淺談船用LNG管路設計要點

張華

摘? 要：LNG管路分為低溫管和常溫供氣管。本文將重點介紹船用LNG管路設計，安裝注意事項及要點，供借鑒參考。

關鍵字：液相管，供氣管，雙壁管，焊接

LNG燃料作為一種新型的清潔能源，作為船用燃料時可以有效減少SOx ，NOx，CO2 排放，滿足日益嚴格的船舶排放法規要求，且會降低船舶燃料成本，提高船舶的燃料經濟性。LNG從字面理解為液化天然氣，船用天然氣管道主要由液相管路及氣相管路組成。液相管主要是從LNG加注站至LNG儲罐的加注管路，氣相管主要為氣化&加熱器與主/輔機之間供氣管路及加注站，儲罐安全閥氣體釋放管路。按照主機選型不同，供氣管路又分為高壓供氣管路及低壓供氣管路。

1? 低溫液相管設計要點

1.1低溫液相管材質選型

因LNG低溫特性（-163°），常規鋼板，鋼管在此低溫環境下會發生低溫脆化，造成碎裂。適用于低溫的材料：高錳鋼、鎳合金鋼、鎳鐵合金鋼（INVAR鋼，36%鎳）、不銹鋼、鋁。船用LNG管路材質通常選用不銹鋼。

1.2 低溫液相管穿艙件及管支撐選型

為維持介質的低溫及安全需要，液相管外表面需要外包絕緣，絕緣層厚度根據管徑尺寸確定。液相管不能直接與鋼制甲板或管路支撐焊接，液相管穿甲板需要用專用的低溫管穿艙件，液相管管夾為保溫型。低溫管穿艙件及保溫管夾尺寸均比常規穿艙件及管夾尺寸大很多，需要提前考慮開孔尺寸及布置空間。

1.3 低溫液相管低溫應力分析

因LNG介質特性，在儲罐充裝過程中需要經歷巨大的溫差，會造成管路產生低溫應力，而且船體變形，管路支架的布置對低溫管應力變化影響非常大。所以需要用有限元分析軟件建模對低溫管進行應力分析計算，通過分析，在管路上設置必要的膨脹彎管及優化管支架位置，降低管路應力。該應力分析需要盡可能的提前，避免后期管線及支撐調整修改，尤其當空間狹小時，會造成后期調整更改困難。

1.4 低溫液相管連接形式

因LNG液體的低溫特性，泄漏后的液體會損壞船體結構，所以防止液相管接頭泄漏顯得尤為重要。低溫液相管可以使用法蘭和對接焊連接，但應盡可能用對接焊連接，避免使用法蘭連接，因為經檢測合格的對接焊連接可靠性遠高于法蘭連接。法蘭連接通常用于通岸接口，且法蘭接口處需要設置不銹鋼集液盤。按照各船級社要求，低溫管對接焊縫均需100%探傷，以保證焊接質量。為此，焊縫周邊需要預留足夠空間供焊接和檢測設備檢測焊縫。

2? 供氣管設計要點

2.1? 機艙外的供氣管路為單壁管，選用不銹鋼316L材質，但需按照主/輔機廠家要求選型，部分主機廠家要求供氣管為雙相不銹鋼。該供氣管通常為對接焊連接，可使用普通U型管夾，但需用軟性材料將管子與U型管夾隔離，防止管子竄動與U型夾碼摩擦損傷供氣管。管路介質為常溫氣體，為保證至各用戶的氣體溫度不受環境溫度影響，該管路位于機艙外露天部分通常也需做絕緣包扎。

2.2? 機艙內為了盡可能避免因供氣管路焊接等缺陷造成的管路泄漏危險，依照IMO及船級社的規范要求，機械處所的燃氣管采用雙壁管形式。一旦內管發生泄漏，還有外套管進行隔離保護，減少火災爆炸風險。內外管之間有不間斷通風或者注入惰性氣體方式防液化氣泄漏，后者理論可行，通常使用通風方案。通風方案：內外管之間的腔體有風機不間斷地抽風，一旦發生內管泄漏，漏出的燃氣會立即被抽風機排出至露天安全區域。

3? 機艙雙壁管設計要點

機艙雙壁管內管材質與機艙外供氣管材質相同，雙壁管外管材質通常為不銹鋼304。因雙壁內外管之間需要不間斷抽風，以保證管路負壓，并且每小時需達到一定量的換氣次數。所以雙壁管要盡量少的設置彎頭以降低管路阻力。同時為了泄漏檢測，在每一處彎頭處均需設置檢測螺紋接口，在規定長度的直管段上也需設置檢測螺紋接口。檢測螺紋接口周邊需要預留足夠檢測空間。同時雙壁管外管采用對接焊連接，管段連接處需要在船上現場焊接，為保證焊接質量及焊縫檢測，需要在雙壁管周圍預留足夠空間供焊接及焊縫檢測。為此，管路布置時需優先布置雙壁管，給其周圍預留足夠空間，避免后期無法焊接或無法進行焊縫無損檢測。雙壁管在內外管之間徑向布置一定數量的滑動支架和固定支架。以保證內管有足夠的支撐。滑動支架與外管間設置PTFE襯墊，以減少金屬管壁之間因直接接觸造成嚴重摩擦。

4? 雙壁管連接形式及焊接順序

雙壁管典型連接形式

首先焊接內管對接焊縫①。內管對接焊縫，進行焊縫探傷和內管密性試驗合格后才可以裝配外管HALF型外套。外管HALF型外套裝配后，先點焊②和③兩道橫向焊縫，將焊縫②旋轉到方便施焊的位置，完成焊縫②的焊接;再將焊縫③旋轉到方便施焊的位置，完成焊縫③的焊接。將②和③兩道橫向焊縫旋轉到方便觀察和補焊的位置;然后點焊④和⑤兩道外管對接環形焊縫。依次完成④和⑤兩道外管對接環形焊縫。

結語： 面對日益嚴格的船舶排放要求及各國對LNG燃料船舶的大力支持，LNG作為船用動力燃料將會成為趨勢。因LNG燃料的特殊性，防止燃料泄漏顯得尤為重要，作為燃料輸送的管路系統，其設計布置合理，安裝及焊接合格能有效提高系統的安全性。了解LNG管路設計及布置要點，可使同類型船設計之初少走彎路，也能減少后期現場返工。

參考文獻：

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