薄膜型LNG货物围护系统模拟舱的建造关键技术.pdf

N A V A L A R C H I T E C T U R E A N D O C E A NE N G I N E E R I N G 船舶与海洋工程2 0 1 5 年第3 1 卷第2 期( 总第1 0 2 期) D O I 1 0 1 4 0 5 6 8 c n k in a o e 2 0 1 5 0 2 0 1 3 ；工艺与材料； ： 薄膜型L N G 货物围护系统模拟舱的建造关键技术 谷运飞，陈熙，王亮，李小灵 ( 江南造船( 集团) 有限责任公司，上海2 0 1 9 1 3 ) 摘要：大型L N G 运输船是当今世界船舶建造业中最具难度的船舶产品之一，其建造难度大部分集中在货物围护 系统上。通过阐述江南造船( 集团) 有限责任公司建造的全球首个M a r kH IF l e x 薄膜型L N G 围护系统模拟舱的 过程，包括安装工艺，设备工装、绝热材料安装工艺流程，以及次屏壁胶合粘贴及主屏壁波纹板的焊接等关键技 术要点，并从技术上对M a r kI I IF l e x 型货物围护系统的施工要点进行了总结。模拟舱的建造通过了G T T 技术专 利公司及各主要船级社的认证。 关键词：M a r kH IF l e x 围护系统；模拟舱：建造 中图分类号：U 6 7 4 1 3 + 3 3文献标志码：B 文章编号：2 0 9 5 - 4 0 6 9 ( 2 0 1 5 ) 0 2 0 0 6 2 0 6 A b s t r a c t ：C u r r e n t l y , t h el a r g eL N G c a r r ie r sa r eo n eo f t h em o s tc o m p l ic a t e ds h ip sint h ew o r l ds h ip b u il d in gin d u s t r y , a n d t h ec o n s t r u c t io nd if f ic u l t yism o s tc o n c e n t r a t e dint h ec a r g oc o n t a in m e n ts y s t e m T h isp a p e re l a b o r a t e st h ep r o c e s so f b u il d in gC C SM o c k - u pf o rt h ew o r l df ir s tM a r kI I IF l e xm e m b r a n et y p eL N Gc a r r ie rinJ ia n g n a nS h ip y a r d ，in c l u d in gt h e k e yt e c h n o l o g ie ss u c ha sin s t a l l a t io nt e c h n iq u e s ，e q u ip m e n ta n df it - u p s ，in s u l a t io nm a t e r ia lin s t a l l a t io np r o c e d u r e sa n d s e c o n d a r yb a r r ie rb o n d in ga n dm e m b r a n ew e l d in g ，a n ds u m m a r iz e st h ek e yp o in t so finb u il d in gM a r kI I IF l e xC C S T h e M o c k - u p sb u il th a