船舶LNG供气系统撬块三维设计研究

摘要：船用LNG供气系统是一种专门用于为船用双燃料主机供应液化天然气（LNG）的装置，本文介绍了船舶双燃料发动机LNG供气系统撬块单元的三维设计要点：包括设备、阀门及仪表的布置，管路及结构的布置及相关应力计算验证。通过对上述研究内容的梳理总结与探讨，有助于系统设计人员更好的了解LNG供气系统撬块的相关三维设计。

关键词：船舶；FGSS；撬块三维设计

1引言

船用LNG供气系统是一种专门用于为船用双燃料主机供应液化天然气（LNG）的装置。该系统以船载LNG为原料，通过增压、汽化等工艺流程，将液态的LNG先转变为可满足柴油机进气要求的燃料气体，再供应给柴油机燃烧做功。目前，随着双燃料动力船舶的快速发展，FGSS的需求及应用也不断扩大。

船用LNG供气系统由加注单元、气化加热单元、水乙二醇单元等多个撬块单元组成，撬块单元一般由设备、阀门仪表、电缆、管路及相关结构基座等部分撬装而成。受限于撬块内设备、阀门仪表等品牌选择、船舶安装位置的空间限制，大部分撬块的三维设计采用非标准设计方案。撬块模型的三维设计涉及流程图原理、管路设计、结构设计、电仪设计等多个专业，设计交叉内容，设计难度大。本文以加注单元撬块的三维设计为例，梳理撬块的整个设计流程，对设计中的一些通用设计要点进行总结，供其他系统设计人员进行参考。

2 撬块通用设计流程及设计要求

2.1设计准备工作

撬块设计开始前需要收集准备好如下设计输入资料：

1）系统原理图纸、船舶结构布置图；

2）设备、阀门及仪表等资料；

2.2撬块整体布置设计要求

设计开始后首先需要根据撬块布置区域初步规划撬块的整体外形尺寸，即撬块的长宽高尺寸，具体按照以下设计要点来确认：

1）确保整体尺寸满足撬块安装区域（图1 加注单元布置区域）的空间要求，预留出足够的通道和检修空间；

2）撬块内电气箱、设备、阀门仪表等在满足原理设计正确性的基础上，整体要求布置匀称、美观大方；

3）管路布置在满足原理设计正确性的基础上，整体要求尽量整齐顺畅、成排成束，间距适宜（管路间外壁最小距离应不小于50mm），不能过于松散；

4）管路支架布置在满足支撑管路的设计要求的基础上，整体要求整齐顺畅、间距适宜，不能过于繁多和松散；

5）撬块设计需考虑运输方便，宽度方向尺寸应不大于4500mm。

2.3撬块管路布置设计要求

在确认的撬块设计三维区域内，参考系统原理图，根据管路的外径规格大小确认主次设计顺序进行三维设计建模，设计过程中具体按照以下设计要点来确认：

1）主管路间距需满足GMF内相关要求；

2）低温及高温管路需要根据PID规格书要求预留绝缘空间；

3）直管路设计最小长度应不小于50mm（DN100以下）；DN100及以上的管路最小长度不小于100mm；

4）气动阀用控制空气管路布置应尽量集中，不宜分散；

5）撬块中三通接头、异径接头规格应严格按照PID图中标注规格进行设计；

6）与船厂对接焊部分管路接口外壁周围需预留至少300mm空间距离，包括管口外壁与管口外壁、设备、支撑、基座等的间距；

7）管路布置完成后需要满足管路应力计算要求（图2 低温管路应力计算示例）。

2.4撬块设备布置设计要求

在管路的布置过程中，参考系统原理图，同步考虑较大阀门设备的布置位置，具体按照以下设计要点来确认：

1）阀门布置需要确保阀头可以检修拆下，预料拆卸移除空间；

2）仪表布置需要预留观察、检修维护空间；

3）操作不便的布置在高处阀门仪表应设计有平台。

2.5撬块支架及积液盘布置设计要求

管路及阀门设备均初步布置完成后，进行支架及积液盘的布置，设计过程中具体按照以下设计要点来确认：

1）根据不同管径选择合适规格的角钢设计管路支架；

2）尽量设置组合支架，以门字型支架为主；

3）较高和较长的支架应设置斜撑和横撑；

4）积液盘布置区域需要包含管路上所有可能会产生LNG泄露的位置；

4）低温撬块基座及积液盘设计应满足温度场计算要求（图3 温度场计算示例-基座区域，图4 温度场计算示例-安装区域）。

2.6撬块电缆布置要求

管路、阀门设备及结构均初步布置完成后，进行电缆及其托架的布置，设计过程中具体按照以下设计要点来确认：

1）动力电缆和信号电缆应分开布置；

2）同一类型电缆应尽量集中布置，不宜分散；

3）根据电缆数量选择合适的电缆桥架，电缆桥架应尽量布置在现有的撬块基座、管路支架上。

2.7撬块基座设计要求

最后完成撬块的基座布置，设计过程中具体按照以下设计要点来确认：

1）撬块基座一般选用H型钢或者槽钢等型材，板拼式设计亦可；

2）一般撬块直接焊接在船体平台上，不需要设置支腿；如船厂有特殊要求，可以设置支腿，支腿高度一般设计为150-200mm；

3）基座设计需要把撬块内所有设备、管路、支架包含在内，尽量避免突出基座范围；

4）根据撬块尺寸设计吊耳，根据吊耳设计结果确认吊耳规格及安装位置，注意吊耳位置要便于船厂安装挂钩，吊耳上方无干涉阻碍。

完成上述撬块各部分的设计后，整个撬块设计完成（图5 加注单元完整撬块）。

3 结论

随着船用LNG供气系统应用的日益增多，对LNG供气系统内撬块的三维设计标准化设计要求也日益提升。本文以加注单元撬块为例就撬块三维设计的流程及设计要点进行了系统论述，包括整体布置、管路布置、阀门仪表布置、支架和基座等结构布置、电缆布置等内容。其设计思路与设计要点可以为LNG供气系统的设计人员提供参考与帮助。

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作者简介：彭明星，男，汉，1988年3月生，河北沧州人，本科，工程师，研究方向：工艺设计。