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1、船舶舱底水管材选择与制作作 者 专 业 船舶动力工程 年 级 学 号 25 指导教师 孙月秋 系 部 二一一年五月 摘要本文主要介绍3800T加油船舱底水系统的管材选择与制作，其以日本船级社规范钢制船舶入级与建造规范/指南为依据。文中详细介绍了船舶舱底水系统的作用以及舱底水系统在船舶营运中重要性。在管材选择章节中主要对舱底水系统管材选择的依据做了简要说明，对管径、壁厚等参数做了详细计算。在介绍管件制作中，对管件的弯管参数做了详细的计算，对管件在制作时的焊接方法进行了简要的分析。关键词：加油船，舱底水系统，机舱，管材选择，管件制作AbstractThis paper mainly introdu
2、ces the bottom water system 3800T refueling cabin of pipes, the selection and production in Japan steel ships into the classification rules regulations for the construction and classification/guide as the basis.This paper introduces the ship bilge water system function and bilge water system in the
3、ship operating importance. The main pipe select chapters to bilge water system is the basis of selection of pipe to make a brief instructions, pipe diameter, wall thickness parameters to do a detailed calculation. On the introduction of pipe fittings in making, tube bending parameters, to do a detai
4、led calculation of pipe welding method in making briefly analysed.Keywords: Tanker vessel，Bilge water system，Cabin，Tubing choice，Pipe production 目录摘要IABSTRACTII目录III第一章 概述11.1 船舶管路系统的含义11.2 船舶舱底水系统的作用与要求1第二章 船舶舱底水系统的管材选择32.1 管材的等级选择32.2 管材的外径选择3第三章 船舶舱底水系统的管件制作63.1 管材的切割63.2 管件的弯曲63.3 管件的装配与焊接73.3.1
5、 法兰链接73.3.2 钢管对接形式83.3.3 套管连接形式9总结11附录一：12附录二：14参考文献15致谢16船舶舱底水系统的管材选择与制作第一章 概述1.1 船舶管路系统的含义船舶管路系统泛指为专门用于输送流体的专门辅助机械、设备、检测仪表和管路的总称，简称管系。其用途分为两大类：为推进装置服务的管系称为动力管系，以保证推进装置正常工作；为全船服务的管系，以保证船舶的生命力、安全航行以及船员和旅客的正常生活和工作。动力管系按任务不同，其组成部分主要有燃油管系，滑油管系，冷却水管系，压缩空气管系，排气管系等。船舶管系俺任务的不同，其组成部分主要有舱底水管系，压载水管系，消防管系，供水管系
6、，注入、测深、透气管系，通风管系，蒸汽管系，疏排水管系等。除此之外，根据不同类型的船舶，在一些专用船舶上，还设有一些专用系统，常见的有液货装卸系统，洗舱系统，惰性气体保护系统及液货加热系统等。动力装置能否可靠的正常工作，出来决定于设备本身的技术性能外，动力管系的技术性能也起着重要作用，所以动力管系担负着很重要的作用。船舶管系必须具有可靠性和一定的活跃性。可靠性要求系统在运作中不出现故障，同时也能特殊的情况，如摇摆，冲击，震动等的抵御能力；活跃性是要求某些不仅在正常情况下，而且在海损，火险等具有破坏和纵横倾时仍能正常工作。1.2 船舶舱底水系统的作用与要求船舶舱底水系统的作用是将船舶各舱室内积水