v ea t t a in e dt h ea p p r o v a la n dc e r t if ic a t io no fG T T , t h ep a t e n tt e c h n o l o g yc o m p a n ya n dt h em a in c l a s s if ic a t io ns o c ie t ie s K e yw o r d s ：M a r kI I IF l e xc o n t a in m e n ts y s t e m ；m o c k - u p ；c o n s t r u c t io n 0引言 为积极开拓液化气船【l 2 】领域，江南造船通过与法国G T T 的合作，消化吸收了相关技术文件，自主建 造了全球首个M a r kI I IF l e x 型L N G 围护系统模拟舱。 法国G A Z T R A N S P O R T & T E C H N I G A Z 公司( 简称G T T ) 拥有L N G 船领域市场占有率最高的薄膜型 L N G 围护系统专利。其专利产品包括N 0 9 6 、M a r kI I I 及C S l 三种。C S l 市场份额很小，而M a r kI I I 相对 N 0 9 6 型L N G 围护系统具有舱容利用率高、绝缘组件数量少、建造周期短，建造设施初始投资少，材料采 购、焊接施工难度低等特点，特别是针对市场需求新开发的M a r kI I IF l e x 型围护系统绝热性能和抵晃荡能 力较N 0 9 6 和M A R K I I I 原型更有优势，能满足市场上对货品低蒸发率和灵活装载的要求。 1 模拟舱 该模拟舱( 图1 ) ，为M a r kI I l 与M a r kI I IF l e x 组合型，主尺度为9 9 m x5 3 m x3 5 m ，由钢结构和货物 围护系统两部分组成，围护系统由绝热板块、次屏壁( 玻璃布夹铝箔三合一薄膜) 、主屏壁( 3 0 4 L 不锈钢 薄膜波纹板) 、固定连接件及玻璃棉类绝热填充材料等组成，建造过程中还需树脂、胶水等辅助材料。 M a r kH I 型围护系统的主要优点是主屏壁的不锈钢厚度相对较厚，焊接要求较为容易，且不锈钢价格 过程中以技术消化、掌握技术为重点，尤其是安装工艺、胶合粘贴技术、焊接技术，同时也可获得一些管 收稿日期：2 0 1 4 0 6 2 5 基金项目：工信部高技术船舶项目( 工信部联装 2 0 1 1 5 2 8 号) 。 第一作者简介：谷运飞，男，高级工程师，1 9 7 0 年生。1 9 9 3 年毕业于华中理工大学焊接工艺及设备专业，现从事船舶结构 开发、设计工作。 谷运飞，等：薄膜型L N G 货物围护系统模拟舱的建造关键技术 6 3 相对便宜；此外，M a r k I I I 型围护系统的总厚度约为N 0 9 6 的1 2 ，船舶的内部空间利用率较高，船舶的尺 度比较紧凑，对大型薄膜型L N G 船的蒸发率可以保持在O 1 5 以下。而M a r kH I 围护系统的升级版M a r kI H F L E X 薄膜型围护系统，其总厚度约为N 0 9 6 的7 6 ，蒸发率更是可以保持在0 1 0 以下。 模拟舱集中了大部分货舱绝热的安装技术，绝热材料与实船一致。从模拟舱建造的出发点来看，建造 理经验。另外，获得G T T 及船级社的认可，为将来建造L N G 实船创造一些条件也是主要目的之一p J 。 