一种LNG动力船供气系统双层管的施工工艺

何日能 张义伟

摘 要：本文介绍了LNG动力船供气系统的相关要求，对双层管设计、建造、检验过程中的一些问题进行了研究，总结了经验，形成具体的现场操作及检验流程，编写了一种LNG动力船供气系统双层管的施工工艺

关键词：LNG；双层管；施工工艺

中图分类号：U664.84 文献标识码：A

Abstract： This paper introduces the requirements of LNG supply system， studies the problems encountered in the design， construction and inspection of the double-layer pipes， summarizes relevant experience， forms the specific field operation and inspection process， and prepares the construction technology of the double-layer pipes for LNG supply system in LNG ships.

Key words： LNGl； Double-layer pipe； Construction technology

1 引言

近年來，已开始出现使用以清洁能源为燃料的新造船舶。天然气是一种低碳化的清洁能源，大力发展以LNG为燃料的新造船舶将是未来很长一段时间内的发展趋势。

液化天然气（LNG）是为便于储存和运输而转换为液体形态的天然气，其体积约为等量气态天然气的1/600。LNG无色、无味、无毒并且无腐蚀性，其缺点是易燃及引起窒息。LNG的储存和运输通常是在接近其沸点（常压下约-160 ℃）温度下。

由于天然气本身的特性，所以对于LNG动力船舶来讲，确保LNG供气系统的安全性将是贯穿在新造船舶设计、建造、检验与日常使用当中的重中之重。LNG系统简图，如图1所示。

2 LNG供气系统双层管简介

LNG供气系统是指通过LNG加热系统二级换热结构，利用乙二醇/水混合溶液给LNG加热，使其气化成常温的天然气并提供给主机使用的管路及相关系统。

LNG供气系统通常都采用双层管结构。根据CCS规范要求，LNG气体燃料管路只能采用下面两种方式中的一种：

（1）气体燃料管应为双层壁管。其气体燃料被贮存在内管中。对于同心管之间的空间，应用惰性气体加压至大于气体燃料的压力；应设置合适的报警装置，以警示两管之间惰性气体压力的下降；

（2）气体燃料管应被安装在通风管或管道内。在气体燃料管和通风管或管道内壁之间的空间应设置机械抽风设备，其排量至少为30次/h；应将通风系统布置成能维持其压力低于大气压力；风扇电机应置于通风管或管道之外；应将通风出口设于不会点燃易燃气体/空气混和物的位置。

综合考虑船厂的实际情况、建造的可操作性以及使用、检修便利，我们选择采用第二种方式。即从罐体到主机段的供气管路采用双层管结构，内层为天然气管路、外层为通风管路。若内层管泄漏，可通过设置在通风系统内的可燃气体探头报警，自动切断供气系统上的所有遥控阀门，并直接通过通风系统将可燃气体排走。

3 LNG供气系统双层管的设计

由于气体燃料的特殊性，防止供气管路的泄漏是管路设计、建造、检验过程中最重要的一步。所以在设计时要考虑到建造过程中的可操作性，以及使用安全、检验要求，包括检修的方便性。

3.1 双层管的焊接及拍片

根据CCS规范要求，气体燃料管路应尽可能采用全焊接对焊接头，并应进行全部的射线检查。所以双层管的基本要求是内外管均采用对焊连接，其中内层供气管要求进行100%射线检测。

由于内层管路采用100%射线检测，所以在双层管设计时要综合考虑现场拍片的要求。另外，因考虑到外场焊接内管及拍片要求，采用了在内管对焊处将外管先切割成两瓣，当内管焊接及拍片检测完毕之后，将外管拼回去再焊接外管，所以此处切割的外管长短对于内管拍片有直接影响。拍片具体要求见图2所示。

考虑到现场情况，要求在内管对焊处外管切割长度至少要大于300 mm，而机头与对焊处的距离要大于500 mm才能保证内管拍片的要求。另外，为满足拍片的要求，双层管设计不能靠壁太近，必须大于150 mm。

3.2 内外管支撑

双层管内外管均采用不锈钢316L管路，外管为φ140*5、内管为φ89*4。为保证双层管的安装，在内外管之间要设置支撑块。

考虑到天然气的可爆性，为防止静电，以前常用的支撑形式都不太适用。经综合考虑，我们采用了如图3所示的支撑形式，即采用内管支撑块与支撑衬垫的组合方式。内管支撑块为不锈钢316L与内管外壁直接焊接，支撑衬垫采用聚四氟乙烯材质，防止与外管内壁碰撞产生火花。

