大型液化氣(LPG)船液罐絕緣技術(shù)

何建平, 田穗穗, 張學輝

(上海外高橋造船海洋工程設(shè)計有限公司， 上海 200137)

大型液化氣(LPG)船液罐絕緣技術(shù)

何建平, 田穗穗, 張學輝

(上海外高橋造船海洋工程設(shè)計有限公司， 上海 200137)

簡要介紹了大型LPG船液罐的保溫技術(shù)要求，并針對性地介紹了聚氨酯絕緣和涂層的技術(shù)特點，提出了絕緣技術(shù)要求、施工工藝、修補及檢驗要求。

液化氣 LPG 液罐 絕緣

1 前言

隨著世界能源需求的不斷增長和能源消費結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，液化石油氣正在日益受到各國的青睞，海運量也得到了快速增長。雖然近幾年全球新造船市場持續(xù)低迷，市場競爭激烈，新船訂單逐年下滑，價格連連下跌，但液化石油氣運輸船卻是一枝獨秀，在新船訂單及價格方面呈現(xiàn)出反彈趨勢，出現(xiàn)整體走強形式。目前，全球能夠建造83 km3液化氣(LPG)船的船廠只有四家，分別是日本的三菱重工和川崎重工、韓國的現(xiàn)代重工和大宇造船，其他船廠在這個領(lǐng)域都沒有涉足。國外建造技術(shù)較為成熟，在建造方面的體系也較為齊全，但技術(shù)壁壘很高。而在國內(nèi)，此船型可借用的相關(guān)經(jīng)驗很少。盡管中國造船業(yè)近年來迅速崛起，但在此類高技術(shù)含量、高建造難度、高附加值船舶的建造方面與日韓船企相比仍有很大差距。液化氣船的關(guān)鍵技術(shù)集中于液貨艙區(qū)域，液罐內(nèi)部最低溫度在-50℃，因此，液罐的絕緣保溫技術(shù)也成為液化氣船的關(guān)鍵技術(shù)之一。

2 簡介

大型LPG船船體結(jié)構(gòu)相對于其他船型最大的區(qū)別在于多出四個大型的A型液貨艙，該類結(jié)構(gòu)首次在國內(nèi)實現(xiàn)自主的設(shè)計及建造工作。目前，在國內(nèi)成功建造的小型液化氣船，其罐體為小型罐，體積較小，且多為球形整體，與大型液化氣船的全冷式獨立液罐建造方法差異較大，而大型液化氣船的液貨艙絕緣技術(shù)還處于探索階段。液貨艙作為液化氣船的主屏蔽區(qū)域，需用絕緣敷料全部覆蓋，以保證其良好的保溫效果。保溫的主要目的是為了防止外部的熱量進入液灌，減少液體的蒸發(fā)量。根據(jù)液罐的結(jié)構(gòu)特點以及工作溫度，擬采用聚氨酯泡沫作為絕緣材料，外部覆涂聚合物涂層作為防護層的絕緣保溫體系。聚氨酯噴涂發(fā)泡是比較推崇的保溫方式，經(jīng)歷過多種測試，并應用于低溫保溫領(lǐng)域，是一種可靠和耐久的保溫方法。聚氨酯發(fā)泡材料本身具有導熱系數(shù)低、閉孔率高和機械性能好的物理特征，而且材料彈性較好，能夠適應溫度差造成的液灌變形。

3 絕緣材料技術(shù)要求

噴涂發(fā)泡保溫主要由兩類材料組成，聚氨酯發(fā)泡材料和表面保護涂層，這兩種材料都是無溶劑雙組份材質(zhì)，通過專門的噴涂機器，按照一定的比例，在液灌的表面進行噴涂施工。表1為聚氨酯發(fā)泡材料的基本產(chǎn)品特性要求，實際施工的材料標準需以材料供應商提供的產(chǎn)品技術(shù)數(shù)據(jù)表為準。

