浅谈改造船管系设计与施工

赵东升

（招商局重工（深圳）有限公司，深圳 518054）

1 引言

由于材料及人力成本的增长，使得船舶改造项目的经济性越来越受到船东们的关注，如VLCC改造为FSO或FPSO、工程船的设备升级和加装DP-2动力定位系统等。

船舶改造项目是一个复杂的系统工程，涉及工种多、专业广、技术密集。而改造船的管系设计又是最为复杂、繁琐的一项工作，关系着项目的顺利交付使用。因此，通过我公司已交付的“华天龙”船改造项目，谈谈对如何做好改造船的管系设计与施工的一些看法。

2 界面划分

2.1 设计与船东界面

项目开始前期要与船东确定合同范围、设计界面、澄清规格书；如果部分设计是由船东或船东指定设计公司做详细设计，则需要向船厂提供供图计划、OFE设备认可图计划、以及总布置图的确认等。

（1）合同范围

合同要明确规定设计区域、设计形式，明确每个SI的具体内容以及对后续VO事项的处理说明。

（2）设计界面

项目开始前期要与船东协商确定设计界面，明确船厂设计范围和设计内容；对旧改项目的拆除或重新设计需要明确的书面说明；对材料、设备的订货界面要有明确的说明。

（3）澄清规格书

规格书要明确规定各区域的工程改造状况及工程量，对后续设计和生产要有明确的指导意义；船东与船厂要不定期对规格书不合理的地方进行协商修改，对不明确的地方进行完善。

（4）船东供图计划

在保证项目节点计划的前提下，船厂与船东要协商好供图计划，同时要考虑图纸的升版状况对船厂设计的影响，尽量做到升版前提前知会船厂，减少风险。

（5）OFE设备认可图

明确船东提供设备认可图的时间，以及确保设备资料完整准确，保证船厂对设备底座、管子接口等设计的准确性，必要时船厂可以协助船东对VCD的认可；对于后期设备到货的检验，船厂需派技术人员验货，主要检验设备底座、管接口与认可图是否一致。

（6）确认总布置图

项目开始初期及时确认好总布置图，建议由船东、船厂双方共同协商并定版总布置图，对于不合理的布置进行调整，避免造成设计浪费。

2.2 设计与生产界面

（1）出完设计图纸后，尽快与项目主管及相关生产人员进行技术交底，汇报哪些系统设计无法出图，以及下发图纸的设计深度等；

（2）部分改造区域因设计无法出图的、走向需实船勘验布置的、在布置过程中与原船的结构、电缆、管路干涉的，由设计人员实船勘察核实并固化方案，以提高生产工作效率；

（3）根据施工需要在甲板或舱壁上开设工艺孔的，由现场提供孔的位置及大小，下发正式修改单，修改单内容需包含孔的临时加强方案；

（4）部分管系需要现场修改时，设计主管应与车间主管一起制定管子走向，避免改造后管子走向与其他专业干涉等问题。

2.3 设计各专业间界面

（1）所有新增加的设备，由轮机专业负责出布置图，由铁舾专业出详图及生产设计图纸；管系专业则需根据布置图中设备的接口位置布置管系走向；电气专业则需要根据布置图的设备控制箱位置布置电缆走向；

（2）各专业在项目初期要梳理出改造清单，主要包括换新设备、改造设备、位移设备清单；电缆和管系要确定改造界面，按照系统或设备预估电缆和管子改造清单。

3 设计依据

（1） 改造规格书及合同的有关条款规定；

（2） 依据改造规格书编写的管系建造标准，并由船东认可后作为该项目生产设计的依据；

（3） 相关船级社的规范、规则以及船级社检验的有关要求；

（4） 船体结构、线型及分段、总段划分，以及机舱、泵舱、主船体及上层建筑区域的各类机电设备、船舶设施及房舱设施的具体布置要求；

（5） 改造船的基础设计、详细设计所确定的布置图等；

（6） 主机、辅机、甲板机械等各类机电设备的技术资料及管系阀件、附件的连接规定；

（7） 国家标准、行业标准和企业标准的有关规定；

（8） 依据公司确定的船舶建造方针和相关要求，以生产为中心进行设绘和出图。

4 设计方法

4.1 三维建模

根据各项目的改造技术规格书，在总布置图中分区域对改造部分进行划分，并评估可做三维建模的部分。通常以下改造内容，可完全按造船模式进行三维建模和出图：

（1） 改造新增加结构和设备等，可整体做三维建模（如：直升机平台、居住模块、设备单元或烟囱等）；

（2） 原船空舱改为机械处所或电气间等，该区域可进行三维建模；

（3） 露天甲板部分，可做三维建模。

4.2 三维激光扫描

三维激光扫描技术是一项实景复制技术，利用专业仪器对海上平台、大型船舶等各种工程对象进行激光扫描复制。现场操作不影响船舶正常作业，所得数据以点云的形态呈现并保留，进而通过点云将工程模型恢复[2]。

三维激光扫描的原理是利用对实际设施扫描来得到完工图纸，我们称为逆向工程，如图1所示。

图1 三维扫描建模流程

（1）在现场找合适的位置建立站点扫描和建立点云数据文件。扫描时受到单个站点视角的约束，通常不易形成完整的设施形体点云信息，存在无点云记录的部分，因此需利用增加站点来增加新的点云；