7、（包括机舱、炉舱、货仓、水线下的起居舱室、空舱及隔离空舱等）及时排出舷外，以保证船舶安全航行，并保证机电设备正常工作以及货物完好无损。船舶舱底水系统主要由舱底水泵、吸入口、污水井、连接分配阀箱、污水分离器、管路及其附件等组成。舱底水的来源有机械设备的漏水管路漏水、冲洗用水经船壳不严密处的渗水、舱口流入的雨水以及船舶破损、消防等积水。舱底水不仅腐蚀船体，而且造成货损，影响操作，严重时影响船舶的稳性和航行安全，所以要及时排除。此外，当发生海损事故时，船体破损大量进水，舱底水系统可担负排水作用。为了保证有效的排出舱底水，对其管系也有一定的要求，第一应能保证船舶在正浮或向任何一舷倾斜不超过5度时都能排
8、出舱底内积水；其次舱底水管系不允许舷外海水或其他水舱的水经过该管系进入舱内，即管系中的分配阀箱、舱底水总管和直通舱底水泵的支管上的阀门等均需用截止止回阀，以防舱底水互相串通；然后舱底水泵、压载水泵、消防水泵等若相互接通时，管系的布置应保证各泵能同时工作而不相互妨碍；最后舱底水一般位于舱的底部，吸口很低，故舱底水泵应为自吸式泵。第二章 船舶舱底水系统的管材选择管子材料的选择主要考虑到管路系统的强度，流量需求以及经济性等因素，即要满足流量及强度的设计要求，又要考虑经济实用，降低成本。2.1 管材的等级选择管材的等级选择可参照表1。显然舱底水管系的介质为水，本文所分析是3800T加油船上的舱底水管路
9、，其设计压力为0.6Mpa，即小于1.6Mpa，从而选择III级管即可。船用钢管一般选择20#无缝钢管。表1 管系等级管系级级级设计压力（MPa）设计温度（）设计压力（MPa）设计温度（）设计压力（MPa）设计温度（）蒸汽1.6或3001.6和3000.7和170热油和150燃油、滑油可燃液压油或150和150和60其他介质4.0或3004.0和3001.6和200注： 当管系的设计压力和设计温度其中一个参数达到表中级规定时，即定为级管；当设计压力和设计温度两个参数均达到表中级或级规定时，即定为级管或级管。所以，3800T加油船的舱底水管路选择20#无缝钢管III级管既可满足设计要求。2.2
10、管材的外径选择船舶管路的外径选择主要根据船舶的主尺度以及所需舱室的长度来计算。如下是3800T加油船的主要参数：船长：L=88.9m机舱长度l=9.6m型宽：B=15.8m型深D=7.2m第一步先计算出该船的舱底水管路的主管管径，其次在计算出其支管管径，这里支管以机舱舱室为例。船舶舱底水的主管管径计算公式为：d=1.68+25 （2-2-1）计算得d=100.96mm，根据表2可知，其主管外径为114mm。船舶舱底水的支管计算公式：d=2.15+25 (2-2-2)计算的d=56.95mm，根据表2可知，其主管外径为76mm。 表2 无缝钢管尺寸 单位mm公称通径DN钢管外径DW钢 管 壁 厚
11、标准管Sch.40加厚管Sch.80加厚管Sch.160加厚管特殊用途管10142.533.5_1522333.55202745.525343.54.56.532423.55404847506045.596576579.580895.57.5111001144.5691412514079.51615016851118(22)2002196.581325027379通过上述计算可以确定舱底水管路的外径。3800T加油船的舱底水管系的主管外径为114mm，机舱舱室的舱底水支管外径为76mm，其他舱室如泵舱，艏侧推舱，舵机舱等舱底水管路的支管可类似计算得出。2.3 管材的壁厚选择管材壁厚的选择主要考
12、虑管内介质的成分，管系所处的环境，以及所取管材的材质等因素。在计算管件的壁厚时，还要考虑管件所组成系统运行的安全性，从而增加一定的附加壁厚值。船舶舱底水管系的介质是油污水，其腐蚀性较大，加之其管件所处的环境在机舱等舱室的底层，环境恶劣。所以为保证船舶舱底水系统安全可靠的运行，在选择管材时应选择较厚规格的管材。钢管的壁厚应符合公式2-3-1的要求，并根据其用途和位置，钢管的壁厚应不小于附录一中所列值。船舶舱底水管件总管路的壁厚计算如下：t=t+b+c （2-3-1）式中 t-基本计算壁厚，mm b-弯曲附加余量，mm c-腐蚀余量，mm首先计算基本计算壁厚：t= （2-3-2）式中P-设计压力，