表面涂層可以給聚氨酯發(fā)泡材料提供非常好的機械保護和防水作用。涂層和聚氨酯的粘結(jié)強度甚至大于聚氨酯材料本身的抗拉強度。行走在涂層上不會對其產(chǎn)生負面的影響。表2為表面涂層的基本產(chǎn)品特性，實際施工的材料標準需以材料供應商提供的產(chǎn)品技術(shù)數(shù)據(jù)表為準。

表1 聚氨酯發(fā)泡材料的基本產(chǎn)品特性

表2 表面涂層的基本產(chǎn)品特性

4 施工程序

4.1 防腐涂層的施工

液罐結(jié)構(gòu)整體完成后，對液罐表面進行除銹，然后施工防腐涂料，一般為環(huán)氧油漆，厚度在100 μm左右，表面處理等級要求根據(jù)油漆商的推薦。防腐油漆與泡沫的兼容性/結(jié)合力需預先經(jīng)絕緣材料廠家試驗認可。

4.2 聚氨酯泡沫的施工

聚氨酯泡沫用噴涂施工，噴涂前須保證液灌表面無銹跡、灰塵、油跡、油脂、水，保證干燥。熱作業(yè)及油漆作業(yè)必須在泡沫施工開始前完全結(jié)束。聚氨酯泡沫和表面涂層厚度標準如表3所示。

噴涂一層一層實施，每層表面固化后進行下一層噴涂。最終總厚度必須滿足120 mm(+15/-5 mm)。噴涂人員必須隨時自檢厚度。材料需離開有熱切割和焊接的部位1 m，以保證材料不會受到損壞。噴涂人員通過控制設(shè)備、噴槍或者姿態(tài)來保證表面的平整性。

表3 聚氨酯泡沫和表面涂層厚度標準

4.3 表面涂層的施工

聚氨酯發(fā)泡表面必須覆蓋保護涂層，起到機械保護和防水的作用。表面涂層的防火等級應該與聚氨酯一樣。人需要行走的區(qū)域上，比如罐體頂部， 涂層的厚度必須大于3 mm，其它部位厚度大于1 mm。局部區(qū)域，比如支撐、防浮地方，涂層需要等罐子上船安裝后進行。

在涂層噴涂作業(yè)前，聚氨酯發(fā)泡表面需要干燥，并且要清除發(fā)泡材料剩余的粉塵。不需要噴涂的區(qū)域事先要用塑料紙防護好。

涂層也逐層噴涂，直至厚度滿足要求。一般的經(jīng)驗是噴涂每層的厚度大約是0.5 mm，每層固化后進行下一層的施工，確保每層中間沒有分層。在人行走的罐體部位，比如罐體頂部，涂層厚度要求大于3 mm，其它部位厚度大于1 mm。

5 修補要求

5.1 聚氨酯泡沫的修補

泡沫表面如果有損壞、厚度不夠、氣泡等缺陷發(fā)生，但不影響保溫效果的，應視為表面缺陷。如果由于保溫問題所造成的明顯的保溫失效，這類區(qū)域和周邊附件的區(qū)域應視為保溫缺陷。

泡沫表面缺陷修補以更換代替和補充類似材料為主。如果缺陷面積大于0.5 m2，修補區(qū)域應重新噴涂施工。如果缺陷面積小于0.5 m2，應該清理去除缺陷部位，可以用同類的材料或者密封劑修補。

如果出現(xiàn)小裂紋，并且是聚氨酯裂縫造成的，必須除去修補區(qū)域聚氨酯材料，補充新材料再用密封劑縫合。所用材料均需和涂層材料有很好的粘結(jié)性。