（2）输入点群、指定测定点群文件输入系统，可以将在多个位置测定的结果输入；

（3）点云数据整合模型；

（4）把处理好的整合模型导入3D绘图软件当背景并优化模型，如图2所示。

图2 三维扫描处理后的模型

三维激光扫描可针对新加设备、设备换新等，对于原船管线进行实景复制并导入三维模型中，管线的设计可参照模型进行修改，不仅节约时间，还降低管线的修改率，对于改造船项目具有非常重要的作用。

5 现场施工

对于改造项目中无法建模出图的部分，设计主管应提前告知项目经理，由船方、项目主管、施工领班和设计主管四方现场制定改造路线。确定管线的走向后，施工领班即刻安排人员现场取样、制作、校管和安装管路。其流程是根据船上需连接的具体位置采用样棒或自己绘制的草图，在内场弯制、拼接成形后，运到现场校正连接件，连接件与管子点焊、定位焊后，再运回内场焊接并清理、试压、镀锌或涂装，最后装到船上。

5.1 现场取样

现场取样时要遵循以下原则：

（1）选择合理的走向，尽可能与现场已有的管子组成束并列整齐，避免不必要的迂回和斜支；

（2）对并列管或交叉管，邻近两根管（包括附件）的间距应在20 mm以上，还要考虑有需要包扎绝缘的管子，以及与船体结构的间距；

（3）现场取样的管子应便于安装和操作。管子形状优先顺序是：直管、平面弯曲、立体弯曲；

（4）在管子弯头附近设置法兰时，原则上法兰不得嵌入管子的弯曲部位；直角弯的管子，应避免出现较长的直角边等长现象，其一端法兰尽可能的靠近弯头；

（5）对于定型弯头拼装的管子应按照前述的校管方法加工制作；

（6）需弯制的管子要根据管子的直径和弯曲半径，考虑弯管机能否加工；

（7）管路支架的布置应符合标准规定；支架的设置应避免其对船体结构造成影响，特别不应在船体结构孔上和板材的自由边上焊接管路支架。

5.2 制作与安装

根据上述的取样原则，制作和安装方法如下：

（1）根据现场取回的图样，在内场拼装连接件和管段。管段下料时可适当留取一定的余量，目的是防止尺寸的误差或其他因素造成管段不够长。连接件和管段的连接处进行定位点焊；

（2）将所有拼装好的管段运到船上，放到指定位置上安装；

（3）预先设置为调整管的管段需进行管子的划线、切割余量和校正法兰，划线时注意要减去法兰连接处的端距；

（4）切割管段的余量，所有钢管均用机械方法切割，切割管子的截面与管子的中心线垂直，且管子切割面应光滑；

（5）所有管段应横平竖直，确认无误以后进行临时螺栓螺栓连接或点焊和定位焊。如是法兰连接，法兰密封面中间用临时垫片或相同厚度的替代物如铁丝等代替，否则管子制作好以后将放不进去垫片；

（6）注意定位焊一定要牢固，防止在运输过程中法兰松动；

（7）在法兰或套管上做好标记，拆下管段运回内场进行焊接、清理、压力试验、表面处理等；

（8）表面处理完的管段，再次上船安装即可。

6 管路拆除与回装

6.1 管路拆除

管路拆除要遵循以下原则：

（1）拆除的管段、连接件及阀附件作好有效的马克标记，并集中送回车间处理；

（2）拆除该管子所传送的介质，包括与该系统相关联的阀和附件；

（3）熟悉管子的基本走向及正反方向；

（4）油管及易燃气体管路拆除必须冷工作业；

（5）拆开后的管路务必作好有效可靠的封堵；

（6）所有管口、进出油口不允许使用破布塞进进行封堵；

（7）螺纹连接管口拆开后必须使用对应加工好的闷塞、闷头上紧封好，再用塑料薄膜包覆管口进行防水、防沙尘处理；

（8）法兰连接管口拆开后必须使用对应加工好的钢制盲板法兰上紧密封好，密封垫床要使用耐油垫床，封好后再用塑料薄膜包覆法兰进行防水、防沙尘处理；

（9）部分管段、阀件没办法使用闷头、闷塞和盲板密封时，才可以使用封口胶布贴牢油口后再用塑料薄膜包裹进行保护；

（10）起运人员在对管段的吊运过程中如发现保护封堵工作没做好，应立即通知相关施工单位，待重新做好保护后方可吊运，并配合起重工将拆除的管子吊运至车间堆放

6.2 管路回装

回装管路需先将原法兰端面垫片清理干净，用划针之类的工具将藏在密封水线内的污物清出。检查管子内孔有无杂物、污物，清理干净后配上合适螺栓、垫片，将管子法兰按记号对好，先插上尖铁对准螺栓孔后将螺栓全部带上，按左右上下顺序紧固螺栓。

一般拆除的管路应按原位安装，原布置不合理和安装检修有困难时可做适当调整，但其管材材质和规格应与原设计一致。

当回装管路的规格（如管壁厚度）不明时，可将信息告知生产人员，其中所用材质如无合格证或对其中数据有怀疑时，须按规范要求补做试验。

7 质量控制

无论是设计绘图、车间制作、船上安装还是管材和管路附件的质量等，都要保持其标准性。同时质检人员更要对管系的焊接与施工工艺进行严格的监督和管理，执行管系质量的监管是整个改造过程中的重要环节，相关监管工作至关重要。

8 结论

本文通过自身参与改造船项目为依据，从设计到施工、从界面划分到现场安装，提出了改造船管系设计及施工过程中需要注意的问题，希望能为后续的改造船的设计和施工提供借鉴。