船用供氣模塊集成化技術

宋　劭，嚴　軍，陸　煊

(中國艦船研究設計中心，武漢 430064)

?

船用供氣模塊集成化技術

宋劭，嚴軍，陸煊

(中國艦船研究設計中心，武漢 430064)

摘要：結合現代化船舶集成優化的設計思想，提出船用壓縮空氣供氣模塊的集成化設計概念。采用模塊化設計思想，在船上狹小空間內將空氣瓶、減壓閥件、高壓閥件、壓力表等零部件集成優化，減少現場施工量，提高船舶設計的維修性、安全性和集成化水平。

關鍵詞：供氣模塊；集成化；壓縮空氣；維修性；安全性

傳統船舶上各供氣系統中，主要通過從布置在船上各位置的氣瓶引出管路，再通過分散安裝的高壓減壓閥、安全閥、濾器、截止閥等單元閥件獲得所需壓力的氣體。設計人員需針對每個用戶單獨設計氣路系統，船廠施工單位也必須按樣施工，管路復雜，現場施工作業量大，高壓空氣管路壓力高、剛度大、密封技術要求高[1]。受現場施工條件和施工工藝的限制，往往難以達到強度、密性等試驗要求，獲得較高的施工質量，造成返工率比較高。為此，結合現代化船舶集成優化的設計思想，提出船用壓縮空氣供氣模塊的設計概念。采用模塊化設計思想，在船上狹小空間內將空氣瓶、減壓閥件、高壓閥件、壓力表等零部件集成優化。

1國內外研究、應用概況

集成化的設計思想越來越多地被運用到船舶領域。船舶上供氣模塊一般應具有儲氣、減壓、過濾、安全泄放、安全輸出及供氣等功能，將來自系統高壓管路內的壓縮空氣儲氣、減壓至相應壓力值，滿足模塊用氣需要。

目前船舶行業中各種閥門、管路及附件采用模塊式結構較少，隨著船舶裝備現代化的提高，迫切需要研制先進的、集成化、模塊化及智能化的船舶用供氣模塊。集成化供氣模塊符合市場的需求，其耐高壓性能好，現場施工難度小，安裝簡單，密封性能好，操作方便快捷等特點非常適合船舶上的惡劣環境，符合客戶對產品的使用要求。

2供氣模塊集成化設計技術方案

在海上惡劣的外部條件下，船舶會產生一定程度的橫搖、縱傾等，對供氣模塊的安全性、結構的可靠性等要求更高；同時，由于船舶上空間比較狹小，在進行供氣模塊集成化設計時還要充分考慮到供氣模塊易于操作和維修。

本文主要以某型船舶壓縮空氣供氣模塊為例，進行供氣模塊集成化設計和模塊適裝性技術分析，包括供氣模塊的組成，原理與功能流程，船用條件下供氣模塊的結構設計，安全性、維修性、可靠性分析等。

2.1供氣模塊集成化

2.1.1供氣模塊組成

壓縮空氣供氣模塊用于將來自高壓管路的一定壓力的壓縮空氣減壓至相應壓力值，滿足設備用氣需要，壓縮空氣供氣模塊具有儲氣、減壓、過濾、安全泄放、安全輸出及供氣等功能。

壓縮空氣供氣模塊主要組成見表1。

2.1.2供氣模塊系統原理

儲氣量為125 L×2，減壓后兩路供氣的壓縮空氣供氣模塊內部原理見圖1。

1)供氣模塊在進氣總管上設有高壓截止止回閥，保證本供氣模塊在充滿壓力后不會向壓縮空氣系統總管倒流，不會因總管的漏氣而影響供氣模塊的使用。

2)供氣模塊在進氣總管上設有高壓濾器，在壓縮空氣進入氣瓶之前先進行過濾，避免管路內的雜質進入空氣瓶及后面的閥件而引起閥件密封面的損壞。

表1　壓縮空氣供氣模塊組成

圖1　供氣模塊系統原理

3)供氣模塊在輸出管路上設置有高壓模塊式減壓閥組，能夠根據用戶需要提供所需壓力和流量的壓縮空氣。

4)供氣模塊的氣瓶上設有積水排放口，長期使用的氣瓶其中可能會有積水，此時打開排污截止閥就能排放相應氣瓶中的積水。

5)供氣模塊在進氣管路、高壓空氣瓶上和減壓閥后均設置有壓力表，用于讀取相應的壓力值；模塊高壓部分設置有壓力傳感器，用于監測高壓空氣瓶內的壓力，外界可通過壓力傳感器實時監測供氣模塊的壓力狀態。

6)考慮到空氣瓶高壓壓力容器的周期性檢驗需求[2-3]，按狹小高度空間要求合理設計氣瓶組框架結構以滿足方便拆卸的要求。

2.1.3供氣模塊功能流程

1)充氣。高壓壓縮空氣氣流通過高壓空氣濾器過濾后進入截止止回閥，再通過氣瓶前截止閥向氣瓶供氣。

2)調壓供氣。分別打開兩組減壓閥前的截止閥，調節減壓閥使出口壓力達到用戶要求值；再分別打開兩組出口截止閥，減壓后的空氣即可供至用戶，模塊采用備用節流閥。壓縮空氣供氣模塊樣機的氣瓶中設有安全放泄口和積水排放口。當氣瓶中的高壓氣體到達一定程度時，就會通過高壓安全閥泄放氣瓶中的高壓空氣，保證氣瓶和管路安全。