13、MpaD-钢管外径，mmf-钢管的许用应力，N/mmJ-接头的强度系数。已知P=0.6Mpa D=114mm j=138 N/mm J=1计算得：t0.3mm即基本计算壁厚取1。弯曲附加余量b=0.4 t=0.14mm。 （2-3-3）式中D-管子外径，mm R-弯摸半径，mm腐蚀余量c取3mm.所以t= t+b+c=4.14mm.即主管壁厚t取5mm。同理可计算出机舱内舱底水系统的支管壁厚t=4mm将计算所得的数值与附录一中数值比较取大值，即：舱底水主管的壁厚至少为8mm，支管的壁厚至少为6.3mm。根据船用无缝钢管尺寸表（表2）可确定其主管壁厚为9mm,支管壁厚为7mm。结论：3800T加
14、油船舱底水系统管材选择III级无缝钢管，其主管的规格为114*9（mm）,支管的规格为76*7(mm)。第三章 船舶舱底水系统的管件制作3.1 管材的切割管材的切割有两种，即机械切割和氧-乙炔切割（火焰切割）。船舶无缝钢管根据管径的不同选择不同的切割方法。在制作时，一般通径大于100mm的管子允许使用氧-乙炔切割法，通径小于或等于100mm的管子一般不允许采用火焰切割。如果在船上进行现校的管子，通径大于65mm的管子允许采用火焰切割。3800T加油船舱底水管系的管子通径为100mm和65mm，所以在内场预制时的切割必须使用机械切割的方法施工，在船上进行现校的管子允许采用氧-乙炔切割。不论是机械
15、切割还是火焰切割，均需要切割后的管口打磨光滑，不得有毛刺，氧化渣及飞溅等缺陷，不允许有不利于焊接的锈迹和杂质等存在，且管子端面与轴向垂直允许偏差不超过2mm。3.2 管件的弯曲由于机舱设备的拥挤，船体结构和空间位置的限制，在船舶建造中，管件的弯制是不可缺少的工艺之一。管件的弯制主要有两种方法，即冷弯和热弯。当空间狭小或两弯头间直线距离不足弯管夹头长度的场合采用标注弯头；凡是无法进行弯制且无定型弯头的场合，都可采用虾壳弯，一般用于主辅机排烟管等。冷弯的基本原理是金属材料当其受外力超过材料的屈服极限时，将产生永久性的塑性变形，从而达到弯制效果。在弯制管件时主要确定弯管参数，即管子的弯角，弯头的起弯
16、点和管长以及弯摸半径的选择。这里主要介绍科进船业内场弯管机弯制管子的参数计算，以3800T加油船舱底水系统中以简单支管为例，如图1。管径为76mm，弯摸半径为230mm。图1管子的弯角是指一根直管子要完成一定形状时，管子的一端所弯过的角度，一般用表示。tan= 即：tan=arctan=arctan =53在弯制管件时，要计算出管子初端的起弯点，即管子的送长。假设A端为管子制作时的起弯点。首先计算管段实长= =500mm。其次计算弯头的圆弧处的切线长度EC=FC=Rtan EC=FC=230tan26.5=115mm。即管端送长量为=-EC=500-115=385mm。管件制作时要确认管子的下
17、料长度，已知EC=FC=115mm所以管件的直管段为L=AE+FB=1270mm.圆弧EF长为=2R=217mm。设余量为a=20mm。所以图中该管件的下料长度为L=L+a=1507mm。结论：3800T加油船一支管的制作程序如下，首先取1507mm长的76*7的船用无缝钢管，在弯管机上送长为385mm，弯角为53度开始弯制，量取管件实际长度，切除余量，配制法兰进行焊接法兰即可。3.3 管件的装配与焊接船舶管路系统是由附件、设备以及管件所组成。管子零件的装配制作质量将直接影响到系统的安全和焊缝的美观，所以管件的装配与焊接必须严格按工艺施工。本文主要介绍3800T加油船舱底水系统管件的制作，管子
18、的链接形式有法兰链接，钢管对接和套管链接等。3.3.1 法兰链接 法兰连接时，其钢管伸入法兰内部预留焊接量为管子壁厚t+1mm，以保证焊脚高度均匀，在装配时注意法兰面与钢管轴向垂直度偏差不超过2mm，伸入法兰内的管子外径与法兰内径的间隙不得超过2mm，且直径方向的间隙之和不得超过3mm。调整符合工艺后进行点焊，电焊固定一般为四个对称点焊，对于管径在32mm以下的可以三点均分点焊，一般大管径由6-8点进行固定点焊且平分均匀，如图2所示为法兰连接的焊前固定。管子装配完后进入焊接工序。法兰连接焊接一般将管子内外两侧焊缝焊接即可，一般采用手工焊或二氧化碳气体保护焊，如图3所示为法兰连接的焊接。当管径小
