大型LNG船主流货物维护系统比较

大型LNG船主流货物维护系统比较2015-02-09船海人一、LNG船货物维护系统类型比较1.挪威Moss球罐型液货舱2.日本IHI的SPB菱形液货舱3.法国GTT的薄膜型（Membrane）；薄膜型的货物维护系统包括GTNo.96（Gaztranport）和TGZMarkIII（Technigaz）两种。薄膜型LNG船的开发者GazTransport和Technigaz已合并为一家法国GTT公司，故对该型船称为GTT型。针对3种液货舱系统在设计、建造和营运等过程中的难易程度进行对比如表1。从上表中可以看出，SPB型液货舱系统较MOSS型和GTT型，操作简单，维护减少，消除了不同的压力控制，不再需要加热管线，内壳与液舱的间距容易处理。二、LNG船的货物维护系统目前建造的大型LNG船主要采用的液货舱系统类型如表2。在表中18家船厂中可以看出有14家船厂采用GTT型液货舱，5家船厂采用MOSS型液货舱，2家船厂采用SPB型液货舱。由日本石川岛播磨重工公司（IHI）研发的棱形SPB仍在等待行业内的普遍认同，因其具有很好的晃动特性，所以更适用于海洋工程中，虽燃该系统吸引了不少人的关注，但其造价昂贵，因此采用此系统的船厂较少。三、货物维护系统建造材料及方法在运输LNG时，LNG始终处在常压和-163℃左右的低温条件下，因此，液货舱内会产生一定的蒸发，为避免蒸发的天然气在LNG液面上产生压力，液货舱的材料以及绝缘性对于LNG船来说是至关重要的。同时，在LNG船的建造过程中，液货舱的焊接也有严格的要求，下面对不同类型液货舱的建造材料、建造方法等进行介绍。1.IHISPB液货舱系统（IHI研发）①建造材料SPB型液货舱，就是Self-supportingPrismaticIMOTypeB的缩写，顾名思义就是IMO独立B型液货舱，采用“铝-4.5%镁”的合金5083，是利用其较好的强度和可焊性，采用棱形结构是为适合安装于船壳内，同时使甲板保持传统的平坦形式，建造者认为该结构具有稳定性好和容易维护等优点。②建造方法焊接前，必须将焊接处擦拭干净，这是因为铝容易被氧化，如果氧化物进入到焊接的金属中就会增加“未熔合”点，形成多孔结构。焊接中，必须十分小心，时刻保持材料的清洁。理论上讲可以使用机械焊接，但通常均采用手工MIG焊接。石川岛播磨重工设计的该液货舱最大的优点，就是减少了液货舱内液面“晃荡”对罐内结构的损坏。一般，最坏的情况是罐内液体只占到液货舱的10%或80%时，液体将对罐壁产生剧烈的挤压。IHI通过在罐内壁增加了一个隔壁，很好地缓解这一作用力。2.Moss球形液货舱①建造材料Moss球形液货舱最初采用9%的镍钢作为液货舱材料，直到上世纪九十年代，铝5083才成为首选材料。最初采用的镍钢是经过特殊设计的，在较低的温度下具有较强的强度和韧性，通作陆上LNG液货舱的材料。②建造方法虽然镍钢易于焊接，但使用9%镍钢的主要困难在于成份相似的焊接材料不能够焊接到底座上。在金属板建造过程中，需要进行特殊的热处理，或进行淬火和回火，或进行两次淬火。由于铸造焊接金属不能再生，因此通常用镍合金代替，镍合金具有较强的硬度和强度，但与底座材料不匹配。为此，TWI对不相似连接的硬度与性能问题进行了大量的研究工作，并取得了一些成果。3.薄膜形液货舱GazTransport和Technigaz（后来被合并起来称为GTT）设计了两种薄壁液货舱系统，该系统液货舱依靠船体本身结构来提供刚性和稳性。目前，该设计又得到了进一步的发展，一种新的融合两种设计优点于一身的CS-1系统被开发应用。这些系统的一个共同点就是应用薄金属（厚度在0.7~1.5毫米）材料作为液货舱主屏壁、配有绝缘板和次屏壁，且各层之间互相固定后，与船壳紧密相连。但三种系统的建造材料、建造方法以及连接方法却有很大的不同。GazTransportNo.96①建造材料该系统的两层屏壁均为殷瓦钢，殷瓦钢是一种铁与36%镍的合金，该合金具有较低的热膨胀率。在工作温度下，该材料产生很少的收缩，因此，因收缩而产生的压力可以忽略不计。该材料非常昂贵，但其重量上的优势却足可以弥补这一不足，相同容积的液货舱，薄膜形重400吨而Moss球形则重达4000吨。相对而言，绝缘材料就比较充足而且便宜。绝缘盒（200×1000×1200毫米）由填充了膨胀的珍珠岩的胶合板建造而成。外部绝缘层与船壳内壁通过具有粘性的树脂绳粘合在一起，该操作对于整体结构来说是非常关键的，因为荷载可以通过两者之间的连接进行传递。由于船壳本身是不平坦的，而液货舱与船体只有完整地粘合在一起才能够达到最佳状态，因此，需要采用不同厚度的树脂绳进行粘结。②建造方法殷瓦钢覆盖在绝缘材料的表面上。这些殷瓦钢本来是被卷成0.7毫米厚、500毫米宽的线圈，覆盖时，将其铺在连续的箍条上。箍条的两端被弯起伸向罐内，这些弯起的箍条先被点焊在一起，然后通过机械缝焊机完全的焊接起来，使整个液货舱非常密封。