摘要：本文以我公司为中石油海洋工程公司建造的5 880 kW多用工作船、为中海油田服务股份有限公司建造的4 780 kW油田守护船为载体，系统总结了海洋工程船上散料输送系统的特点、难点，结合生产设计的实践，深入研究了海洋工程船上该系统轮机专业生产设计的方法、难点。
关键词：海洋工程船；散料输送系统；生产设计
Study on Production Design for Dry Bulk Handling System of Offshore Engineering Ship
LAI Guodong
(CSSC Guangzhou Huangpu Shipbuilding Co., Ltd.Guangzhou 510715 )
Abstract: This paper summarizes the characteristics and difficulties of production design for bulk handling system of offshore engineering ship based on the practice in the construction of 5 800 kW multi-purpose ship built for CPOE and 4 780 kW guardian ship of oil fields built for COSL.
Keywords: Offshore Engineering ship;Bulk Handling System;Production Design
1前言
海洋工程船是为海上石油开采服务的工程辅助船，主要分为三用工作船（Anchor handling tug supply vessel）和平台供应船（Platform supply vessel）。经过几十年的发展，海洋工程船已向着大尺寸、多功能方向展。海上石油开采离不开钻井液和固井液，散料输送系统是配置钻井液体的重要设备，因而散料输送系统作为工程船最重要的物料运载系统，始终得以保留下来，并在技术上进行了多次革新。散料输送系统的输送介质主要有水泥、膨润土、重晶石粉、石灰石、高岭土、飞灰。一般要求介质的密度：≤2.8T/m3，颗粒大小介于2 800～4 000 Blaine。
2散料输送系统的特点、难点
2.1散料输送系统的作业原理
要研究散料输送系统的生产设计，先要研究散料输送系统系统本身的特点、难点。为此，先来看看散料输送系统的作业原理。散料输送系统是利用气固两相流的技术，实现粉状物料在岸上基站、海洋工程船与海上平台间进行长距离、密闭的高效输送作业。粉状物料的气力输送是将空压机提供的压缩空气的压力能变为动能，并携带粉状物料作复杂运动，使物料粒子位置不断发生变化，达到预期的输送目标。
散料输送系统的作业方式分为装货作业和卸货作业。装货作业是由岸上基站或者海上平台的压缩空气直接将散料送入船上散料灰罐进行储存；卸货作业则是使用船舶自有的压缩机将罐内的物料输送至海上平台。船上压缩机不仅为整个过程提供动力风源，还兼顾助吹和压缩空气扫线的功能。海洋工程船上散料输送系统主要适用卸货作业。
2.2散料输送系统的组成部件
由以上作业原理可见，一个典型的散料输送系统需由以下部件组成：
散料储存罐、空压机及冷干机、流程管线、管线阀门遥控系统、监测和操控设备。其中流程管线主要由进料管、出料管、排空管、安全阀卸放管、供气管、助吹管组成。冷干机主要负责空气压缩后的冷却、干燥。
2.3散料输送系统的类别
散料输送系统的类型有很多种，但在工程船上，根据进出料管是否共用的原则，大致可以把散料系统分为集管式和分管式两种类型。集管式是指散料的输送管路（即散料进、出储存罐的管路）共用一个总管，输送介质在总管内双向流动。分管式是指散料的输送管路即进出料管各自使用一条管路，输送介质在各自管内单向流动。
图1、图2是两种输送管路的典型图例。
两种类型各有优缺点，集管式具有管路总数少，便于管系布置的优点，通过在输送总管上加装首尾散罐的隔离阀，不仅可实现同时输送两种不同介质的散料，必要时还可实现散料在首尾罐中的调驳。缺点是需要加设隔离阀及设置双三叉管路，增加了成本，同时控制系统也较为复杂。
分管式管路原理相对简单，由于首尾散罐及输送管路相对独立，分管式的可维护性要高于集管式，并且无需设置隔离阀及制作双三叉管路。但分管式管路总路数多，管系布置较为困难。
3散料输送系统生产设计的特点、难点
3.1设备的布置及安装
散料系统的设备主要包括散料罐、空压机、冷干机。从空压机生产出来的压缩空气需经过冷却、干燥后才能输送给罐体及输送管作为工作气体。
3.1.1散料罐的布置及安装
散料罐的布置一般采取沿船长方向纵向布置，工程船一般都配置4只散料罐。沿船长方向船首布置两只，船尾布置两只。也有少数船型采用沿船宽方向横向布置，此类布置由于受船宽限制，罐体容量较小，我公司建造的4 780 kW电力推进守护船便是此种类型。散料罐吊装过程中，应考虑散料罐的外形特点，散料罐的4只支柱是突出罐体的，而甲板上的开口一般小于4只支柱的外接圆，以使罐体紧靠甲板开口护圈，不致于造成太大间隙。因此罐体安装时应考虑在甲板上预开4只工艺孔，罐体吊装定位后再回焊。此工艺信息要在散料罐安装图上反映出来，工艺孔如图云线所标示，见图3。
