壓蓋松套伸縮接頭的應(yīng)用與優(yōu)化

鄧志慶，汪家政，劉立軍

（金海重工股份有限公司，舟山 316291）

壓蓋松套伸縮接頭的應(yīng)用與優(yōu)化

鄧志慶，汪家政，劉立軍

（金海重工股份有限公司，舟山 316291）

通過(guò)對(duì)壓蓋松套伸縮接頭的結(jié)構(gòu)與其在管路上的布置分析，優(yōu)化選型與布置，有效減少管路連接法蘭與分段合攏管的設(shè)置，節(jié)約造船成本，且利于伸縮接頭本身的維護(hù)保養(yǎng)，可供船舶管路優(yōu)化設(shè)計(jì)參考。

伸縮接頭；應(yīng)用；優(yōu)化；合攏管；成本

0 引言

船舶管路熱脹冷縮補(bǔ)償?shù)淖畛Ｓ梅椒ㄊ窃诠苈分虚g安裝伸縮接頭來(lái)吸收其熱脹冷縮與因船體變形而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，有效避免管路泄漏、彎曲與破裂。壓蓋松套伸縮接頭是補(bǔ)償接頭中的一種，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝維護(hù)方便、價(jià)格相對(duì)低廉，適用于輸送海水、淡水、飲用水、污水、原油、成品油、燃油、滑油、空氣等溫度不高于80℃、壓力不大于1.6MPa的介質(zhì)管路補(bǔ)償，因此被廣泛應(yīng)用。以金海重工股份有限公司建造的一條VLCC為例，貨艙區(qū)使用的壓蓋松套伸縮接頭多達(dá)一百多只，本文對(duì)該伸縮接頭的結(jié)構(gòu)與管路布置進(jìn)行了分析評(píng)估，并進(jìn)而優(yōu)化選型與布置，有效降低了伸縮接頭本身的采購(gòu)成本，減少了管路連接法蘭與分段合攏管的設(shè)置，達(dá)到節(jié)約造船成本、縮短建造周期的目的，且利于伸縮接頭的維護(hù)保養(yǎng)。

1 壓蓋松套伸縮接頭的應(yīng)用結(jié)構(gòu)形式

圖1 壓蓋式松套伸縮接頭兩種應(yīng)用形式結(jié)構(gòu)圖

壓蓋松套伸縮接頭有兩種應(yīng)用結(jié)構(gòu)形式，即“GB基本型”與“伸縮短管型”（圖1）。兩種形式的根本區(qū)別在于：“伸縮短管型”多兩只伸縮短管，管路安裝時(shí)直接與伸縮短管的法蘭連接。伸縮接頭安裝在管道上后，彈性密封圈與壓蓋、套筒、管路形成密封，當(dāng)溫度變化時(shí)管子能在接頭中間自由的伸縮，從而起到自動(dòng)補(bǔ)償之目的。

2 目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用形式的弊端

2.1 伸縮接頭本身的采購(gòu)成本直接增加

前國(guó)內(nèi)壓蓋式松套伸縮接頭基本上都選用如圖2 所示的“伸縮短管型”，由于其結(jié)構(gòu)本身多兩只短管，所以本身的價(jià)格與“GB基本型”相比，相差一倍左右。也許你會(huì)注意到國(guó)內(nèi)建造的很多船舶選用了填料函式伸縮接頭，它與“伸縮短管型”伸縮接頭一樣與管路直接采用法蘭連接，但其價(jià)格更加昂貴，至少是“GB基本型”伸縮接頭的兩倍，特別是油輪，由于數(shù)量多、規(guī)格大，無(wú)疑增加船企采購(gòu)成本。

圖2 國(guó)內(nèi)壓蓋松套伸縮接頭應(yīng)用實(shí)例

2.2 增加管路材料與內(nèi)場(chǎng)制作成本

圖3 壓蓋松套伸縮接頭兩種形式在管路上的安裝圖

如圖3所示，國(guó)內(nèi)普遍采用的“伸縮短管型”安裝與“GB基本型”相比，管路上多兩只連接法蘭和兩只法蘭墊片。同時(shí)，與伸縮接頭連接的兩根管件的內(nèi)場(chǎng)制作由于需要多焊兩只法蘭，工作量明顯增加，當(dāng)然還涉及到打磨、涂裝等，材料與施工成本都有所增加。