模拟舱展示的是真实L N G 液舱的一个具有代表性的角部区域，模拟舱的建造就是为了获得M a r kI l l ( F l e x ) 薄膜型L N G 围护系统的l ：1 样本；获得清晰的建造步骤；同时可加强与一些零部件供应商接触联 系，包括绝热板块、玻璃布夹铝箔三合一薄膜、3 0 4 L 不锈钢薄膜波纹板、固定连接材料等；研究学习L N G 液舱建造的物流情况；制定初步的检验计划、检查表( 船级社要求) ；明确安装方法，特别是设备设施工 装和控制模板的确定( G T T 要求) ；检验焊工培训、考试的组织工作；进而实现人力及工时的评估。 2M a r k1 T IF l e x 模拟舱钢结构制造 模拟舱钢结构部分即船体内壳部分根据选定液舱尺寸的要求进行设计、放样、下料、施工。模拟舱钢 结构部分( 见图2 ) 按模拟舱钢结构图施工，其装焊工艺与船体分段相同，要求尽量减少焊接及吊运变形。 图1 模拟舱 3M a r k F l e x 模拟舱围护系统安装1 4 1 图2 模拟舱钢结构 3 1 脚手架搭建 脚手架由船厂设计搭建，脚手架搭建应适应模拟舱建造工艺要求。脚手架从划线到波纹板焊接的整个 过程中都是需要的，而且应能根据需要进行调整，所搭设的脚手架须在主屏壁不锈钢波纹板焊接结束后拆 除。 3 2 划线和螺栓碰焊 根据模拟舱布置图先划出绝热板块间中心线和止动扁钢安装线，再确定碰焊螺栓中心。在止动扁钢安 装位置和碰焊螺栓中心敲上中心冲印。用电阻碰焊焊枪进行螺栓碰焊，事先准备好电阻碰焊焊枪及电源、 合适数量的螺栓，碰焊时应安装相应的陶瓷成型环；正式碰焊前的碰焊试验包括做拉力试验及弯曲试验。 3 3 绝热板块上树脂的敷设 M A R Kg I 绝热主要由各种预制绝热板块构成，预制绝热板块通过树脂条( 块) 支撑在船体内壳上。 树脂条( 块) 有2 个关键功能：1 ) 围护系统中的结构功能：在树脂固化后把绝热板块固定在船体内壳 上；2 ) 平顺功能：树脂固化前的弹塑性可以补偿修正船体内壳的局部变形。 3 4 三面体安装 该模拟舱共有两个三面体绝热板块，它们是3 个相邻平面间的连接件，是需要首先安装的，因此在启 动实际安装即敷设树脂块前，有必要采用样板或三面体实物在木垫片上进行试装( 见图3 ) 。试装时木垫片 可进行再调整。 船舶与海洋工程2 0 1 5 年第2 期 3 59 0 0 、1 3 5 0 两面体安装 一般情况，9 0 。两面体安装前，应检查前面安装的三面体或9 0 。两面体与垫片间有没有间隙，如果间隙 过大，垫片上应粘贴薄片来调整。9 0 0 两面体安装紧固到位后，用模板检查对正。木垫片可局部再调整以 确保9 0 0 两面体处于最好的状态。根据9 0 0 两面体的几何形状，设置必要的支撑。 图3 三面体安装 1 3 5 。两面体安装执行与9 0 0 两面体相同的控制措施；沿着纵向1 3 5 0 ，船体内壳可能有较大变形，应检 查确认有无变形或修改树脂条尺寸；按要求敷设树脂条，1 3 5 。两面体通过木垫片调整控制，边缘与船体内 壳上的参照线对齐；1 3 5 0 两面体紧固与9 0 0 两面体相同( 见图4 、5 ) 。 图49 0 。两面体安装图51 3 5 。两面体安装 3 6 两面体与三面体间接头安装 两面体与三面体间玻璃纤维泡沫接头应根据实测尺寸预先切除余量，采用模板定位使得接头与相邻两 面体、三面体平齐，如果有必要，底部可以使用柔性垫片便于操作。两接头斜面间间隙可用玻璃棉填充。 两面体、三面体间接头用与三面体底部相同厚度的树脂固定在船体内壳上( 见图6 ) 。 图6 两面体与三面体间接头 谷运飞，等：薄膜型L N G 货物围护系统模拟舱的建造关键技术 6 5 3 7 两面体与止动扁钢间胶合板条、树脂填充 两面体下树脂凝固后，安装止动扁钢与两面体间填充物( 胶合板+ 树脂) ( 见图7 、8 ) 。对于9 0 。