MARKIII FLEX 與NO96圍護(hù)系統(tǒng)比較及建造工藝研究

嚴(yán) 磊，祝圻封，翟曉美

（滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司，上海 200129）

0 引 言

滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司從承接第一艘LNG船至今，貨艙圍護(hù)系統(tǒng)一直采用GTT NO96薄膜型的設(shè)計(jì)。隨著LNG船舶的持續(xù)建造和發(fā)展，薄膜型LNG船日益受到船東的青睞。據(jù)GTT官方數(shù)據(jù)顯示[1]，截止2013年2月，全球正在運(yùn)營的LNG船有70%采用薄膜型圍護(hù)系統(tǒng)，薄膜型LNG船手持訂單達(dá)到94%，其中1/4的LNG船舶訂單的采用MARK III FLEX型圍護(hù)系統(tǒng)，該類型圍護(hù)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：1) 液貨艙日蒸發(fā)率≈0.1(%·d-1)；2) 由于采用聚氨酯泡沫絕緣材料，隔熱性能優(yōu)于珍珠巖絕緣材料；3) 相同絕緣厚度的情況下，貨艙蒸發(fā)率較小；相同蒸發(fā)率的情況下，絕緣厚度減少，貨艙容積相對增加；4) 主層的薄膜為預(yù)成型褶皺狀不銹鋼薄板，抗晃蕩性能相對較好。

為適應(yīng)市場趨勢和船東需求，我公司采用法國 GTT公司最新專利技術(shù)建造了 6.5m×3.2m×5.2m的MARKIII FLEX型圍護(hù)系統(tǒng)模擬艙[2]。該類型模擬艙主要特點(diǎn)為：1）用聚氨酯泡沫板取代NO96的絕緣箱作為主要的保溫材料；2）用304L不銹鋼拱形板及三層復(fù)合材料（RSB & FSB）取代NO96的殷瓦鋼作為主次屏壁。由于次屏壁選用了非金屬的三層復(fù)合材料，因此取消了類似于NO96次層殷瓦的裝焊工作，引入了薄膜粘連技術(shù)。

MARK III FLEX型圍護(hù)系統(tǒng)相比于NO96型設(shè)計(jì)更為簡潔、緊湊，同時增加了一些新的元素，如不銹鋼波紋板、三層復(fù)合材料、聚氨酯泡沫、膠水等。

1 兩種圍護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及材料對比

MARKIII FLEX型和NO96 型均為法國GTT 公司設(shè)計(jì)的薄膜型整體式貨艙。除了主屏壁外，還設(shè)置了完整的次屏壁。NO96 型主屏壁和次屏壁都采用了0.7mm 厚的殷瓦鋼，主屏壁與次屏壁之間以及次屏壁與船體結(jié)構(gòu)之間都安裝了用膠合板制造的絕緣箱，而絕緣箱的內(nèi)部都填充了膨脹珍珠巖作為絕緣材料。而MARK III FLEX型圍護(hù)系統(tǒng)是一種高集成度的絕緣系統(tǒng)[1]，主要包含（見圖1、2）：1）低應(yīng)力主層金屬拱形屏壁，厚度為1.2mm；2）復(fù)合材料次屏壁，厚度為0.6mm；3）兩層聚氨酯泡沫絕熱層，次層厚度為300mm，主層厚度為100mm。

圖1 MARKIII FLEX型圍護(hù)系統(tǒng)典型剖面

圖2 MARK III FLEX型圍護(hù)系統(tǒng)典型剖面

1.1 主屏壁

NO96的主屏壁為平直的殷瓦鋼，利用金屬材料的低溫特性解決應(yīng)力變化問題。而MARK III FLEX型圍護(hù)系統(tǒng)主屏壁為1.2mm的不銹鋼預(yù)制件（見圖3），利用縱向和橫向的褶皺拱形，吸收和釋放由于貨艙溫度變化引起的應(yīng)力變化。

