任成德， 吴红根

(招商局重工(江苏)有限公司， 江苏 南通226116)

0 引 言

45 000 m3LNG运输船是招商局重工(江苏)有限公司(下文简称公司)承建的第1艘运输LNG的船舶。该船选用瓦锡兰双燃料主机及发电机作为船舶动力，以LNG燃气为主燃料，可充分回收利用液态LNG在运输途中因热交换产生的LNG燃气。由于泄漏的LNG燃气危险性很高，按照国际海事组织(IMO)有关规范要求，须对本质安全型船舶机舱内的所有供气管路进行气密环围，从主甲板到机器处所的供气管路必须采用双壁管[1-2]。

公司缺少LNG燃气双壁管制作的相关经验，最初的想法是委外施工，由专业公司进行双壁管结构设计、预制、包裹防护、运送到船厂、吊运上船安装，而公司仅负责总体控制。但是，这种模式生产周期长、建造成本高、施工进度不可控，不能满足需要。

目前国内已有几家船厂有能力制作LNG燃气双壁管，但是由于各船厂的生产条件、供货渠道等不同，具体的实施方案也不同，没有统一的行业标准，在主要的技术难点上仍需要不断挖掘。

为缩短生产周期、降低项目建造成本，同时也为后续承接类似项目积累施工经验，有必要开展燃气双壁管预制及安装技术的进一步研究。

1 双壁管的特点

燃气双壁管为一种具有双层管壁结构的特殊管子，通常由内管、外管、内管支架等3部分组成。内管输送LNG燃气；外管通过管支架将双壁管固定在船体结构上；内管支架支撑于内管与外管之间，使内管与外管之间形成同心的环形空间。该环形空间安装有独立的机械式防爆抽风机[3]，其出风口与大气相通，将可能从内管泄漏的LNG燃气引至开敞处所，降低燃爆风险[4]。

(1) 内管支架型式。双壁管内管固定通常有弹性支撑和固定支撑2种型式。弹性支撑结构复杂[5]，安装位置不仅需考虑船舶振动及滑动方向[6]，而且需根据具体布置进行内管受力分析；固定支撑结构相对简单，内管支架呈十字型布置，分别与内管、外管管壁焊接[3]，设置在直管段区，工艺性好。内管支架型式如图1所示。

图1 内管支架型式

(2) 外管设观察视窗。为监测内管每道焊缝的焊接质量，在外弯头、三通及连接套管上设观察视窗，钻Φ20孔并焊接3/4英寸(1英寸=0.025 4 m)NPT螺纹管座(用堵头密封)作为内窥镜探头入口。部分观察视窗也用于对可能存在的LNG燃气泄漏进行安全监控。

(3) 外管尺寸。为使内管弯头顺利装入外管弯头，按现有市场定型产品，外管内径至少比内管外径大40～60 mm，例如：如果内管为DN 50，则外管选DN 100为宜。

(4) 材料。内管、外管、内管支架均选用耐蚀性、耐热性较好的316L奥氏体不锈钢，可有效避免因温度变化带来的内、外管附加应力；内弯头(长半径弯头)为1.5D(D为管子的公称直径)、外弯头(短半径弯头)为1.0D，内管、外管均为薄壁无缝钢管，内管支架为40 mm×6 mm扁钢。

(5) 压力等级。内管设计压力为1.00 MPa，工作压力约0.55 MPa，全熔透对焊，100%射线探伤(Radiographic Testing, RT)，Ⅰ级管；外管设计压力1.00 MPa，正常工作时为负压，Ⅲ级管。

2 双壁管车间预制

车间预制分部件准备、半成品预制及成品预制。

2.1 技术难点

(1) 保证内管与外管的同心度。

(2) 多组内管支架先焊接在内管外壁上，再整体插入预先开好腰圆孔的外管中。要求内管支架无论径向还是轴向定位都必须与外管上的腰圆孔完全匹配，并通过焊接形成一整体，需要设计专用工装。

(3) 内管焊缝无法返修，必须严格按次序组装，内管、外管部件装配、焊接、打磨、拍片、试压等多工序多工种交叉进行。

(4) 因双壁管结构及船上安装工艺性需要，车间预制完成的双壁管的内管比外管长约50 mm，且都为裸口(不是法兰或螺纹接口)，管子压力试验风险高。

(5) 质量要求高，须有专业的不锈钢车间：照明、通风良好，车间除尘设备有效，避免双壁管被粉尘污染；锯床、装配平台、作业工具、焊接滚轮架、料框料架等都为不锈钢材质或进行包裹，避免被碳钢污染；地面干净整洁，主要施工区域铺设木板或胶皮，可减轻管件掉落砸伤；远离碳钢件生产区，避免空气污染。