两面体， 先安装与两面体等长的胶合板条；这些胶合板条用树脂或胶水粘在两面体侧面，树脂或胶水凝固期间用木 楔子固定；凝固后去除木楔子或沿止动扁钢削平。 图7 两面体与止动扁钢间胶合板条安装 图8 树脂填充 3 8 预制绝热平面板块安装 不锈钢波纹板安装顺序为从顶到底，为避免焊接尘渣，建议绝热板块也按从项到底的顺序安装。采用 绝热板块安装吊耳进行安装；安装前按要求敷设树脂条。绝热平面板块必须完美支承在木垫片上，树脂须 按预定要求压平( 见图9 ) 。相邻绝热平面板块已经存在时，绝热平面板块安装在布置好的木垫板上，最后 的定位通过模板或直尺检查调整，边缘与船体内壳上的参照线对齐。 3 9 圆柱形泡沫塞安装 绝热平面板块定位检查和螺母拧紧检查完成后，安装圆柱形泡沫塞。圆柱形泡沫塞应校核是否有足够 的直径和高度来填充绝热平面板块上的螺栓孔。圆柱形泡沫塞在塞进绝热平面板块螺栓孔前，圆柱形泡沫 塞底部小圆孔应填充一小块环氧树脂胶用来锁定碰焊螺栓螺母( 见图1 0 ) 。 图9 绝热板块安装 小块环氧树脂胶用来锁定螺母一一 I _ 舀 图1 0 圆柱形泡沫塞 3 1 0 绝热平面板块与两面体间长条形玻璃纤维泡沫及玻璃棉安装 绝热平面板块与两面体间安装长条形玻璃纤维泡沫。长条形玻璃纤维泡沫用树脂胶水粘在两面体侧 面，固定直到胶水凝固后，再塞入两面贴有P V C 膜的玻璃棉( 见图1 1 、1 2 ) 。 3 1 1 柔性次屏壁与刚性次屏壁的胶合粘贴 次屏壁粘贴清洁要求：整个施工过程中，操作绝热板块的工人应穿戴合格的干净手套及干净鞋套以防 止需粘贴的绝热板块表面受到任何污染。应避免刚性次屏壁及柔性次屏壁粘贴基面的不必要接触。实船建 造时还应配备空调机，确保空气温度和湿度。 次屏壁主要由刚性次屏壁( R S B ) 构成。柔性次屏壁即次屏壁密封带( F S B ) 粘贴在刚性次屏壁( R S B ) 上，用来确保绝热层完工后次屏壁的连续性。粘贴前刚性次屏壁表面擦拭干净( 见图1 3 ) 。 3 1 2 不锈钢角硬木组合体粘贴 不锈钢角硬木组合体为预制构件，它们胶合粘贴在相邻两面体或两面体与三面体之间的次屏壁上，完 船舶与海洋工程2 0 1 5 年第2 期 成每个面的角域主屏壁，最后通过搭接焊固定主屏壁薄膜( 见图1 4 ) 。 图11 长条形玻璃纤维泡沫粘贴图1 2 玻璃纤维泡沫接头固定 图1 3 次屏壁密封胶带分布 图1 4 不锈钢角硬木组合体 3 1 3 上桥板粘贴 上桥板也是预制构件，它们胶合粘贴在绝热平面板块之间或绝热平面板块与两面体之间的次屏壁上， 形成完整的主屏壁绝热层平面以供主屏壁波纹板安装。平板区上桥板长宽尺寸是精确固定的( 见图1 5 ) 。 图1 5 上桥板粘贴固定 谷运飞，等：薄膜型L N G 货物围护系统模拟舱的建造关键技术 6 7 3 1 4 波纹板装焊 3 1 4 1 波纹板 M a r kI I I 围护系统薄膜由A I S I3 0 4 L 奥氏体不锈钢制造，有相互交叉、两种大小的波纹皱折，大小正交 的波纹约按3 4 0 m m 间距排列着。为了在运输途中、液货舱安装和正交波纹冲压时保护钢板表面不受损伤， 一般要求生产商在钢板表面加上一层薄薄的聚氯乙烯胶带。正交波纹是用来补偿温度变形以及船体弯曲变 形的，它是冲压成型的，在冲压时其形状要靠弯曲变形来保证，并且变薄不能超标；否则其机械性能就得 不到保iiE t 川。 波纹板之间成型波纹及平面部位以搭接接缝焊接，因厚度较薄，因此要单面焊接这种隔板是有难度的， 要求有特殊高超技能的合格焊工焊接。斜板上波纹板的波纹里面有加强，对斜板上波纹板的装配焊接施工 有利( 见图1 6 ) 。 3 1 4 2 焊前准备 波纹板装焊前应仔细检查绝热板块、上桥板及不锈钢角之间平面度。