MARK III FLEX型圍護(hù)系統(tǒng)不銹鋼主屏壁預(yù)制件大致可分為兩類：

1）平面薄膜預(yù)制件（1020mm×3060mm×1.2mm）（見圖4）。

圖3 MARK III FLEX型典型主屏壁

2) 角區(qū)薄膜預(yù)制件（見圖5）。

圖4 平面薄膜預(yù)制件

圖5 角區(qū)薄膜預(yù)制件

1.2 次屏壁

NO96型圍護(hù)系統(tǒng)的次屏壁與主屏壁完全相同，而MARK III FLEX型圍護(hù)系統(tǒng)次屏壁為三層的復(fù)合材料，其結(jié)構(gòu)為三明治結(jié)構(gòu)，即玻璃纖維-鋁箔-玻璃纖維，厚度為0.6mm。

MARK III FLEX次屏壁具體可分為兩類：1）剛性次屏壁（RSB），直接預(yù)制在絕緣泡沫表面；2）柔性次屏壁（FSB），通過膠水粘連連接預(yù)制好的RSB，將次層空間封閉。

1.3 主次層絕緣模塊

NO96型圍護(hù)系統(tǒng)的主次層絕緣箱為獨(dú)立分開的，標(biāo)準(zhǔn)絕緣箱的尺寸均為1200mm×1000mm，主層絕緣箱厚度為230mm，次層絕緣箱厚度為300mm；而MARK III FLEX型圍護(hù)系統(tǒng)的絕緣模塊是由次層絕緣、部分主層絕緣及部分次屏壁（RSB）預(yù)制而成的，其標(biāo)準(zhǔn)模塊的外形尺寸比NO96標(biāo)準(zhǔn)箱體大了近2倍，預(yù)制件集成度很高。

MARK III FLEX型典型的平面絕緣模塊的尺寸為（3060mm×1020mm×400mm），由上下兩層膠合板、兩層聚氨酯泡沫、一層剛性絕緣屏壁以及不銹鋼錨固板條構(gòu)成。絕緣模塊通過樹脂與船體內(nèi)底板直接相連。樹脂的作用除了為絕緣模塊提供一個較為平坦的安裝平面，承載絕緣模塊的壓力以外，還有將絕緣模塊與船體板緊密粘連的作用。

1.4 膠水

MARK III FLEX型圍護(hù)系統(tǒng)一個重要特點(diǎn)是引入膠水的大量使用，而NO96型圍護(hù)系統(tǒng)僅在絕緣箱體預(yù)制及絕緣箱體修補(bǔ)過程中使用膠水，膠水使用的數(shù)量及種類均不及前者。尤其在貨艙圍護(hù)系統(tǒng)建造階段，無論是柔性次屏壁（FSB）的粘連，還是主層連接絕緣模塊（TBP）的填充均需要大量使用膠水。

1.5 緊固件

MARK III FLEX型圍護(hù)系統(tǒng)相比于NO96緊固件的數(shù)量和種類大大減少，NO96的緊固件共有14個零件構(gòu)成一套，而MARK III FLEX型圍護(hù)系統(tǒng)僅有一種緊固件——M10的小螺柱，作用是固定及定位絕緣模塊。

1.6 兩種圍護(hù)系統(tǒng)的主要材料對比

NO96型和 MARK III FLEX型圍護(hù)系統(tǒng)主要材料對比見表1。

表1 GTT NO96型和GTT MARK III FLEX型圍護(hù)系統(tǒng)的材料對比

2 MARK III FLEX圍護(hù)系統(tǒng)建造順序及工藝比較

2.1 圍護(hù)系統(tǒng)安裝平臺的搭設(shè)

與NO96 圍護(hù)系統(tǒng)相比，MARK Ⅲ FLEX圍護(hù)系統(tǒng)安裝平臺搭設(shè)節(jié)點(diǎn)和安裝工藝基本相同。MARK III FLEX圍護(hù)系統(tǒng)構(gòu)架相對比較稀疏[3]，設(shè)計(jì)安裝平臺，強(qiáng)度、安全性能和圍護(hù)系統(tǒng)受力均需滿足GTT規(guī)范要求。MARK III FLEX圍護(hù)系統(tǒng)安裝平臺示意圖見圖6。

2.2 貨艙平整度及環(huán)境要求

與NO96圍護(hù)系統(tǒng)相比，MARK III FLEX圍護(hù)系統(tǒng)對貨艙平整度的要求基本相同，但對于貨艙面的油漆和貨艙環(huán)境提出了更嚴(yán)格的要求。