3)排污排水。打開排污截止閥能排放長期使用的氣瓶中的積水。

2.2供氣模塊適裝性技術

2.2.1安全性設計

1)供氣模塊的氣瓶中設有安全放泄口，當氣瓶中的高壓氣體到達一定程度時，可以主動泄放氣瓶中的高壓空氣，保證氣瓶和管路的安全。

2)在供氣模塊進氣管路和每個空氣瓶上均設置有安全閥[4]，當氣瓶中的高壓氣體超出壓力設定值時，就會泄放氣瓶中的高壓空氣，保證氣瓶和管路的安全；供氣模塊的減壓閥后也設有安全閥，當減壓閥減壓后的壓力超過安全閥設定值時，安全閥將會開啟，降低管路中的壓力，保證管路和設備的安全。

3)安全閥泄放口連接管路，將管路出口向下，避免泄放出的高壓氣體對人員或其他設備造成損害，各泄放管相互獨立。

4)壓力容器的焊接工藝應當符合JB4708《鋼制壓力容器焊接工藝評定》的要求[5-6]，管路接頭等的焊縫質量評定參照GB/T 3323-2005《金屬融化焊焊接接頭射線照相》中的Ⅱ級要求對高壓管路進行焊縫探傷檢測[7-8]。

2.2.2維修性設計

供氣模塊采用集成框架式結構對氣瓶有一定的保護作用，在氣瓶底部安裝有減震橡膠墊，防止瓶體受撞擊而引起壓力變化，造成潛在危險。

供氣模塊需要操作和觀察的截止閥、壓力表、壓力表閥等集中布置在供氣模塊的正面，需要維修的截止閥、減壓閥、安全閥等盡量布置在設備一側，方便后期拆裝維修，同時也減小了設備需要的維修空間。

供氣模塊采用框架結構設計，需要進行空氣瓶的周期性檢驗時，可以較方便地將供氣模塊中氣瓶逐個拆卸下來，搬運出艙，不必將整個供氣模塊出艙檢驗，可提高設備的維修性。

圖2　壓縮空氣供氣模塊結構

3集成化供氣模塊技術特點

1)依據集成設計的思想，供氣模塊將高壓氣瓶、高壓模塊式減壓閥組、高壓安全閥、高壓截止閥、高壓濾器、壓力傳感器及耐震壓力表等部件集成設計，實現模塊化供氣，尺寸緊湊，對外接口簡單，操作維護及安裝靈活方便。減少現場施工量，提高系統可靠性，減少總體資源的占用。

2)供氣模塊設計，只需將不同供氣壓力要求的模塊設計安放在相應位置，改變了以往高壓氣瓶、各種高壓減壓閥、安全閥、濾器及截止閥等單元閥件離散分布式的供氣系統，將空氣瓶、核心減壓閥、壓力表安裝在緊湊的框架內，節省了安裝空間，減少了對外接口和現場施工工作量，安裝操作更為簡便。同時，方便了元器件的集中檢測、維修及保養操作，便于壓力及流量的集中控制。

3)以高度集成化模塊式整體設計、制造、試驗及供貨，將質量控制環節從船上轉移到承制廠，可充分利用工廠的技術力量、制造環境及試驗手段等，并通過型式試驗、陸上模擬試驗及出廠試驗等方式，有助于解決高壓氣體管路密封不嚴、漏氣損耗等問題，提高船舶設計的安全性和可靠性。

4)有利于提高船舶設計標準化、集成化水平，設計方便、快捷。

5)便于對壓縮空氣供氣模塊閥件元器件進行集中檢查、調整、維修及保養工作的操作。

6)有利于通過壓縮氣體壓力、流量傳輸技術實現高壓空氣系統的遠程控制及集中控制。

參考文獻

[1] 劉安漣.模塊化設計與建造管路對接技術探討[J].中國船舶研究，2006，1(5/6)：64-67.

[2] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.固定式壓力容器安全技術監測規范[S].北京：新華出版社，2009.

[3] 國家技術質量監督局.氣瓶定期檢驗站技術條件[S].北京：中國標準出版社，1999.

[4] 李景辰.壓力容器基礎知識[M].北京：勞動人事出版社，1984.

[5] 魏振興，楊力能，張煒，等.壓力容器無損檢測技術的應用[J]. 裝備制造技術,2013(2):136-137.

[6] JB4708-2000.鋼制壓力容器焊接工藝評定[S].昆明：云南科技出版社，2000.

[7] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.金屬融化焊焊接接頭射線照相[S].北京：中國標準出版社，2006.

[8] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.氧氣及相關氣體安全技術規程[S].北京：中國標準出版社，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

中圖分類號：U664.5

文獻標志碼：A

文章編號：1671-7953(2016)02-0013-03

第一作者簡介：宋劭(1986-)，男，碩士，工程師E-mail:songshao1986@126.com

基金項目：國家部委基金資助項目

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:船舶輔助系統