波纹板试着在在绝热板上定位， 在角绝热板块上划出波纹板限制线。所使用焊接装置的性能，无疑决定着波纹板焊接的效果，但安装、表 面配合、定位焊等这些焊前加工工序的质量也很重要。特别是搭接接缝处的间隙，在保证焊接部位的质量 这一点上尤为重要。所以必须设法执行准确的表面配合，尽量使间隙减少。必要时可用木槌或塑料槌确保 波纹板搭接接头完好吻合【6 1 。 3 1 4 - 3 波纹板焊接 大块的不锈钢薄膜波纹板焊接可分成两部分：1 ) 边缘波纹板与两面体不锈钢角的焊接；2 ) 波纹板与 波纹板的搭接。 边缘1 2 m m 波纹板与两面体8 m m 不锈钢角的焊接：手工焊或自动焊，焊前刷除焊接区域的氧化物； 1 2 m m 波纹板间的搭接：手工焊或自动焊，焊前刷除焊接区域的氧化物；手工焊需先进行紧密点焊再进行 连续焊；焊接顺序( 见图1 7 ) 。波纹角板及其他密封搭接片装焊：不锈钢薄膜波纹板安装主要原则是考虑 各平面间波纹槽的连续性；大部分波纹角板和其他密封搭接片都是固定尺寸，正常状态下不需任何调整就 能安装。 图1 6 波纹板安装夹具 3 1 5 完工检验 焊接区域以外不锈钢薄膜波纹板也应进行检查， 锈钢波纹板( 见图1 8 ) 。 4 结语 图1 7 焊接顺序 特别是在底板及斜底板处材料或工具坠落可能破坏不 薄膜型L N G 围护系统汇集了当代造船工业最前沿的技 术，这种围护系统建造难度远大于设计。含L N G 围护系统 的各种船舶开发如果采用以M a r kI I I ( F L E X ) 型围护系统为 基础，首要的第一步就是要通过模拟舱的制作，获得L N G 围护系统建造许可证，为今后建造L N G 储藏舱进行技术积 累，做好技术和商务上的储备。 图l8 模拟舱完工 ( 下转第7 3 页) 程庆和，等：基于全三维数字样船的船舶产品信息集成应用研究 7 3 的数据重用性技术、造船精度补偿值的设定技术、船舶产品制造信息集成应用基础技术等六项关键技术， 取得了造船三维设计、产品数据管理、生产管理、虚拟仿真和精度控制等六方面共七项具有自主知识产权 的软件系统，形成了一批标准规范。 同时，结合沪东中华造船( 集团) 有限公司1 7 2 万r n 3L N G 船进行各项研制成果的相关应用，基本实 现了全三维数字样船定义与特征表述：在设计中，采用船舶三维设计系统S P D 实现了船体和舾装的全三维 数字化设计，并进行三维标注和工艺信息建库；通过船舶产品数据管理系统S P D M 实现设计数据的有效管 理和并行协同设计管理，并通过与S P D 以及后续的E R P 及生产制造等系统的有效集成，初步实现设计B O M 与制造B O M 的有效转换以及P O R ( P u r c h a s eO r d e r R e q u ir e m e n t s ) 采购需求有效管理；通过三维模型有效 复用技术，进行三维设计仿真评估、三维装配与建造主流程工艺仿真，实现虚拟建造；通过三维测量和造 船精度补偿技术，进行三维精度测量与模拟搭载，实现精益造船。 研究与应用结果表明，基于全三维数字样船的信息集成总体方案切实可行。通过研究，使我国造船企 业及新造船基地高技术船舶设计与建造水平跃上一个新的台阶，提升我国船舶行业高技术船舶设计与建造 在国际市场上的竞争力，形成船舶行业先进的设计模式、建造模式和管理模式，缩短与国际先进造船国家 的差距。通过对船舶产品全三维数字化系统和集成系统的自主研发，形成一批具有自主的知识产权软件系 统，打破国外软件长期对国内船舶企业的垄断，引领船舶行业数字化技术的发展；同时锻炼和培养技术队 伍，促进我国数字化造船可持续的全面自主开发和应