與NO96不同的是，MARK III FLEX圍護(hù)系統(tǒng)的絕緣模塊需要通過樹脂固定在貨艙內(nèi)壁上，對貨艙壁的油漆和清潔度要求很高。在正式安裝絕緣模塊前，首先需要對貨艙壁進(jìn)行徹底的清潔，再對貨艙各個面的底漆和面漆進(jìn)行樹脂拉伸試驗(yàn)，垂直面及頂面每200m2做一次試驗(yàn)，下斜面及底面每200m2做5次試驗(yàn)[3]。

樹脂拉伸儀示意圖見圖7。

圖6 MARK III FLEX型圍護(hù)系統(tǒng)安裝平臺示意

圖7 樹脂拉伸儀示意

貨艙的清潔是MARK III FLEX圍護(hù)系統(tǒng)一個非常關(guān)鍵的工作，因此從圍護(hù)系統(tǒng)開工前到貨艙平整度階段，要對貨艙清潔提出最嚴(yán)格的要求，貨艙中包括安裝平臺在內(nèi)的所有區(qū)域必須清潔到位。貨艙內(nèi)沒有過多的灰塵累積、沒有油污、沒有鐵銹，這些都是建造MARK III FLEX液貨艙的基本要求。

2.3 劃線及螺柱定位

MARK III FLEX圍護(hù)系統(tǒng)液貨艙劃線與NO96圍護(hù)系統(tǒng)有很多不同之處，NO96圍護(hù)系統(tǒng)劃線每個艙面是獨(dú)立的系統(tǒng)，互相不受影響，而MARK III FLEX液貨艙劃線，要考慮主層波紋板在各面交界處拱形的連續(xù)性。因此，貨艙劃線使用高精度激光劃線儀，同時對各個面進(jìn)行測量工作，計(jì)算出各個面中心線的偏差值。通過使用GTT專業(yè)軟件，擬合出最佳的基準(zhǔn)環(huán)線，為將來的主屏壁順利安裝打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

螺柱定位和NO96的基座位置定位相類似，基座位置為各個面網(wǎng)格線的交叉點(diǎn)，而螺柱的位置需要在網(wǎng)格線的基礎(chǔ)上再進(jìn)行劃線定位，增加了一些劃線定位工作。MARK III FLEX圍護(hù)系統(tǒng)取消了NO96橫向環(huán)錨固扁鋼的設(shè)計(jì)，增加了角區(qū)的保距鋼條的設(shè)計(jì)，保距鋼條為普通碳鋼可在分段時期進(jìn)行預(yù)制。

2.4 基準(zhǔn)平面的確定及楔塊安裝

MARK III FLEX圍護(hù)系統(tǒng)的基準(zhǔn)平面確定及楔塊的安裝與NO96型原理相同，但是在檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的工具工裝方面有較大的變化。

2.5 樹脂涂布及絕緣模塊的安裝

MARK III FLEX圍護(hù)系統(tǒng)樹脂涂布需根據(jù)船廠設(shè)備及技術(shù)能力設(shè)計(jì)樹脂涂布的施工原則和圖紙，提交GTT公司認(rèn)可后方可實(shí)施。NO96型的樹脂間隙一般為160～170mm，而MARK III FLEX的樹脂間隙一般為90～140mm，因此樹脂使用量增加了20%～30%左右；樹脂機(jī)設(shè)備使用周期也要相應(yīng)延長。由于MARK III FLEX的絕緣模塊較大，需要對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造或添置新的樹脂涂布設(shè)備。

對于MARK III FLEX圍護(hù)系統(tǒng)而言，無論是平面絕緣模塊還是角區(qū)絕緣模塊，模塊重量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過NO96的箱體質(zhì)量。例如：一個典型平面絕緣模塊（FP1-82）質(zhì)量達(dá)169kg，一個角區(qū)絕緣模塊（CP1-81）質(zhì)量達(dá)338kg。因此，在安裝絕緣模塊階段，需選擇合適的吊裝設(shè)備及安裝工裝，可大幅提高安裝效率。同時，需要特別提醒的是：絕緣模塊預(yù)制了部分次屏壁（RSB），安裝絕緣模塊過程中一定要注意保護(hù)RSB的表面，如果不加控制，那么將對后續(xù)的粘連工作產(chǎn)生巨大的影響。

