合现代化船舶集成优化的设计思想，提出船用压缩空气供气模块的设计概念。采用模块化设计思想，在船上狭小空间内将空气瓶、减压阀件、高压阀件、压力表等零部件集成优化。

1国内外研究、应用概况

集成化的设计思想越来越多地被运用到船舶领域。船舶上供气模块一般应具有储气、减压、过滤、安全泄放、安全输出及供气等功能，将来自系统高压管路内的压缩空气储气、减压至相应压力值，满足模块用气需要。

目前船舶行业中各种阀门、管路及附件采用模块式结构较少，随着船舶装备现代化的提高，迫切需要研制先进的、集成化、模块化及智能化的船舶用供气模块。集成化供气模块符合市场的需求，其耐高压性能好，现场施工难度小，安装简单，密封性能好，操作方便快捷等特点非常适合船舶上的恶劣环境，符合客户对产品的使用要求。

2供气模块集成化设计技术方案

在海上恶劣的外部条件下，船舶会产生一定程度的横摇、纵倾等，对供气模块的安全性、结构的可靠性等要求更高；同时，由于船舶上空间比较狭小，在进行供气模块集成化设计时还要充分考虑到供气模块易于操作和维修。

本文主要以某型船舶压缩空气供气模块为例，进行供气模块集成化设计和模块适装性技术分析，包括供气模块的组成，原理与功能流程，船用条件下供气模块的结构设计，安全性、维修性、可靠性分析等。

2.1供气模块集成化

2.1.1供气模块组成

压缩空气供气模块用于将来自高压管路的一定压力的压缩空气减压至相应压力值，满足设备用气需要，压缩空气供气模块具有储气、减压、过滤、安全泄放、安全输出及供气等功能。

压缩空气供气模块主要组成见表1。

2.1.2供气模块系统原理

储气量为125 L×2，减压后两路供气的压缩空气供气模块内部原理见图1。

1)供气模块在进气总管上设有高压截止止回阀，保证本供气模块在充满压力后不会向压缩空气系统总管倒流，不会因总管的漏气而影响供气模块的使用。

2)供气模块在进气总管上设有高压滤器，在压缩空气进入气瓶之前先进行过滤，避免管路内的杂质进入空气瓶及后面的阀件而引起阀件密封面的损坏。

表1　压缩空气供气模块组成

图1　供气模块系统原理

3)供气模块在输出管路上设置有高压模块式减压阀组，能够根据用户需要提供所需压力和流量的压缩空气。

4)供气模块的气瓶上设有积水排放口，长期使用的气瓶其中可能会有积水，此时打开排污截止阀就能排放相应气瓶中的积水。

5)供气模块在进气管路、高压空气瓶上和减压阀后均设置有压力表，用于读取相应的压力值；模块高压部分设置有压力传感器，用于监测高压空气瓶内的压力，外界可通过压力传感器实时监测供气模块的压力状态。

6)考虑到空气瓶高压压力容器的周期性检验需求[2-3]，按狭小高度空间要求合理设计气瓶组框架结构以满足方便拆卸的要求。

2.1.3供气模块功能流程

1)充气。高压压缩空气气流通过高压空气滤器过滤后进入截止止回阀，再通过气瓶前截止阀向气瓶供气。

2)调压供气。分别打开两组减压阀前的截止阀，调节减压阀使出口压力达到用户要求值；再分别打开两组出口截止阀，减压后的空气即可供至用户，模块采用备用节流阀。压缩空气供气模块样机的气瓶中设有安全放泄口和积水排放口。当气瓶中的高压气体到达一定程度时，就会通过高压安全阀泄放气瓶中的高压空气，保证气瓶和管路安全。

3)排污排水。打开排污截止阀能排放长期使用的气瓶中的积水。

2.2供气模块适装性技术

2.2.1安全性设计

1)供气模块的气瓶中设有安全放泄口，当气瓶中的高压气体到达一定程度时，可以主动泄放气瓶中的高压空气，保证气瓶和管路的安全。

2)在供气模块进气管路和每个空气瓶上均设置有安全阀[4]，当气瓶中的高压气体超出压力设定值时，就会泄放气瓶中的高压空气，保证气瓶和管路的安全；供气模块的减压阀后也设有安全阀，当减压阀减压后的压力超过安全阀设定值时，安全阀将会开启，降低管路中的压力，保证管路和设备的安全。