19、于22mm时，内部焊缝采用氩弧焊焊接，防止焊料堵住管子，在验船师同意的情况下内部焊缝可以不焊接。图2 法兰连接（焊前） 图3 法兰连接（焊后）3.3.2 钢管对接形式在船舶系统中，为满足需要钢管的对接焊接形式是不可避免的，如对接焊，狭小区域采用定型弯头及变径接头等。图4为异径接头的对接形式。图4 钢管对接连接采用钢管对接焊接形式时应注意：当钢管壁厚小于5mm时，管子的焊接处可以不需开破口，焊缝间隙在1-3mm之间，焊缝高度在1.5-2mm左右；当管子壁厚大于5mm时，管子焊缝处需要开坡口以防未焊透，一般开V字形坡口，坡口角度为60焊缝间隙在2-4mm，之间，焊缝高度在2-2.5mm左右。钢管对
20、接焊接时，一般采用氩弧焊打底，手工焊或二氧化碳气体保护焊盖面，以保证管子内表面焊接处光滑，特别是定型弯头焊接处难以打磨到的区域。对于大管径的管子，可以采用陶瓷衬垫焊进行单面焊双面成型的焊接方法。3.3.3 套管连接形式套管连接形式一般分为两种，即连接套管和穿舱套管。连接套管是将管子使用套管进行连接，其管子伸入套管内部即可，管子外径与套管内径间隙小于2mm，且直径方向间隙之和不大于3mm。使用套管的长度L及厚度1如表3。表3 套管规格选用表 单位mm管子套管规格管径DN管子外径D套管外径厚度1长度L1522344.5602027426.0602534486.0603242608.06040486
21、3.57.0605060767.0906576958.0100808911411.010010011414012.012012514016813.015015016819412.017020021924512.022022524527313.025025027329912.028030032535112.033035037740211.036040042645011.0410待装配完毕后进行焊接工序。套管连接与法兰连接焊接类似，采用手工焊或二氧化碳气体保护焊将内外焊缝焊接即可。穿舱套管连接形式具有连接和加强强度两种作用，装配方法与套管连接形式应类似，不同在于钢管伸入套管内部的长度，一般伸入的套
22、管长度。套管连接（焊后） 套管连接（焊前）不论是何种连接方式，待装配完工进入焊接工序，其焊缝处必须进行处理，待焊区域不得有铁锈、油水、氧化渣等有害焊缝质量的因素存在，处理范围应不小于焊缝两侧50mm。焊接完毕后应进行打磨处理，使焊接处金属光滑，不得存在飞溅、夹渣等不合格现象。总结船舶管路系统的质量是船舶制造过程中的重点之一，其质量的好坏直接影响到船舶安全航行的可靠性。本文通过对管件材料的选择与制作方法，详细说明了船舶管件的设计与制作流程。管材的选择由表1可以选择出适合各系统的管材。在设计管件的壁厚和管径时，根据所入级的规范进行计算选择，特别注意壁厚的选择，其应考虑到管材所处环境、作用及内部的介
23、质流量等因素而产生的腐蚀余量。管件的制作要严格按照工艺要求，弯管时要把握管件的回弹量；管件焊接前必须做好焊缝处理，以保证焊缝质量；管件外表的美观也不可忽视，要使其焊缝处光滑。附录一：钢管最小壁厚（一）钢管最小壁厚（二）附录二：钢管直接对焊、破口对焊形式 项 目结构尺寸 适 用 范 围介质最高设计压力MPa最高设计温度0234蒸汽燃油其他介质 1.6 1.6 4.0 300 150 300b6810c1223e20.5456 蒸汽 燃油其他介质 1.6 1.6 4.0 300 150 300b1011c23e20.5p213056789101112 蒸汽 燃油其他介质 1.6 1.6 4.0 3
24、00 150 300b16182022c2334e20.5p21605参考文献1付锦云.船舶管路系统.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，20062陈铁铭.船舶管系.北京：人民交通出版社，2007.13钢制船舶入级与建造规范/指南.日本船级社，20084船舶管系工艺手册.扬州科进船业管装车间2010.10致谢经过一个多月的努力，本次毕业设计终于完成。在此期间，我运用书本理论知识结合实习所掌握的技能，对所学知识进行了系统的总结，进一步提高了自己的专业知识和实际运用能力。此次毕业论文的完成，我得到了老师和同事的帮助，在此向他们致谢。在毕业设计过程中，尤其感谢我的指导老师，他给予我很多方面的帮助；还有在科进船业设计部和管装车间的同事，也谢谢你们给了我许多的帮助，提供我论文资料。此外，由于个人知识能力水平有限，论文中难免出现错误，恳请老师给予指正。