2.6 次屏壁安裝

MARK III FLEX圍護(hù)系統(tǒng)的次屏壁是由兩層玻璃布與一層金屬鋁箔組合而成的復(fù)合材料，其中金屬鋁箔在中間，上下各覆蓋一層玻璃布。與NO96的金屬次屏壁焊接工藝相比，MARK III FLEX的次屏壁完全需要通過膠水粘連完成次層空間的閉合工作。粘連工作對貨艙的環(huán)境要求極為苛刻，溫度需控制在 20～30℃，濕度需控制在 70%以內(nèi)，貨艙內(nèi)需處于正壓并且保持無塵狀態(tài)。粘連操作人員需要持證上崗，并使用專業(yè)粘連設(shè)備、工具工裝進(jìn)行輔助作業(yè)。最后，與 NO96的焊接工作類似，在實(shí)船粘連工作前，操作人員需要進(jìn)行粘連試驗(yàn)工作，待試驗(yàn)結(jié)果滿足GTT要求后，方可進(jìn)行實(shí)船作業(yè)。次屏壁的安裝見圖8。

圖8 MARK III FLEX型次屏壁安裝

與NO96型圍護(hù)系統(tǒng)不同的是，在MARK III FLEX圍護(hù)系統(tǒng)粘連工作開始之前，所需的塑料薄膜、膠帶、棍子、刮刀等各種輔助工具均需船廠進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，粘連試樣需按照GTT文件要求進(jìn)行測試，所有試驗(yàn)及測試結(jié)果均需通過GTT認(rèn)可。粘連區(qū)域的清潔是整個工作的關(guān)鍵之處。根據(jù)GTT資料顯示[4]，粘連區(qū)域任何形式的污染都是不能被接受的。因此，必須建立一整套合理的控制程序，并嚴(yán)格按程序進(jìn)行實(shí)船生產(chǎn)。

通過研讀GTTMARK III FLEX圍護(hù)系統(tǒng)建造手冊，并與GTT現(xiàn)場代表溝通，次屏壁的粘連工作必須采用自動粘連設(shè)備。由于自動粘連設(shè)備粘連質(zhì)量穩(wěn)定，提高了次屏壁粘連工作的可靠性，該工藝贏得船東方的認(rèn)可和信任。

2.7 次層密性試驗(yàn)

由于次屏壁材料及安裝工藝完全不同，MARK III FLEX圍護(hù)系統(tǒng)次層密性試驗(yàn)完全不同于 NO96。NO96次層密性試驗(yàn)通過次層空間的壓力變化及填充氦氣，檢查及測試次屏壁的密封性和完整性。而MARK III FLEX圍護(hù)系統(tǒng)次屏壁預(yù)制程度高，需要檢測的位置相對較少，密性試驗(yàn)主要由以下3部分組成：

1) 真空箱試驗(yàn)：真空箱試驗(yàn)即檢驗(yàn)方對某條次層薄膜粘連質(zhì)量提出質(zhì)疑，可通過真空箱試驗(yàn)來測試粘連的密封效果；

2) 聲音試驗(yàn)：在安靜的環(huán)境下（最好在深夜），將次層空間抽到≈-0.05MPa，通過巡檢的方式檢查貨艙是否有泄露點(diǎn)；

3) 次層密性試驗(yàn)：將次層空間抽到≈-0.053MPa，記錄次層空間的壓力和時間的參數(shù)。

2.8 主層絕緣完整性

與NO96主層絕緣箱螺柱固定原理不同，MARK III FLEX圍護(hù)系統(tǒng)的主層絕緣是通過粘連完成的，粘連的參數(shù)、環(huán)境、工具工裝等均需得到GTT的認(rèn)可。完整性原理與NO96基本相同，最終貨艙形成一個完整的絕緣層平面。由于主層絕緣模塊相對較輕，在熟練掌握粘連工藝后，安裝效率可大大提高，建造周期相應(yīng)減少。