3.3 双层管的内场制作、安装

由于双层管的拍片要求、现场的可操作性，以及保证供气管路的清洁，要尽量将双层管的焊接、安装工序前移到内场完成，减少外场烧焊的焊缝数量。作业流程如图4所示。

具体焊接要求如下：

（1）焊接方法采用TIG全位置焊，电源极性为DCRP，焊丝采用φ2.0 mm的316 L焊丝；

（2）焊接部件要清洁干净，不应有油漆、油污、氧化皮或其他对焊接质量有害的附着物；

（3）点焊定位的焊渣和前道焊渣均应清除干净；

（4）焊接前应仔细调节焊接参数，使焊接飞溅最小，确保电弧稳定和焊缝成形良好；

（5）焊接时尽可能使焊缝处于平焊位置，并选择小的焊接参数；

（6）禁止在工件上随处任意引弧，焊接收弧应填满弧坑后熄弧；

（7）焊缝尺寸用焊缝卡尺、直尺（钢皮尺）等进行检验，焊缝应符合图样要求，焊缝金属应向母材圆滑过渡；

（8）焊缝表面不应有裂纹、焊瘤、焊穿、未熔合、针状气孔及弧坑、满溢等缺陷；

（9）管子焊接完成，应清除焊渣、药粉及飞溅粒子，部分焊缝应用砂轮进行修整。

3.4 双层管的外场安装

安装原则为先LNG管、后普通管；先燃气内管、后通风外管；

焊接顺序为先内管拍片檢验焊缝、气密试验报检合格，再外管普通焊缝；外管普通焊缝、先两半拼弯拼焊，再两半拼管拼焊。

具体施工流程如图5所示。

在外场焊接过程中首先要考虑现场施工及100%拍片的可操作性，在设计阶段明确焊接及拍片检测空间要求，保证外场施工及拍片能顺利展开。

考虑到LNG系统的特殊性，内层管道不能存在水，所以气密时要采用干燥的氮气进行（压缩空气含水汽较多，不建议采用）。lNG管路对管路清洁度要求较高，在气密前及气密后，应对内外层管路用干燥的氮气对管路进行吹洗，在管路两侧用白布进行检验，白布上无杂质证明已清洁完毕，进行封端处理。

4 LNG系统双层管检验流程

由于CCS规范尚不完善，所以如何检验本船LNG各相关系统的压力、密性是关系到LNG系统能否正常交付使用的基础。结合现场实际，经过与船东、船检、规范所的共同研究，我们形成了具体的检验流程。

LNG供气系统为双层管结构，内外管设计压力均为1MPa。为保证管路的密性及强度，以及检验双层管内外管焊接质量，我们按如下流程进行检验：

（1）外场定位内场制作安装好的部分双层管，对内管连接焊缝进行焊接，并进行100%射线检测，提交船东、 船检报验；

（2）将LNG储罐的压力升到0.6 MPa，利用储罐内压力吹扫罐体到GVU段的双层管，在GVU处法兰用白布进行检验，待白布上无杂质证明此段管路已清洁完毕；然后利用加注软管连接槽车气化器与GVU-主机软管段双层管，利用液氮气化的氮气吹扫此段管路，在主机软管处法兰用白布进行检验，待白布上无杂质证明此段管路已清洁完毕；

（3）盲住内管连接法兰一端，从另一端打入氮气进行1.5倍设计压力（1.5 MPa）的气压试验，保压15分钟；然后将压力降至设计压力（1 MPa）保压2个小时以上检查管路密性，焊缝处涂肥皂水检测，提交船东、船检报验；

（4）内管检测完毕，安装内管焊缝处的外管，焊接外管连接焊缝，进行不锈钢焊缝常规检测；

（5）盲住外管连接法兰一端，从另一端打入氮气进行 1.5倍设计压力（1.5 MPa）的气压试验，保压15分钟；然后将压力降至设计压力（1 MPa）保压2个小时以上检查管路密性，焊缝处涂肥皂水检测，提交船东、船检报验。

5 结束语

LNG动力船供气系统是整个LNG相关系统里面最重要的一环。它将LNG储罐与主机联通起来，将LNG转换为气态天然气供主机使用，它的设计、建造质量直接关系到整个系统的成败。通过对相关规范、技术要求的研究，以及经过与船东、船检、设备厂商共同讨论，我们总结出了一套LNG供气系统双层管的建造施工、检验流程，保证了相关检验、加注及系泊、航行试验的顺利进行，为船舶的交付奠定了基础，也为以后LNG相关产品的设计、建造积累了经验。

参考文献

[1] 中国船级社.散装运输液化气体船舶构造与设备规范，2016[S].人民交通出版社

[2] 中国船级社.气体燃料动力船检验指南，2011[S].人民交通出版社.

[3] 中国船级社.双燃料发动机系统设计与安装指南，2011[S].人民交通出版社.