2.2 总体要求

(1) 焊接：焊接(包括定位焊)时，安装人员必须持证上岗，严格按焊接工艺规程(Welding Procedure Specification, WPS)操作。

(2) 防护：对预制完成、试压合格的管件应用三防布全面包裹，防止异物进入，保持管内清洁。

2.3 部件准备

(1) 内管支架。用40 mm×6 mm的316L扁钢下料，其长度为外管内径与内管外径差值的1/2，单边留0.5 mm的装配间隙，去锐边，通过铣床加工获得内管支架。

(2) 内管、外管下料。用不锈钢切断/坡口一体机切割下料，获得内管、外管管段。

(3) 外管开腰圆孔。将下料完成的外管管段交铣床加工腰圆孔38 mm×5 mm，用分度头装夹，这样才能保证外管上腰圆孔径向呈十字型均匀分布，且轴向间距尺寸在同一直线上。腰圆孔距管端距离由图纸确定。

(4) half式外三通。将整体式外三通逢中剖分，并将切口修整、打磨，获得half式外三通，做好配对标记。

2.4 半成品预制

(1) 内管。先将下料完成的内管管段水平置于双壁管内管预制专用工装上，再将准备好的多组内管支架放入工装定位槽，然后从侧面点焊定位内管支架。支架距管端距离及支架之间的轴向距离可通过底座上的刻度尺快速确定。内管预制专用工装如图2所示。打开滑动支撑上块，取出内管，交专业焊工焊接。

