长岸堤边渔船使用天然气的设计研究

余舒扬

（重庆燃气设计研究院有限责任公司，重庆 400000）

据调查，停靠在长岸堤的餐饮渔船均采用电、煤、液化气作为主要的烹饪燃料，使用天然气作为烹饪燃料尚属空白。采用柔性输送天然气的管道连接于河岸与船体之间，设置高低水位控制设备，应对不断变化的船体位置、水位和水流，使得停靠在长岸堤的餐饮渔船安全地用上天然气成为可能。

1 分析及设计思路

1.1 地形分析

长岸堤地形的特点是随着水位的高低变化，陆地与江水的分界线是不断平行于河岸变化的，设定趸船的末端与分界线重合（方便游客上下），在趸船数量及连接方式不变和水流平稳的情况下，整个渔船系统会随着水位的升高不断垂直河岸线靠近，如图1 所示。

图1 长岸堤地形渔船与河岸的关系

由于地形的特殊性，导致渔船与河岸之间的距离会随着水位大幅度变化，使用单根柔性管道将河岸与船体连接，会出现低水位时需使用管道长度是高水位时需使用管道长度的2 倍以上。高水位时柔性管道过长会带来管道不便于收纳和管理、增加漏气风险点、增加维护和材料成本、增加附加意外情况的发生等诸多不利因素。

1.2 运行管理分析

燃气调压计量设备，燃气报警系统自动切断阀门不应受到江水浸泡，需设置在50 年一遇最高水位线以上；调压设备后供气主管道应设置控制阀门，在运行期间便于管理人员随时对供气管道进行控制，对燃气设备设施进行维护、保养、更换和应急处置等操作。

1.3 安全风险分析

河道水位、水流速度和方向的瞬息万变，江水中运行船舶及漂浮物具有不确定性，河岸上和水面下复杂的地形都是影响燃气管道正常运行的安全风险点。在设计过程中，应通过管理和硬件安全设施的共同作用，最终达到安全运行的目的。

1.4 柔性管材需求分析

结合长岸堤地形，柔性输气管道需要满足如下设计要求：（1）输气管道允许天然气（主要成分为甲烷）作为输送介质；（2）输气管道具有一定的柔性和韧性，能承受设计范围内自由弯曲和拉伸而不产生破坏造成漏气；（3）输气管道的内径大小应符合流通能力和压力损失限制的设计要求；（4）输气管道外表面具有适应使用环境和抗外力冲击的防护措施。

针对长岸堤地形边的渔船用气设计，结合安全性和经济性，在满足使用的前提下，应根据水位变化，合理设置控制阀门的位置，在高风险位置采用钢制管道，减少柔性软管的使用所带来的安全风险。柔性管道应采用大口径、抗外力冲击、耐磨的天然气专用管道，并设置意外情况下拉断自动切断装置。

2 施工图设计

2.1 设计资料的收集

（1）地形图、渔船平面图、燃气管网资料；（2）渔船燃气设备的用气量、额定压力、用气位置、用气环境；（3）渔船用气的水位范围；（4）渔船停靠位置的水文资料（近50 年）；（5）渔船船体随水位及水流变化的位移幅度；（6）规划审批资料。

气源管网运行压力0.2MPa，渔船厨房总用气量40Nm3/h，用气设备额定压力2kPa，渔船用气水位162.83～185m（1956 年黄海高程系统），历史最高水位192.5m（1956 年黄海高程系统），渔船船体会随着水位升高垂直向河岸方向运动，且随水流方向有±10m的左右位移量，用气房间为一层厨房。

2.2 设计压力的设定

调压计量柜前中压管道设计压力为0.4MPa，压力类别属于GB1；渔船一层厨房定义为特殊用气场所，船上总阀门后管道设计压力提高一个等级，设计压力为0.1MPa，压力类别属于GB1；调压计量柜后至船上总阀门之间管道设计压力为4.5kPa。

2.3 管材的选型及设置

（1）3PE 加强防腐直缝钢制管道（GB/T 3091-2015）作为燃气行业常用的埋地燃气输送用管道，具有性能稳定、价格便宜、施工熟练等优点。（2）厚壁无缝不锈钢管（GB/T 14976-2012）作为燃气行业常用的明设燃气输送用管道，具有防腐性能强、施工熟练等优点。（3）用于LPG 领域的柔性管道，具有一定的自由弯曲和拉伸性能，口径大；但管道表面易受外力冲击破坏，紫外线照射性能衰减，质量大，价格高，弯曲半径小等缺点。本次设计选用了Parker LPG Hose SS106-3000（ISO2928-1986E），外敷金属铠甲耐磨保护层，防止因柔性管道与岸堤之间产生相对移动对管外壁产生外力损坏和紫外线照射产生的加速老化。主要参数：设计压力2.4MPa、外径95mm、内径76.2mm、重量3.77kg/m、弯曲半径650mm、抗拉能力25kN、法兰连接、最大包装长度100ft。