3 壓蓋式松套伸縮接頭的特性分析與優(yōu)化選型布置

表1 壓蓋松套伸縮接頭的特性與允許安裝偏差表

表1是根據(jù)GB/T 12465-2002 管路松套補(bǔ)償接頭而制定的。

3.1 壓蓋松套伸縮接頭的特性分析

金屬管路熱脹冷縮，壓蓋松套伸縮接頭的伸縮量是指短管在套筒內(nèi)允許自由移動(dòng)的距離，通過(guò)改變套筒的長(zhǎng)度就可達(dá)到改變伸縮量的目的，關(guān)于伸縮量GB伸縮接頭設(shè)置了兩種標(biāo)準(zhǔn)，即短型與長(zhǎng)型，長(zhǎng)型的伸縮量比短型伸縮量多60mm。根據(jù)鋼管熱脹 冷 縮 特 性 ， 鋼 管 的 伸 縮 量△L=10-5×(1118K+0.526K2)·L，其中K為鋼管的溫差，L為鋼管的長(zhǎng)度。例如鋼管受熱后，每升高30℃，將使1m的鋼管伸長(zhǎng)0.34mm。根據(jù)表1可知，伸縮接頭的伸縮量至少達(dá)30mm，所以對(duì)一般船舶管路而言，短型伸縮接頭的伸縮量是完全可以滿足由于管路溫度變化導(dǎo)致的管子熱脹冷縮的位移量，也就是說(shuō)如果選擇長(zhǎng)型的伸縮接頭，管路安裝的軸向方向允許有30mm的調(diào)整距離，非常有利于船舶建造誤差補(bǔ)償。

關(guān)于伸縮接頭的設(shè)計(jì)總長(zhǎng)L，對(duì)于DN800mm以下的伸縮接頭，根據(jù)日韓造船相關(guān)管附件標(biāo)準(zhǔn)，長(zhǎng)度在300mm～370mm之間，與GB設(shè)計(jì)長(zhǎng)度相比，約長(zhǎng) 100mm，這樣管子在套筒內(nèi)的伸縮量將大50mm，這樣更易管子的布置安裝與建造誤差縱向補(bǔ)償，供伸縮接頭設(shè)計(jì)制作與采購(gòu)參考。

3.2 壓蓋松套伸縮接頭優(yōu)化選型與布置

1）優(yōu)化選型與布置，可以有效減少管路連接法蘭與分段合攏管的設(shè)置

管舾裝生產(chǎn)設(shè)計(jì)中，分段預(yù)裝的管子由于考慮到分段吊裝、合攏精度等原因，兩個(gè)分段通常需要設(shè)置合攏管，合攏管（一般長(zhǎng)約500mm）需待兩個(gè)分段合攏后現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整，法蘭點(diǎn)焊好后送內(nèi)場(chǎng)焊接并在表面處理后再送回外場(chǎng)重新安裝，工作量大。貨艙區(qū)要求安裝伸縮接頭的管路布置基本上都為縱向直管，分段合攏管設(shè)置的目的是為解決管子縱向距離誤差，GB長(zhǎng)型壓蓋松套伸縮接頭的管路縱向調(diào)整范圍是30mm，根據(jù)造船質(zhì)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與船廠實(shí)際建造經(jīng)驗(yàn)，長(zhǎng)度30m內(nèi)的一路直管路縱向誤差控制30mm以內(nèi)是非常容易的，所以完全可以把伸縮接頭設(shè)置在兩分段的合攏縫之間，起到合攏管的作用，即使管路安裝在徑向上稍有偏差，伸縮接頭安裝允許的偏移量與可繞度也是可以補(bǔ)償。根據(jù)相關(guān)管路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，伸縮接頭在管路上一般在30m之內(nèi)設(shè)計(jì)布置一個(gè)伸縮接頭，所以安裝位置調(diào)整也是比較充裕的，盡量把伸縮接頭布置在分段合攏縫之間，完全可以有效減少合攏管的設(shè)置，同時(shí)與國(guó)內(nèi)普遍采用的“伸縮短管型”相比，明顯減少了管路的連接法蘭，節(jié)約造船成本，具體布置形式如圖4所示。

圖4 壓蓋松套伸縮接頭兩種形式管路布置圖

對(duì)于新船建造，船舶壓載艙全面執(zhí)行 PSPC，管子大而空間小，施工不方便，合攏管的制作與運(yùn)輸施工難免會(huì)導(dǎo)致涂裝一定程度上的破損。對(duì)于原油輪更是如此，根據(jù)IMO規(guī)范要求，原油輪油艙保護(hù)涂層性能標(biāo)準(zhǔn)2012年1月1日正式生效，2013年1月1日或以后簽訂的合同、7月1日或以后安放龍骨或處于類似階段、2016年1月1日交付或以后都必須按新涂層標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制執(zhí)行，原油輪貨油艙也將執(zhí)行PSPC，這對(duì)建造油輪又是一大挑戰(zhàn)，減少合攏管的設(shè)置明顯可以有效減少涂裝破損，提高建造質(zhì)量，縮短造船周期。

