MARK III型薄膜艙圍護系統專用設備分析

陳大為，姚道江

(揚州中遠海運重工有限公司，江蘇 揚州 225200)

0 引言

目前,常見的LNG船薄膜型圍護系統有MARK III和NO96兩種形式，其中：MARK III型薄膜艙由于其內部空間利用率高、隔熱效果好等優點，受到越來越多的船東青睞。國內MARK III型圍護系統建造尚處于起步階段，相關研究需從模擬艙建造開始，而實船建造中考慮到工作量及生產周期因素，很多模擬艙建造中的手動操作必須由自動設備替代，以提高建造質量和效率。這些設備價格高昂、運輸周期長、維護要求高，在實船建造前需對其進行充分的調研。由于國內MARK III型薄膜艙實船建造項目很少，目前國內相關文獻資料僅對NO96型薄膜艙的建造設備進行相關研究[1]。

本文首先以法國GTT公司的MARK III維護系統安裝手冊相關內容為基礎，將收集整理的各設備廠商資料及實地調研的相關信息加以補充；然后根據模擬艙的建造流程和實際需求，對主要專用設備進行研究，分析實船薄膜艙建造過程中各階段所需設備的類型、數量及其功能和操作要點。

1 MARK III型薄膜艙圍護系統建造步驟

薄膜艙結構油漆完工后開始建造MARK III型圍護系統，主要建造步驟為：腳手架搭設→貨艙平整度及油漆檢測→劃線和螺柱焊接→木墊片安裝→樹脂涂布→絕緣板安裝→間隙填充→FSB粘連→次層空間密性試驗→TBP EOB安裝→主屏壁劃線→不銹鋼波紋板裝焊→主層空間密性試驗。本文主要討論從平整度及油漆檢測到不銹鋼波紋板裝焊過程中使用的主要專用設備。

2 圍護系統建造主要專用設備概述

2.1 劃線及螺柱焊接主要專用設備

2.1.1 樹脂拉力試驗裝置

使用階段：鋼結構油漆完工，螺柱劃線前。

功能簡介：①底漆或涂層拉力試驗測試底漆或涂層與船體的粘合強度，垂直面和頂面每200 m2至少做1次試驗，下斜面和底部每200 m2至少做5次試驗；②樹脂拉力試驗測試涂層與船體及樹脂與涂層的粘合強度，試驗區域及次數根據廠家建議實施。

2.1.2 激光旋轉跟蹤儀

使用階段：艙壁平整度檢測及劃線。

功能簡介：激光旋轉儀是一種便攜式高精度三維坐標測量設備，其測量范圍可達55 m。該儀器使用2個旋轉編碼器和1個激光距離測量系統，以跟蹤和測量反射器目標的位置，可用于劃線作業；也可旋轉頭部產生一個理想的“激光平面”，通過電子圖像接收儀測量激光平面與內殼間的距離，從而測量艙壁平整度[2]。

2.1.3 螺柱焊接裝置

使用階段：螺柱焊接。

功能簡介：將小螺柱焊接在鋼板上，需打磨掉焊接區域底漆并使用模板焊接，焊接外觀要求焊接咬邊≤0.5 mm，并通過相應測試，不允許有缺陷。

2.1.4 螺柱拉力儀

使用階段：螺柱焊接測試。

功能簡介：①在螺柱焊接前對測試板上的螺柱進行拉力試驗，拉力載荷為8 kN；②螺柱焊接過程中隨機抽檢測試及更換缺陷螺柱后的額外測試，由液壓油泵和拉力頭組成裝置，配有壓力表，壓力表需要定期校驗，保證精度。

2.2 絕緣模塊安裝主要專用設備

2.2.1 樹脂涂布機

使用階段：絕緣板安裝。

功能簡介：樹脂機由三軸沉降臺和泵送裝置組成(2個泵送滾筒，1個混合加藥泵混合硬化劑和樹脂)，其作用是把樹脂劑和硬化劑按照一定的比例混合，形成混合樹脂，并根據設備的穩定性和操控性要求，準確、均勻、快速地完成絕緣模塊的樹脂涂布，以保證樹脂條的混合狀態、硬度指標、橫截面積及涂布位置。

2.2.2 專用安裝機械手

使用階段：絕緣板安裝。

功能簡介：機械手是用于模塊安裝的輔助機械設備。由于MARK Ⅲ的絕緣模塊體積和重量都較大，安裝時必須使用輔助設備以代替人力。使用配套的電動叉車，機械手可以方便地將絕緣模塊從樹脂涂膠機運輸到機械手上，并完成固定；機械手帶有多維度伸縮和調節功能，可以克服腳手和艙壁的不平整帶來的安裝問題，最大限度地保證安裝精度和效率，安全地將模塊放置安裝到位；機械手主要用于頂面和上斜面的安裝。

2.2.3 專用絞車

使用階段：絕緣板安裝。

功能簡介：絞車是模塊安裝的另一種輔助機械設備，用于設備所在位置下方模塊的安裝；主要用于垂直面艙壁、下斜面和底面；使用配套的電動叉車和吊裝工裝，可以方便地實現吊裝、安裝等功能。

2.2.4 切割設備

使用階段：絕緣板安裝。

功能簡介：切割設備包括切割、鋸、開槽等電動工具，用于絕緣板之間間隙填料的切割加工，確保間隙填充完整；絕緣板的長度方向和厚度方向都不能有間隙；絕緣板的高度方向與次屏蔽的安裝公差為0～5 mm。

