国产邮轮上矩形风管的法兰选型分析

徐赛凤，周建华，张明

(上海外高桥造船有限公司，上海 200137)

13.55万t大型邮轮全船总长323.6 m，由机械处所和非机械处所组成，共计20层甲板。0甲板以下主要为机械处所，0甲板以上主要为非机械处所。其中非机械处所包括舱室区域、公共区域、餐饮区域及技术区域等。作为日常活动的重要场所，住舱、公共区域和餐饮等区域需要满足不同的舒适性要求，而邮轮舱室环境的调控主要依靠空调风管系统实现。 邮轮上，机舱、公共区域、厨房等区域的风管以及与设备连接的风管，通常需要通风口径较大的风管，此时螺旋风管无法满足需求，需采用矩形风管。而且矩形风管是非标准化的产品，型式多样，还涉及中、高压系统。矩形风管的连接件包括套管和法兰。套管连接有缺点：①焊接工艺繁琐，易破坏风管表面油漆，并在打磨时容易导致风管变形；②安装效率较低，耗费大量的安装工时。一般在特殊情况，比如，安装在狭窄区域或者厨房抽油烟处的矩形风管，才会选用套管来连接矩形风管。法兰连接在矩形风管中应用更加普遍。矩形风管法兰分为角钢法兰和插条法兰。考虑针对邮轮上矩形风管法兰的使用情况，通过收集国产首制邮轮上矩形风管法兰的实际使用数据，从加工效率、建造成本等方面对比插条法兰与角钢法兰的使用，希望选择出既满足风管设计施工需求，又能有效实现邮轮减重需求的法兰。

1 矩形风管法兰种类和选型原则

国产邮轮矩形风管的材料主要分为3种，包括镀锌板(白铁皮)、钢板和不锈钢板。矩形风管根据厚度分为薄、厚壁风管，其中薄壁风管是指壁厚小于等于1.1 mm的风管；厚壁风管是指壁厚大于等于3 mm的风管。矩形风管的连接件包括套管和法兰。矩形风管法兰分为角钢法兰和插条法兰。

插条法兰可以采用钩码或者C型插条固定。采用钩码固定的插条法兰见图1。

图1 钩码固定形式的插条法兰

当空间非常狭小，钩码无法安装时，插条法兰可以采用C型插条固定，见图2。

图2 C型插条固定形式的插条法兰

角钢法兰由角钢型材和螺栓螺母紧固件组成。矩形风管角钢法兰见图3。

图3 矩形风管角钢法兰

不同材料、不同壁厚的矩形风管应当选择不同类型法兰。国产邮轮矩形风管法兰的具体选型原则见表1。

由表1可见，厚壁矩形风管与不锈钢风管均需要使用角钢法兰，对于需要与角钢法兰连接的薄壁矩形风管也需要使用相对应的角钢法兰。

表1 法兰选型 mm

薄壁矩形风管若不需要和螺栓法兰连接，则选用插条法兰。固定件通常选用钩码，当钩码安装空间受限，且风管长边≤630 mm、对气密性要求不高的风管可以选用C型插条固定。

2 矩形风管法兰工艺要求

2.1 矩形风管法兰制作工艺

2.1.1 插条法兰的制作工艺

插条法兰由法兰条，角连接件及固定件组成。法兰条见图4。

图4 法兰条

法兰条的原材料是镀锌钢板，通过滚压成型的方式生产。法兰条可以切割成所需的长度，用来组装成插条法兰的框架。

角连接件安装在插条法兰的4个角部，用于连接法兰条。角连接件见图5。

图5 角连接件

固定件用于紧固法兰条，满足风管气密性要求。固定件选用钩码或者C型插条。钩码是刚性结构，有很强的承载能力，钩码见图6。

图6 钩码

C型插条见图7。

图7 C型插条

矩形风管插条法兰的尺寸规格见表2。

表2 矩形插条法兰的尺寸规格

2.1.2 角钢法兰制作工艺

角钢法兰由角钢型材和螺栓螺母紧固件组成。角钢型材包括镀锌角钢、不锈钢角钢以及碳钢角钢。

图8 矩形风管角钢法兰结构图

图8中:、分别为风管名义尺寸(外径)的长、宽；为法兰内侧到螺栓孔中心的距离；为法兰的每个螺栓孔间距的间距，螺栓孔均匀分部。

矩形风管角钢法兰的尺寸规格见表3。

表3 矩形风管角钢法兰的尺寸规格

2.2 矩形风管法兰施工工艺

2.2.1 插条法兰的施工工艺说明

1)法兰条和角连接件连接要求。

(1)先将角连接件插入风管短边对应的插条法兰的两侧，然后插入长边对应的插条法兰。用木槌敲击角连接件使其充分插入插条法兰。注意角连接件凸起的部分应该朝向2个法兰的对接处，使2组法兰的接触面基本是一个平面。风管四角处的角连接件与法兰四角接口的固定应稳固、紧贴、端面平整，相连处不得有过大的连续通缝。

(2)法兰条与矩形风管采用点焊或压槽，薄壁矩形风管插条法兰焊接节点参考图9。

图9 薄壁矩形风管插条法兰焊接节点(钩码)

(3)法兰条和角连接件连接完成后，检查法兰表面平整度、法兰与风管之间密封性，如果有细小间隙，应在间隙处涂防火密封胶。

2)薄壁矩形风管插条法兰安装要点。

糖尿病病程＜12个月、12～24个月的胰腺癌患者在经过治疗后，肿瘤标志物CA199、CEA水平持续下降，血糖水平也不断降低，两者之间为正相关关系（r=0.843、0.713，P=0.001、0.001）。 糖尿病病程 25～36 个月、＜36 个月的胰腺癌患者的血糖改善率同肿瘤标志物CA199、CEA 水平的降低无关（r=0.281、0.187，P=1.754、1.896）。