图3散料罐体安装工艺孔
3.1.2空压机及冷干机的布置
集管式散料系统压缩空气管采用总管式，配置2台空压机，1台冷干机。2台空压机应紧凑布置，以方便接管及维修。冷干机与空压机一般紧邻布置，在空间受限时，也可分开布置。分管式散料系统配置2台空压机，2台冷干机。首尾散料罐分别用1台空压机及冷干机供气。因此空压机及冷干机均应紧凑布置且最好位于首尾散料罐之间。不管是哪种散料系统，生产设计在设备布置时都要考虑两个问题，一是管口附近的接管空间，二是控制电箱的打开空间。空压机及冷干机的管端接口（主要有压缩空气进出口、冷却水进出口、泄放口）一般设置在设备的一侧，根据实际的设计经验，在设备的管口一侧至少需预留600 mm以上接管空间。而控制电箱需防止打开空间被其它设备或结构阻隔。
3.2管系布置及管系附件配置
3.2.1工作管系布置
散料输送系统的管路，因其输送介质的特殊性，布置将遵循一定的原则。如输送水泥，水泥遇水易凝结成块，长久可阻塞管路。虽然助吹的压缩空气经过冷干机干燥，但压缩空气中仍含少量水蒸汽，当管路中出现温差时，便凝结出来，从而形成实质的结垢而阻塞管路。因此输送料管布置时应尽量避免穿过液舱，以减少管路产生温差的机会，同时，由于管路中实际的结垢仍不可避免，设计时要考虑到尽量让管路布置在人易于接近的地方，且要充分考虑到管段的可拆性，不能设计成死管，以方便维护。散料系统管路还容易引起粉尘污染，系统使用时，少量的输送介质会随着排空管内的空气排出，因此散料排空管路要避免布置在居住舱室附近，一般需引至尾甲板。排空管在实际使用时都接上金属软管，放至舷侧海水中。输送料管在尾甲板上的布置一般分前后两个部位。根据船员的使用习惯及方便性，设计时管口一般与挡货栏杆成约30°倾斜朝向舷外。 部分设备布置图见图4、图5。输送系统管系放样图见图6、图7。
3.2.2遥控阀门控制空气管系布置
散料系统的作业操控是在驾驶室遥控操作，考虑到船上动力气源较丰富，因此输送料管上的控制阀门一般都采用气动遥控阀门，而其控制空气管系的布置则因遥控阀门的型式不同而有所差异。目前常用的气动遥控阀门有两种型式，一种是集成式，即阀门气动执行机构和控制电磁阀全部集成在阀上，阀门仅有一个外接管口。另一种是分体式，遥控阀上仅安装气动执行机构，各个遥控阀的换向电磁阀则单独集成在专门的电磁阀箱内。分体式的遥控阀门因阀门与电磁阀箱之间有两个接口连接，故控制管系布置较多且占用空间较大。集成式的遥控阀门由于仅有一个外接管口，控制空气管系布置较为简洁（管系比半分体式少一半）。且为了使控制空气管系布置较为整齐以及提高管系的可维护性，可以在散罐舱舱顶、舱底分别设置一只配气板。配气板的设计可以采用一根总管开支管做成管汇，然后将管汇固定在一块带支脚的钢板上即可。遥控阀门工作压力若与机舱自动控制气源压力相差较大，需设置带减压阀及气水分离器的气源板。两种典型的气动遥控阀门控制空气管系布置如图8、图9所示（车间可根据该图现场打样控制空气管）。
3.2.3管系附件配置
输送料管由于要保证管路的可拆性以方便维护，在管系附件的配置上要使用活接头，同时还要高标准地保证管路的密封性。综合对比多种附件的性价比后，我们选用了Victaulic(唯特利)S/75型挠性接头（带T型Flushseal压力响应式垫圈，具有吸收噪音、震动功能，在功能压力下具有压力越大，密封越好的效果）。实际效果远比采用法兰连接好。而控制空气管系的中间连接接头采用卡套接头，既便于施工，也便于维护。
3.3管系设计工艺难点
3.3.1管子的弯模要求
为保证散料输送的顺畅，输送料管及罐体排空管均要求采用4倍以上弯曲半径，以外径Φ140为例，则管子弯模需采用560 mm以上，实际设计中取整，统一采用600 mm弯模。管系设计弯管工艺考虑采用中频弯管机热弯，以减少管子弯曲内应力。
3.3.2复杂管系的制作工艺
在集管式散料输送系统中，输送总管中由于介质双向流动，需要采用一种双三叉管的型式，此双三叉管是散料输送系统管系制作工艺中的难点。
制作这种管系，有两种方法。A方法，先弯两支管，留长直段，合并段对开拼接，然后制作总管，并在总管上开与支管相贯的坡口，以总管的相贯曲线坡口比照两支管，在支管上开孔、修割，最后焊接。B方法，先按尺寸制作总管，然后按实际尺寸弯制两支管，支管合并段对开拼接，修割支管的相贯曲线至实际要求，然后比照在总管上，并在总管上开孔，最后焊接。
通过对实际制作样管的对比，B方法较难操作，制作的管子外观效果较差。A方法由于在总管上开相贯曲线坡口可利用支管坡口切割机，制作的管子外观效果较好，因此优选A方法，见图10。
4结束语
散料系统轮机专业的生产设计对全船的生产设计具有重要的影响，因为散料系统的管路不但通径较大，而且有大弯曲半径要求。因此散料系统的管路在生产设计中应优先布置，否则会使生产设计陷入被动。我公司两型海洋工程船散料输送系统的生产设计都贯彻了优先布置、统筹策划的设计原则，整个系统设计的实际效果较好。公司两型海洋工程船交船两年后，船东反响良好。
参考文献
[1]黄政，王鸿舰.船舶管系放样[M].2002