3)安全阀泄放口连接管路，将管路出口向下，避免泄放出的高压气体对人员或其他设备造成损害，各泄放管相互独立。

4)压力容器的焊接工艺应当符合JB4708《钢制压力容器焊接工艺评定》的要求[5-6]，管路接头等的焊缝质量评定参照GB/T 3323-2005《金属融化焊焊接接头射线照相》中的Ⅱ级要求对高压管路进行焊缝探伤检测[7-8]。

2.2.2维修性设计

供气模块采用集成框架式结构对气瓶有一定的保护作用，在气瓶底部安装有减震橡胶垫，防止瓶体受撞击而引起压力变化，造成潜在危险。

供气模块需要操作和观察的截止阀、压力表、压力表阀等集中布置在供气模块的正面，需要维修的截止阀、减压阀、安全阀等尽量布置在设备一侧，方便后期拆装维修，同时也减小了设备需要的维修空间。

供气模块采用框架结构设计，需要进行空气瓶的周期性检验时，可以较方便地将供气模块中气瓶逐个拆卸下来，搬运出舱，不必将整个供气模块出舱检验，可提高设备的维修性。

图2　压缩空气供气模块结构

3集成化供气模块技术特点

1)依据集成设计的思想，供气模块将高压气瓶、高压模块式减压阀组、高压安全阀、高压截止阀、高压滤器、压力传感器及耐震压力表等部件集成设计，实现模块化供气，尺寸紧凑，对外接口简单，操作维护及安装灵活方便。减少现场施工量，提高系统可靠性，减少总体资源的占用。

2)供气模块设计，只需将不同供气压力要求的模块设计安放在相应位置，改变了以往高压气瓶、各种高压减压阀、安全阀、滤器及截止阀等单元阀件离散分布式的供气系统，将空气瓶、核心减压阀、压力表安装在紧凑的框架内，节省了安装空间，减少了对外接口和现场施工工作量，安装操作更为简便。同时，方便了元器件的集中检测、维修及保养操作，便于压力及流量的集中控制。

3)以高度集成化模块式整体设计、制造、试验及供货，将质量控制环节从船上转移到承制厂，可充分利用工厂的技术力量、制造环境及试验手段等，并通过型式试验、陆上模拟试验及出厂试验等方式，有助于解决高压气体管路密封不严、漏气损耗等问题，提高船舶设计的安全性和可靠性。

4)有利于提高船舶设计标准化、集成化水平，设计方便、快捷。

5)便于对压缩空气供气模块阀件元器件进行集中检查、调整、维修及保养工作的操作。

6)有利于通过压缩气体压力、流量传输技术实现高压空气系统的远程控制及集中控制。

参考文献

[1] 刘安涟.模块化设计与建造管路对接技术探讨[J].中国船舶研究，2006，1(5/6)：64-67.

[2] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.固定式压力容器安全技术监测规范[S].北京：新华出版社，2009.

[3] 国家技术质量监督局.气瓶定期检验站技术条件[S].北京：中国标准出版社，1999.

[4] 李景辰.压力容器基础知识[M].北京：劳动人事出版社，1984.

[5] 魏振兴，杨力能，张炜，等.压力容器无损检测技术的应用[J]. 装备制造技术,2013(2):136-137.

[6] JB4708-2000.钢制压力容器焊接工艺评定[S].昆明：云南科技出版社，2000.

[7] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.金属融化焊焊接接头射线照相[S].北京：中国标准出版社，2006.

[8] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.氧气及相关气体安全技术规程[S].北京：中国标准出版社，2008.

Investigation on Integrated Air Feed Modular Technique of Ships

SONG Shao, YAN Jun, LU Xuan

(China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China)

Abstract:Combining integrated and optimization design ideas of modern ships, design concepts of compressed air feed modular are proposed. Adoption modularized design methods, gas cylinders, a large number of valves, pressure gauges are integrated together on the ship. The functions of air feed module include gas storage, decompression, filtration, security release, exporting signal, etc, which reducing the workload on site, improving the level of maintainability, security and integration.

Key words:air feed module; integration; compressed air; maintainability; security

中图分类号：U664.5

文献标志码：A

文章编号：1671-7953(2016)02-0013-03

第一作者简介：宋劭(1986-)，男，硕士，工程师E-mail:songshao1986@126.com

基金项目：国家部委基金资助项目

收稿日期：2016-01-06

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2016.02.004

修回日期：2016-01-21

研究方向:船舶辅助系统