(1)先确定风管法兰之间连接形式。

(2)钩码连接：根据风管法兰长短边长度确定钩码数量，每个钩码间距为定值，相邻钩码要反向安装，均匀分部，见图10，注意紧固螺栓松紧。

图10 钩码固定形式的插条法兰

插条连接：根据风管法兰长短边长度选择插条长度。

(3)先固定插条法兰4个角紧固件，再安装法兰四边钩码，或者再插上C型插条。

(4)在两个风管插条法兰之间垫阻燃橡胶密封垫，防止风管漏风。

2.2.2 角钢法兰施工工艺说明

1)厚壁矩形风管角钢法兰与风管的连接采用焊接的方式，焊接时需注意以下几点事项。

(1)法兰与风管内侧焊接为连续满焊, 焊缝表面应清理干净,无焊渣。

(2)法兰与风管外侧焊接为间断焊，焊缝表面应清理干净无焊渣。

(3)碳钢风管法兰材料为Q235-B，不锈钢风管法兰材料应采用与风管相同的材料制作。

厚壁矩形风管(含厚壁不锈钢风管)的角钢法兰焊接节点参考图11。

图11 厚壁矩形风管的角钢法兰焊接节点

薄壁矩形风管角钢法兰采用铆钉与风管相连，安装时铆钉间距小于等于100 mm。薄壁矩形风管(含薄壁不锈钢风管)角钢法兰安装节点参考图12。

图12 薄壁矩形风管的角钢法兰安装节点

2)厚壁矩形风管角钢法兰安装要点。

(1)根据风管法兰长短边长度确定螺栓孔数量，每个螺栓孔间距为定值，均匀分部，注意紧固螺栓螺母松紧。

(2)在两个风管角钢法兰之间垫阻燃橡胶密封垫，防止风管漏风。

3 效益分析

3.1 使用数量对比

通过软件抽取全船风管模型中插条法兰的物量，统计得到全船使用插条法兰数量超5万个，其长度超5万m。其中规格为L20的插条法兰数量超4万个，长度超4万m；规格为L30的插条法兰数量为5千个左右，长度超1万m。

在散货船上，矩形风管基本用的都是角钢法兰，若按照民船的方式全部采用角钢法兰，通过表3矩形风管角钢法兰的尺寸规格和表2矩形插条法兰的尺寸规格进行转换计算，共需要规格为L25×25×3的角钢法兰数量超3万个，长度超2万m；规格为L30×30×3的角钢法兰数量超1万个，长度超2万 m；规格为L40×40×4的角钢法兰数量为1千个左右，长度为6 000 m左右。

3.2 成本分析

考虑到单位长度法兰的重量是定值，通过统计不同规格法兰的总长度能够计算出相应重量，因此可以从构件重量上比较插条法兰与角钢法兰。L20的插条法兰重量约20 t，L30的插条法兰重量约10 t，全船薄壁矩形风管插条法兰的总重不到40 t。角钢法兰型材厚度3～4 mm，而插条法兰的型材厚度为0.6～0.8 mm，以单位长度的角钢重量对比插条的单重，角钢法兰比插条法兰重。若使用对应长度的角钢法兰，则这部分角钢法兰的总重超80 t。计算得出，使用角钢法兰约是使用插条法兰总重的2倍。

另外，通过上文矩形风管法兰制作工艺的分析，结合调研生产厂家的实际情况，可以预估单个插条法兰和角钢法兰的制作工时。通过计算得出插条法兰的总制作工时约2千h，全船若使用对等数量的角钢法兰，则这部分角钢法兰的制作工时约2万h，是插条法兰的10倍。两种法兰制作工时差距大的原因有：①角钢法兰需要人工打螺栓孔；②角钢法兰与风管焊接为连续满焊，而插条法兰与风管之间采用点焊固定；③角钢法兰焊接之后还需打磨油漆。

最后，通过软件抽取得到插条法兰使用钩码的数量约20万个，而全船使用对等数量的角钢法兰需要使用的螺栓数量超30万个。根据矩形风管法兰的施工工艺以及厂家提供的数据可以预估单个插条法兰和角钢法兰的安装工时。插条法兰的安装工时约2 000 h，而角钢法兰的安装工时约4 000 h是插条法兰的2倍。造成安装效率差异的原因主要有：①插条法兰只需要安装螺栓1个零件，而角钢法兰需要安装螺栓、螺母、垫片3个零件；②对于同一尺寸的矩形风管，角钢法兰使用固定件的个数明显多与插条法兰。

4 结论

通过对矩形风管使用不同法兰在重量、制作工时和安装工时等3个方面的比较，可以看出插条法兰相对角钢法兰具有以下优势。

1)如果合理替换角钢法兰，预计减轻超40 t重量。因此能够实现邮轮减重的需求。

2)由于插条法兰的制作和安装都很方便，如果合理替换角钢法兰，预计节省超2万个工时。因此能够大幅缩短工期。

3)适用范围更广，由于无需配置螺栓，可以显著降低在狭窄区域的安装难度。

4)拆装容易，便于配合风管调整位置的需求。

根据重量和制作、安装工时的差异，可以计算得出对应的材料费和人工费差异。对于国产邮轮项目，如果合理替换角钢法兰，预计共能节省超200万元，能够降低邮轮生产成本。