2）優(yōu)化選型利于伸縮接頭的維護(hù)保養(yǎng)

關(guān)于壓蓋松套伸縮接頭，其維護(hù)保養(yǎng)主要是對(duì)橡皮圈由于損壞或老化進(jìn)行更換（圖 5），主要工藝如下：

（1）先將伸縮接頭的壓蓋處螺母以及限位螺釘松開(kāi)；

（2）將壓蓋與套筒向管件一側(cè)位移，直至套筒與管段間有足夠的空間S，能把的密封圈取出；

（3）將新的密封圈裝上，壓蓋與套筒放在規(guī)定位置，按照工藝把伸縮接頭安裝上。

圖5 橡皮圈間隙示意圖

根據(jù)其維護(hù)保養(yǎng)工藝要求，只要能保證壓蓋在管路的自由移動(dòng)距離B1，則橡皮圈很容易更換，如圖4中壓蓋的移動(dòng)空間非常大。而國(guó)內(nèi)普遍選用的“伸縮短管型”伸縮接頭，設(shè)計(jì)訂貨時(shí)常常未考慮短管的長(zhǎng)度，計(jì)算好壓蓋在伸縮短管上能夠自由移動(dòng)的距離B1，未能確保在不需整體拆除伸縮接頭的前提下就能更換橡皮圈，給后續(xù)維護(hù)工作帶來(lái)很大的不便。圖6是某國(guó)內(nèi)大型船廠建造的VLCC使用的伸縮接頭，由于設(shè)計(jì)的短管長(zhǎng)度不夠，壓蓋根本沒(méi)辦法移動(dòng)，而伸縮接頭本身很重，若需要更換橡皮圈，船員必須拆除法蘭上的所有連接螺栓，并用專門的起吊工具把伸縮接頭整體吊到甲板上，才能完成橡皮圈的更換工作，對(duì)維護(hù)工作造成極大的不便，如果是在壓載艙、貨油艙那工作量將更大。而如果采用“GB基本型”安裝，完全不存在該問(wèn)題，一個(gè)人很容易完成維護(hù)工作。

圖6 國(guó)內(nèi)某船上安裝的伸縮接頭實(shí)例

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)壓蓋松套伸縮接頭的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行分析，優(yōu)化選用“GB基本型”可以有效減少伸縮接頭本身的采購(gòu)成本與管路的法蘭接頭，切實(shí)減少建造成本；進(jìn)行優(yōu)化布置，把“GB基本型”設(shè)在分段合攏逢之間，可以有效減少合攏管的設(shè)置，從而有效節(jié)約船廠的造船成本，提高造船精度、縮短建造周期與減少涂裝破損，且有利于維護(hù)保養(yǎng)。與國(guó)內(nèi)大多船廠選用的“伸縮短管型”壓蓋松套接頭或填料函式伸縮接頭相比較，一艘VLCC可以至少節(jié)約80萬(wàn)元。并且該優(yōu)化布置在日韓發(fā)達(dá)國(guó)家造船應(yīng)用非常廣泛，值得國(guó)內(nèi)船廠推廣應(yīng)用。

[1] 中國(guó)船舶工業(yè)總公司. 船舶設(shè)計(jì)使用手冊(cè): 輪機(jī)分冊(cè)[M]. 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 2002.

[2] IMO. 原油輪油艙保護(hù)涂層性能標(biāo)準(zhǔn)[S]. 2010.

[3] GB/T 12465-2002, 管路松套補(bǔ)償接頭[S].

[4] 中國(guó)造船質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S]. 2005.

[5] 姜興峰. 船舶管路[M]. 吉林: 吉林大學(xué)出版社, 2005.

[6] IMO. 船舶壓載艙保護(hù)涂層性能標(biāo)準(zhǔn)[S]. 2010.

Application and Optimization of Gland-type Sleeve Expansion Joint

Deng Zhi-qing, Wang Jia-zheng, Liu Li-jun
(JinHai Heavy Industry Co., Ltd., Zhoushan 316291, China)

This paper analyzes the structure of gland-type sleeve expansion joint and its layout on pipeline for optimal selection and arrangement optimization. It can effectively reduce the connecting flanges of pipeline and blocks-adjusting pipe pieces, saving the cost of shipbuilding. Also it is good for the maintenance of expansion joint and can provide some reference for ship design optimization.

expansion joint; application; optimize; adjusting- pipe pieces; cost

U663

A

1005-7560(2014)01-0041-04

鄧志慶（1984-），男，工程師，主要從事船舶輪機(jī)設(shè)計(jì)工作。