液货舱的角落处，覆盖殷瓦钢的绝缘盒变成了“绝缘管”，被焊接在那里，与两侧的罐壁形成一体共同承受载荷。在次屏壁上，将进一步覆盖一层填充了珍珠岩的胶合板绝缘层。为更好地固定绝缘层，一些螺钉被焊接到殷钢中。这样液货舱内层的殷钢隔膜就完成了（见图1）。图1GTTNO.96的示意图原则上讲，按照这种方法建造的液货舱容积比较大，但也存在一些局限，主要是因为这种结构的液货舱内液面的晃荡将非常明显，使得液舱壁结构承受过度的载荷，从而容易引起液货舱的疲劳。GTT设计的该型液货舱已用于容积为147000立方米的LNG船上。目前该型LNG船容积已达到263000立方米。TechnigazMarkIII①建造材料上世纪七十年代初，Technigaz公司率先应用价格便宜而且容易获得的304L不锈钢作为LNG船液货舱屏壁。由于不锈钢具有较高的热膨胀率，因此当液货舱温度降到-163℃时，将产生明显的收缩现象。为适应这一变化，不锈钢材料被作成带褶皱的薄片形状，这样就可以很好地处理有关收缩的问题。该设计的次屏壁是一种被称作“Triplex”的复合材料，由夹在玻璃纤维和树脂之间的铝箔组成，定位在预制的两个绝缘箱之间。该设计的两层绝缘层，如GT设计一样，一层位于船壳与外层隔膜之间，另一层位于两层隔膜之间。目前该系统中，绝缘层为由胶合板贴边的增强的聚氨酯泡沫板。绝缘箱通过树脂绳固定在船体内壳上，树脂绳有连个作用：锚固绝缘箱和分布载荷，如图2所示。图2MARKIII示意图②建造方法不锈钢薄片规格为1.2×3000×1000毫米，薄片之间通过自动TIG焊接在一起。最初，复杂的连接处采用人工焊接，但随着能够完成特殊任务的机械化机器的发展，尤其是在日本，焊接几乎完全采用机械化。建造时，首先将螺钉焊接在船壳上以固定300×3000×1000毫米的聚氨酯泡沫板。其后将聚氨酯泡沫板上涂上具有粘性的树脂绳，然后将板压在船壳上，以保证两者之间紧密地粘贴在一起。板上的螺栓孔用聚氨酯塞满，板与板之间的空隙用纤维绝缘材料填满，这样就可以保证铺设Triplex隔膜之前绝缘体表面是平整的，有利于隔膜的密封性。Triplex与胶合板的胶接，需要采用不同的技术，同时由于这些胶接大多是人工操作，所以需要对工人进行专门的培训。目前，TWI公司在这方面已积累了大量的经验。Triplex屏壁层上将再粘结一层由胶合板贴边的聚氨酯泡沫板，然后将带皱褶的不锈钢薄片固定在聚氨酯泡沫板上，最后通过焊接形成一个密封的液货舱。目前已建成的安装Technigaz液货舱的LNG船的容积与GT设计的LNG船相似，为147000立方米，正在建造中的该型船容积最大达到了270000立方米。CS-1①建造材料CS-1系统液货舱的主屏壁为殷瓦钢。绝缘层和次屏壁与MARKIII相似。如图3所示。图3改进型CS-1示意图②建造方法绝缘层和二次隔膜则采用TZ系统的聚氨酯泡沫板和Triplex。采用该系统的船舶在法国的船厂建造过。四、LNG船液货舱系统的修理随着LNG需求的不断增长，世界范围内投入使用的LNG船的数量正逐年增加，这为LNG船修理业带来了机遇和丰厚的收益，但同时，随着新一代LNG船的出现，LNG船修理业又面临着前所未有的挑战。新一代LNG船采用更加先进的技术、体积更大、数量也更多，为适应这些变化，LNG船修理业需要不断地更新设施和对技术人员进行培训。目前，新加坡和巴哈马的一些船厂已经开发了最新的设施，这些设施需要投入大量的基建资金并且需要对人员进行专门的培训。从事LNG船修理，首先需要建造一个设备齐全、配有空调装置的低温工作车间。其次，需要一支由项目工程师组成的高技能工作组。目前LNG船三大类型的液货舱系统，主要的修理厂有新加坡的三巴旺（Sembawang）和吉宝船厂（Kepple）、英国的Hamworthy和葡萄牙船厂Lisnave。而GTT公司为船厂进行LNG维修提供规范的服务协议，这就要求船厂能够为GTT的技术人员提供专业的支撑。一般情况下，船厂不能够对薄膜型液货舱系统进行维修，该系统的维修通常由生产厂家指派训练有素的焊接工来完成。通常，生产厂商都会密切关注其设备的检查和维修的整个过程，他们把这看作是其业务中的一个主要部分。其中，SPB液舱出现破裂和其他问题时能够进行内外检测。出现破裂或泄漏时，可以移开外部绝缘装置对液舱进行维修，无需进入干船坞维修，液舱内部装有支架和扶梯，较易进行内部检测。但是GTT的主，次屏壁和绝缘箱组成的货物维护系统，气密性只能通过大量测量点遥控监测，如果因为屏壁层本身的泄露，或者船体内壳泄露引起的相关问题会造成船厂和航运公司相当船损失，如MARKIII和CS-1系统的次屏壁泄漏事故等。总之，LNG船建造所需的材料和技术与其它船舶相比是完全不同的，而近半个世纪以来良好的航行记录证明了该船型在设计和建造方面都是可行的，但随着船型尺寸的不断增大、服役时间的不断增加以及用途的改变，仍需对其进行深入的研究和试验。未来，越来越多的船厂将研发出更加尖端的技术和建造专门的设施，以满足数量不断增加、船型越来越大的LNG船船队的需要。