浅谈船用LNG管路设计要点

张华

摘  要：LNG管路分为低温管和常温供气管。本文将重点介绍船用LNG管路设计，安装注意事项及要点，供借鉴参考。

关键字：液相管，供气管，双壁管，焊接

LNG燃料作为一种新型的清洁能源，作为船用燃料时可以有效减少SOx ，NOx，CO2 排放，满足日益严格的船舶排放法规要求，且会降低船舶燃料成本，提高船舶的燃料经济性。LNG从字面理解为液化天然气，船用天然气管道主要由液相管路及气相管路组成。液相管主要是从LNG加注站至LNG储罐的加注管路，气相管主要为气化&加热器与主/辅机之间供气管路及加注站，储罐安全阀气体释放管路。按照主机选型不同，供气管路又分为高压供气管路及低压供气管路。

1  低温液相管设计要点

1.1低温液相管材质选型

因LNG低温特性（-163°），常规钢板，钢管在此低温环境下会发生低温脆化，造成碎裂。适用于低温的材料：高锰钢、镍合金钢、镍铁合金钢（INVAR钢，36%镍）、不锈钢、铝。船用LNG管路材质通常选用不锈钢。

1.2 低温液相管穿舱件及管支撑选型

为维持介质的低温及安全需要，液相管外表面需要外包绝缘，绝缘层厚度根据管径尺寸确定。液相管不能直接与钢制甲板或管路支撑焊接，液相管穿甲板需要用专用的低温管穿舱件，液相管管夹为保温型。低温管穿舱件及保温管夹尺寸均比常规穿舱件及管夹尺寸大很多，需要提前考虑开孔尺寸及布置空间。

1.3 低温液相管低温应力分析

因LNG介质特性，在储罐充装过程中需要经历巨大的温差，会造成管路产生低温应力，而且船体变形，管路支架的布置对低温管应力变化影响非常大。所以需要用有限元分析软件建模对低温管进行应力分析计算，通过分析，在管路上设置必要的膨胀弯管及优化管支架位置，降低管路应力。该应力分析需要尽可能的提前，避免后期管线及支撑调整修改，尤其当空间狭小时，会造成后期调整更改困难。

1.4 低温液相管连接形式

因LNG液体的低温特性，泄漏后的液体会损坏船体结构，所以防止液相管接头泄漏显得尤为重要。低温液相管可以使用法兰和对接焊连接，但应尽可能用对接焊连接，避免使用法兰连接，因为经检测合格的对接焊连接可靠性远高于法兰连接。法兰连接通常用于通岸接口，且法兰接口处需要设置不锈钢集液盘。按照各船级社要求，低温管对接焊缝均需100%探伤，以保证焊接质量。为此，焊缝周边需要预留足够空间供焊接和检测设备检测焊缝。

2  供气管设计要点

2.1  机舱外的供气管路为单壁管，选用不锈钢316L材质，但需按照主/辅机厂家要求选型，部分主机厂家要求供气管为双相不锈钢。该供气管通常为对接焊连接，可使用普通U型管夹，但需用软性材料将管子与U型管夹隔离，防止管子窜动与U型夹码摩擦损伤供气管。管路介质为常温气体，为保证至各用户的气体温度不受环境温度影响，该管路位于机舱外露天部分通常也需做绝缘包扎。

2.2  机舱内为了尽可能避免因供气管路焊接等缺陷造成的管路泄漏危险，依照IMO及船级社的规范要求，机械处所的燃气管采用双壁管形式。一旦内管发生泄漏，还有外套管进行隔离保护，减少火灾爆炸风险。内外管之间有不间断通风或者注入惰性氣体方式防液化气泄漏，后者理论可行，通常使用通风方案。通风方案：内外管之间的腔体有风机不间断地抽风，一旦发生内管泄漏，漏出的燃气会立即被抽风机排出至露天安全区域。

3  机舱双壁管设计要点

机舱双壁管内管材质与机舱外供气管材质相同，双壁管外管材质通常为不锈钢304。因双壁内外管之间需要不间断抽风，以保证管路负压，并且每小时需达到一定量的换气次数。所以双壁管要尽量少的设置弯头以降低管路阻力。同时为了泄漏检测，在每一处弯头处均需设置检测螺纹接口，在规定长度的直管段上也需设置检测螺纹接口。检测螺纹接口周边需要预留足够检测空间。同时双壁管外管采用对接焊连接，管段连接处需要在船上现场焊接，为保证焊接质量及焊缝检测，需要在双壁管周围预留足够空间供焊接及焊缝检测。为此，管路布置时需优先布置双壁管，给其周围预留足够空间，避免后期无法焊接或无法进行焊缝无损检测。双壁管在内外管之间径向布置一定数量的滑动支架和固定支架。以保证内管有足够的支撑。滑动支架与外管间设置PTFE衬垫，以减少金属管壁之间因直接接触造成严重摩擦。

4  双壁管连接形式及焊接顺序

双壁管典型连接形式

首先焊接内管对接焊缝①。内管对接焊缝，进行焊缝探伤和内管密性试验合格后才可以装配外管HALF型外套。外管HALF型外套装配后，先点焊②和③两道横向焊缝，将焊缝②旋转到方便施焊的位置，完成焊缝②的焊接;再将焊缝③旋转到方便施焊的位置，完成焊缝③的焊接。将②和③两道横向焊缝旋转到方便观察和补焊的位置;然后点焊④和⑤两道外管对接环形焊缝。依次完成④和⑤两道外管对接环形焊缝。

结语： 面对日益严格的船舶排放要求及各国对LNG燃料船舶的大力支持，LNG作为船用动力燃料将会成为趋势。因LNG燃料的特殊性，防止燃料泄漏显得尤为重要，作为燃料输送的管路系统，其设计布置合理，安装及焊接合格能有效提高系统的安全性。了解LNG管路设计及布置要点，可使同类型船设计之初少走弯路，也能减少后期现场返工。

参考文献：

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[2]白净元.预制装配式建筑设计要点探讨[J].建材与装饰，2019（24）：112～113.