2.4 燃气调压计量设备的选型和设置

为方便管理，选用定制调压计量柜，设计进口压力为0.01～0.4MPa，设计出口压力为2.5kPa（2～3kPa可调），调压设备内预留DN50 G40 罗茨流量计位置，竖直安装。调压计量柜设置在河堤上渔船员工宿舍旁，距员工宿舍8m 安全间距，调压计量柜基础海拔高度为196.48m（1956 年黄海高程系统），如图2 所示。

图2 调压计量柜设置位置

2.5 燃气控制柜选型和设置

燃气控制柜是设置在长岸堤上钢制埋地管道与地上柔性管道之间的设备，起到钢制管道与柔性管道转换和切断管道供气的作用，是日常维护保养、应急处置的重要设备。同时具有气流止回和柔性管道拉断自动切断的功能，是安全运行的重要安全保障。

燃气控制柜采用撬装，下进侧出，控制柜箱体高度控制在1m 以内（降低水下碰撞风险），且采用厚壁不锈钢板制作，提供两侧开门维护，控制柜内设置不锈钢止回阀和不锈钢球阀串联，控制柜外设置不锈钢拉断阀，拉断拉力设置为20kN。

结合长岸堤的地形特点，为减少柔性管道的应用，将渔船用气水位162.83～185m 分为两段，低水位段为162.83～173m，高水位段为173～185m，在174m 及186m 分别设置一个燃气控制柜，且两个燃气控制柜均设置在船体移动范围以外。控制柜侧面和顶面均设置防撞设施。燃气调压计量柜与燃气控制柜之间采用3PE 加强级防腐直缝钢制管道埋设，并采用混凝土包封，起到水下保护及稳管的作用。

当水位在162.83～173m 时，燃气柔性管道接至低位控制柜为渔船供气，关闭高位控制柜总球阀。当水位在173～185m 时，燃气柔性管道接至高位控制柜为渔船供气，关闭低位控制柜总球阀（控制柜被江水淹没）。当水位超过185m 时，同时关闭高低两个控制柜总球阀（均被江水淹没），回收燃气柔性软管，暂停燃气供应。

2.6 渔船上的燃气设计

船舷内侧设置总球阀，总球阀需加强固定，防止由于柔性管道重力及作用在柔性管道上的外力对总球阀及下游管道的破坏。船上总球阀后采用厚壁无缝不锈钢管明设至用气设备。

用气房间的建设及相关设施的设置，应满足消防部门的相关规定，以及《城镇燃气设计规范》（GB 50028-2006）等规范的相关条款的要求。用气区域应采用耐火极限不低于2h 的非燃烧实体墙和1.5h 的不燃性楼板与电话间、变配电室、修理间、储藏间、卧室、休息室隔开（隔墙置顶）。

用气房间需开设百叶窗，保持用气房间的良好通风。燃气管道沿线及用气房间应设置复合型检测报警器（同时检测可燃气体及一氧化碳），燃气泄漏报警系统宜接入船上消防控制中心集中控制管理，紧急自动切断阀（电磁阀）应设置在河岸上调压计量柜旁，停电时紧急自动阀必须处于关闭状态（带电常开）。

用气房间应设置独立的机械送排风设施，通风量应满足下列要求：正常工作时，换气次数不应小于6 次/h；事故通风时，换气次数不应小于12 次/h；不工作时，换气次数不应小于3 次/h。当燃烧所需的空气从室内吸取时，应满足燃烧所需的空气量，并应满足排除房间燃气设备散失的多余热量所需的空气量。送排风设施应设置防爆型。

用气房间属爆炸性气体环境，所有电力装置设计应符合《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》（GB 50058-92）的相关规定，照明设备（含开关）应为固定的防爆设备。

3 燃气设计效果

通过本次燃气设计，克服了长岸堤地形所带来的管道长度变化大、供气流量大、地貌复杂、环境恶劣且复杂多变等诸多难点；引入并扩大了LPG 柔性管道在天然气行业的应用，发明了高低水位控制柜分段控制的供气方案，满足了渔船在162.83～185m 变化水位连续稳定安全供气的基本需求，使长岸堤边渔船使用天然气成为可能。