图2 内管预制专用工装

(2) 内窥镜探头入口。将3/4英寸NPT螺纹管座分别焊接在外弯头中心、half式外三通中心，作为内窥镜探头入口。

2.5 几种典型成品管预制

(1) 带弯头管。带弯头管预制流程如图3所示。

图3 带弯头管预制流程

具体说明如下：

① 内弯头与预制完成的1根内管组对、焊接；

② 将外弯头装到内弯头上，尽可能将外弯头紧靠内管支架，留出内弯头与另1根内管的焊接空间；

③ 内弯头与另1根内管组对、焊接；

④ 内弯头两端焊缝打磨、100%RT；

⑤ RT合格后进行内管试压1.50 MPa(裸口试压工装)；

⑥ 与外弯头及2根开好腰圆孔的外管组对、塞焊孔找正、焊接；

⑦ 外管焊缝打磨；

⑧ 外管试压1.50 MPa(特殊工装，避免内管变形)；

⑨ 做好管件保护，用软性材料包裹，避免碰撞变形；

(2) 带三通管。带三通管预制流程如图4所示。

图4 带三通管预制流程

具体说明如下：

① 内三通与3根预制完成的内管组对、焊接；

② 内弯头两端焊缝打磨、100%RT；

③ RT合格后进行内管试压1.50 MPa(裸口试压工装)；

④ 与2个half式外三通、3根开好腰圆孔的外管组对、塞焊孔找正、将内三通夹在2个half式外三通中间定位后焊接；

(3) 带主机接口法兰管(末端)。带主机接口法兰管预制流程如图5所示。

图5 带主机接口法兰管预制流程

具体说明如下：

① 内弯头与预制完成的1根内管组对、焊接；

② 将外弯头装到内弯头上，尽可能将外弯头紧靠内管支架，留出内弯头与另1根内管的焊接空间；

③ 内弯头与另1根内管组对、焊接，内管长度要与对应外管长度匹配；

④ 内弯头两端焊缝打磨、100%RT；

⑤ RT合格后进行内管第一次试压1.50 MPa(裸口试压工装)；

⑥ 将外管装到内管上，尽可能将外管紧靠外弯头，留出内管与主机接口法兰的焊接空间；

⑦ 内管与主机接口法兰组对、焊接；

⑧ 焊缝打磨、100%RT；

⑨ RT合格后进行内管第二次试压1.50 MPa(裸口试压工装)；

(4) 连接通大气管(始端)。连接通大气管预制流程如图6所示。

图6 连接通大气管预制流程

具体说明如下：

① 将开好腰圆孔的外管与单壁管组对、焊接、打磨；

② 与预制完成的内管、法兰1、封板及法兰2组对、焊接；

③ 法兰1焊缝打磨、100%RT；

④ RT合格后进行内管试压1.50 MPa(裸口试压工装)；

(5) 长/短直管。长/短直管预制流程如图7所示。

图7 长/短直管预制流程

具体说明如下：

将预制完成的内管装入对应开好腰圆孔的外管中，找正塞焊孔位置，塞焊、打磨；

3 双壁管船上安装

将已经在车间预制完成的双壁管成品管吊运上船，并根据管路布置图安装到位，可将来自主甲板的LNG燃气输送到主机、发电机的接口法兰处。

3.1 技术难点

与常规管子安装不同，双壁管的安装有以下特点：

(1) 同一段管子不能1次安装完成，装配、焊接、涂钝化膏、试压等多工序多工种交叉作业，安装人员必须认真负责、技能全面，否则会严重影响安装质量及工期；

(2) 由于内管与气阀装置(Gas Valve Unit， GVU)无裕量对焊连接，试压封堵困难；

(3) 由于外管比内管短约50 mm，外管试压时需要制作专用工装。

3.2 管路布置

双壁管与其他系统管路布置相比具有优先权，应布置在机舱处所比较开敞的位置，特别是管段连接处(包括分段合龙口位置)，应有足够的作业空间，方便内管对焊、RT及外管套管焊接。

3.3 安装顺序

管段连接如图8所示。

图8 管段连接示例

具体说明如下：

(1) 预制外管连接套管：下料，中间位置钻孔Φ20，并与3/4英寸NPT螺纹管座焊接牢固。套管内径比双壁管外管外径大2～3 mm，长度约200 mm。

(2) 先将所有需要安装的双壁管成品管按管路布置图搁置到管支架上。由于管壁较薄，管支架宜与内管支架对应，对相差较多的管支架做适当调整。

(3) 在两内管管口对中操作前，必须将连接套管装到任一外管上，否则连接套管无法安装，或只能将套管改为half式。

(4) 排管，使两两内管管口对中，点焊定位，拧紧管支架并焊接。

(5) 焊缝打磨，人工涂钝化膏，100%RT。

(6) RT合格后进行内管试压1.50 MPa。由于内管与GVU内管无裕量对接，需要借助管路弹性并松脱邻近管支架及插入盲板进行有效封堵。

(7) 外管连接套管找正，使其螺纹管座对准内管焊缝位置后焊接两端焊缝。

(8) 焊缝打磨，人工涂钝化膏。

(9) 进行外管试压1.50 MPa。由于外管与GVU外管为套管连接，内管比外管长约50 mm，不仅需要借助管路弹性并松脱邻近管支架，而且需要制作特殊工装，才能进行有效封堵。外管试压封堵工装如图9所示。

图9 外管试压封堵工装

3.4 注意事项

(1) 焊接(包括定位焊)时，安装人员必须持证上岗，严格按WPS操作；

(2) 使外管连接套管上的螺纹管座(内窥镜探头入口)面向操作者；

(3) 外管试压时，必须使内管、外管压力平衡，避免损伤内管；

(4) 试压介质为氮气，应特别注意气体介质试压的安全问题；

(5) 无论内管、外管，除设备外的管路连接完成后及试压前，必须用高压氮气进行吹扫，出口用100目白色滤布检查，以无可见异物为合格；

(6) 对各焊缝进行编号，做好RT及向船舶所有人和船检机构的报检记录；

(7) 排管时应使车间预制的成品管尽可能长一些，以减少在船上的连接点。

4 结 语

双壁管预制安装工艺复杂，质量要求高，预制安装方法必须清晰、明确、具体。45 000 m3LNG运输船的双壁管严格按照标准流程进行预制、安装，一次性通过调试验收，并得到船舶所有人和船检机构的一致好评。其中，双壁管预制工装已获得国家实用新型专利。

使用和推动LNG燃料动力船(包括以LNG为燃料的非LNG运输船)发展，对调整能源结构、改善环境质量、节能减排及国民经济的可持续发展都具有十分重要的意义。固定支架式LNG燃气双壁管作为双燃料主机供气管路型式之一，随着LNG燃料动力船的蓬勃发展，必将得到更广泛的应用，有关双壁管的制作、安装技术和方法，也将受到各船企及有关人员的欢迎。