2.9 主層不銹鋼波紋板的裝焊工作

與NO96圍護(hù)系統(tǒng)主膜裝焊工作不同的是，MARK III FLEX型圍護(hù)系統(tǒng)在正式安裝薄膜前，需對不銹鋼薄膜進(jìn)行劃線工作，其目的在于確認(rèn)每個面薄膜的波紋最終可以一一對應(yīng)起來，因此對劃線的偏差提出了很高的要求：二面角劃線時，軸線錯位的誤差<±2mm；在平面區(qū)域劃線時，軸線中心偏差需<1mm/m。

對于某個面的不銹鋼薄膜裝焊工作來說，在設(shè)計(jì)階段就需確定安裝工序，根據(jù)確定的安裝工序生產(chǎn)薄膜預(yù)制件。這是由于每一塊的薄膜搭接部分需要預(yù)先進(jìn)行壓肩處理，這道工序必須在預(yù)制件車間加工。因此，對于現(xiàn)場作業(yè)部門來說，薄膜的安裝一定要嚴(yán)格按照圖紙的安裝順序進(jìn)行，否則將帶來很多不必要的麻煩及問題。

安裝中必須嚴(yán)格控制精度，以保證不銹鋼波紋褶皺一一對應(yīng)。不銹鋼薄膜在安裝和焊接過程中，容易產(chǎn)生變形，需要控制焊接變形；必須引進(jìn)等離子自動焊設(shè)備，提高焊接精度和效率，大大縮短不銹鋼薄膜的裝焊周期。所有焊縫焊接結(jié)束前均需拋光處理，將焊接后產(chǎn)生的有害殘留物去除，打磨用的工具工裝需得到GTT的認(rèn)可。

2.10 主層密性試驗(yàn)

兩種圍護(hù)系統(tǒng)主層密性試驗(yàn)有些相似，MARK III FLEX圍護(hù)系統(tǒng)主要包括兩部分：

1）氨氣試驗(yàn)：將氨氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w注入主層空間，將顯像劑噴涂在焊縫上，如果有泄漏點(diǎn)，顯像劑會變色；

2）主層壓力試驗(yàn)：該試驗(yàn)與NO96相仿，將主次層空間抽到≈-0.08MPa測試24h內(nèi)壓力的變化。

2.11 收尾及特殊區(qū)域的工作

與NO96型圍護(hù)系統(tǒng)相似，即完成泵塔吊裝、腳手架拆除、液穹區(qū)域和舷側(cè)區(qū)域封閉工作。

2.12 兩種圍護(hù)系統(tǒng)建造周期對比研究

相比于NO96型圍護(hù)系統(tǒng)，低蒸發(fā)率、高集成性、建造周期短是MARK III FLEX型圍護(hù)系統(tǒng)優(yōu)勢，而后者的安裝平臺開發(fā)、預(yù)制件制造技術(shù)及薄膜粘連技術(shù)是建造中的難點(diǎn)，需要通過長期深入的研究和試驗(yàn)，方可實(shí)現(xiàn)該類型LNG船的建造工作。

GTT NO96型圍護(hù)系統(tǒng)和GTT MARK III FLEX型圍護(hù)系統(tǒng)的建造周期對比見表2。

表2 兩種圍護(hù)系統(tǒng)的建造周期對比

3 結(jié) 語

以MARK III FLEX型圍護(hù)系統(tǒng)模擬艙建造為背景，通過與 NO96型圍護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、材料及建造工藝進(jìn)行對比，認(rèn)識和了解了該類型圍護(hù)系統(tǒng)的主要材料及建造工藝。針對該類型圍護(hù)系統(tǒng)的特點(diǎn)，對建造中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究和探討，為后續(xù)的研究提供參考。

[1] Alexandre Mademba-Sy. MARK III BUILDING PRINCIPLE[R]. Shanghai Workshop, 2013.

[2] Alexandre Mademba-Sy. Mark III Mockup[R]. St Rémy lès Cheveuse, 2013.

[3] Alexandre Mademba-Sy. Mark III Containment System Erection Sequences[R]. St Rémy lès Cheveuse, 2013.

[4] Alexandre Mademba-Sy. SECONDARY BARRIER BONDING[R]. St Rémy lès Cheveuse, 2013.