2.3 粘連工作主要專用設備

2.3.1 手動供膠機

使用階段：FSB手動粘連。

功能簡介：可以按照要求配比樹脂和硬化劑并保證膠合質量，用于角區FSB粘連時的膠水手工涂布；另外，混合膠水暴露在空氣中會快速硬化，因此設備的密封性和穩定性要求極高。

2.3.2 自動粘連機

使用階段：FSB自動粘連。

功能簡介：①提供混合膠水的膠合單元；②提供粘連期間FSB的處理和輸送單元；③提供粘連接頭的加熱和加壓單元；④提供驅動機器的發動機單元；⑤控制所有參數的限制；⑥可用于絕緣板間的FSB自動粘連，一次性完成膠水混合、次屏蔽鋪設、加熱加壓等操作。

2.3.3 熱壓控制系統

使用階段：FSB粘連膠水固化。

功能簡介：熱壓控制系統的作用是對手工粘連的次屏蔽加熱加壓并進行實時監測，對保證次屏蔽粘連質量、縮短粘連周期有著極其重要的意義；配合熱壓板工裝使用，使用過程中必須保證不間斷電源和壓縮空氣，同時定期進行設備有效計量，避免測量誤差造成的系統性風險。

2.3.4 TBP自動涂膠機及自動供膠機

使用階段：頂橋板安裝。

功能簡介：TBP涂膠機是主層TBP安裝的主要設備，用自動供膠機將環氧膠水和硬化劑按一定比例混合，形成混合膠水，配合自動滾動的涂布平臺，并根據設備的穩定性和操控性要求，準確、均勻、快速地完成頂橋板的樹脂涂布，以保證樹脂條的混合狀態、硬度指標、橫截面積及涂布位置。

2.4 波紋板裝焊工作所需工裝及設備

2.4.1 氣動千斤頂

使用階段：波紋板安裝。

功能簡介：用于配合波紋板鉗夾使用，使工裝件可以更有力地固定波紋板。

2.4.2 手工TIG焊機

使用階段：不銹鋼件焊接。

功能簡介：手工TIG焊機是不銹鋼件焊接的常見設備，主要用來完成MARK Ⅲ圍護系統的波紋板邊角區域的手工焊和修補，以及其他不銹鋼件的手工焊等。

2.4.3 波紋板自動焊機

使用階段：波紋板焊接。

功能簡介：波紋板自動焊機是波紋板焊接的重要設備，其作用是代替手工焊，快速、高效、高質量地完成波紋板焊接。

3 關鍵設備的操作及管理

3.1 樹脂涂布機

(1)樹脂涂布機工作前需按運行測試表進行運行測試和涂布測試，具體測試參數見表1。

表1 樹脂機運行測試表

(2)樹脂涂布工作對運行環境的溫度及濕度有嚴格的控制標準，具體參數見表2。

表2 溫度/濕度控制表

(3)不同區域的樹脂條涂布范圍、間隔及寬度也有不同要求。

(4)樹脂機需要進行日常的檢測維護，具體檢測要求見表3。

3.2 熱壓板系統

FSB粘連使用熱壓板系統的溫度一般控制在60 ℃，加熱時長為4 h，熱壓系統氣囊的壓力要求為0.03 MPa。控制系統的操作要求如下：

(1)動作順序：①主電源連接；②主電源ON；③打開電源開關ON，紅色指示燈閃爍且蜂鳴器鳴叫；④按通道連接熱墊(確認插座方向)，熱墊當前溫度顯示；⑤打開連接熱墊通道的電源ON，未連接的通道保持OFF狀態；⑥連接熱墊的通道動作由OFF→ON變更(觸摸屏畫面反轉)；⑦如正常，綠色指示燈閃爍。

(2)結束順序：按動作順序的逆順序進行。

3.3 自動粘連機(ABM)

自動粘連機主要由主框架、行進單元、加熱器、主輔控制箱等組成，可應用于標準平面區域和邊緣可變區域的自動粘連，通過切換分配器模式及更換部分配件的規格來實現不同區域FSB的粘連。

(1)標準區域FSB的寬度為250 mm，可通過現場測量更改FSB的寬度。

(2)通過現場測量數據更換ABM的滾輪位置/FBS導軌/ FBS供給支架。

ABM的日常操作在控制面板進行，通過滾輪在絕緣板間隙內行走。當行走在標準區域絕緣板上時無需安裝導軌；當通過絕緣板間隙交叉區域時需在機器運行之前安裝臨時工裝進行搭橋。

3.4 波紋板自動焊機

波紋板自動焊機主要由機械手、主控制箱、移動組件夾具、導軌、通用夾鉗、日常測試夾具、電纜和軟管、無線遙控器等部件組成。設備采用等離子焊接或氬弧焊進行不銹鋼重疊焊，焊機在焊接導軌上通過齒條和小齒輪驅動行進，其焊接速度約為100～400 mm/min。使用時，先將焊接導軌裝在波紋板的焊縫位置，在安裝焊機頭后，操作遙控器可以實現機頭的微調，以達到良好的焊接質量。自動焊機在實船上使用前，需要經過相應的焊接工藝評定，操作人員需要取得對應的焊工證書。

4 結論

(1)目前國內MARK III型圍護系統模擬艙建造中的手動操作必須由自動設備替代，以提高建造質量和效率。國內船廠在實船建造前需充分調研，合理配置，得出最優的采購或租賃需求。

(2)通過本文的歸納整理及關鍵設備的詳細描述，可提升業內對圍護系統建造專用設備的認知能力，也希望能為承建LNG項目的國內船廠提供一定的參考依據。