液罐冷卻試驗中出現(xiàn)的冷點，應視為保溫失效。如果冷點出現(xiàn)，該部位的涂層和聚氨酯發(fā)泡材料要全部去除直到發(fā)現(xiàn)質(zhì)量好的材料。一般可以通過在冷點取樣的方法，用30 mm～40 mm開孔鉆確定缺陷的深度和部位，再修補上保溫層和涂層。如果冷點面積比較大或者開孔鉆取樣不能發(fā)現(xiàn)缺陷位置，則要全部去除保溫和涂層材料,并重新安裝。

5.2 表面涂層的修補

全面檢查整個液罐的表面。發(fā)現(xiàn)裂紋的所有區(qū)域，無論大小，均應標記為“待修補區(qū)域”。所有裂紋(包括微裂紋)均可經(jīng)由目測檢出，通常分為3類：

A類：細裂紋，裂寬≤1 mm；

B類：寬裂紋，裂寬>1 mm；

C類：單個裂紋，裂紋不連續(xù)，大范圍內(nèi)僅有個別出現(xiàn)。

所有檢出裂紋均應直接標識裂紋類型。

應使用乙二醇乙醚或二氯甲烷徹底清潔待修補區(qū)域的表面，去除灰塵、油、脂及水等。整個修補過程中相關(guān)表面均應保持此狀態(tài)。如果防護層已經(jīng)從聚氨酯保溫層脫落，或可手工撕落，則此處防護層均應去除重新修復。

修補工作應處于可控環(huán)境中。通常情況下，待修補表面溫度應高于0℃，環(huán)境溫度應處于5℃～50℃之間，且環(huán)境濕度不能高于75%。表面溫度應由修補工作開始前記錄，環(huán)境溫、濕度在修補過程中每小時記錄一次。

修補工作根據(jù)裂紋類型不同有所區(qū)別。

(1) A類裂紋修補。覆蓋噴涂整個待修補區(qū)域，并延伸噴涂區(qū)域200 mm。重新噴覆的涂層厚度應小于1 mm。

(2) B類裂紋修補。寬裂紋在修補時應先填充Mastic或者Sikaflex。3～5天后當填充料完全固化后，先對填料自身的固化效果及其與原涂層的粘結(jié)效果進行檢測，滿足質(zhì)量要求則繼續(xù)按A類裂紋修補方法重新噴覆該區(qū)域；不滿足質(zhì)量要求則清理掉重新修復。

(3) C類裂紋修補：將Mastic或Sikaflex填入裂紋內(nèi)，填料涂覆區(qū)域應兩倍于原裂紋區(qū)域。

6 檢驗要求

6.1 聚氨酯泡沫檢查

(1) 發(fā)泡材料顏色應當符合材料本身正常顏色。

(2) 用探針對泡沫厚度進行檢測。按規(guī)格要求，保溫厚度應不低于標準值5 mm，低于標準值的面積不得大于總面積的2%。

6.2 表面保護涂層厚度檢查

按規(guī)格要求，保護涂層厚度不低于標準值的20%，低于標準值的面積不得大于總面積的5%，其連續(xù)單片面積不得大于5 m2。保護涂層無裂縫、破損，并與聚氨酯發(fā)泡完全粘合。保護涂層須完全鋪蓋全部聚氨酯泡沫表面，且在金屬接觸邊緣超出至少10 mm。

6.3 修補區(qū)域質(zhì)量檢查

修補層在修補后1天及10天分別做100%全檢，應保證防護層無裂紋產(chǎn)生、修補部分粘結(jié)牢固，修補與未修補接合部分無脫落。

6.4 冷點檢查

在液灌冷卻試驗中進行冷點檢查，查看是否有隱藏的質(zhì)量缺陷。結(jié)霜點是指在保溫層表面出現(xiàn)了白色霜點。由于液灌本身的設(shè)計特性，在寒冷環(huán)境下,有些區(qū)域的保溫層表面溫度要比其它部位明顯低，比如底部的支撐部位，由于保溫厚度受空間的影響比較薄。同樣結(jié)霜也和艙內(nèi)露點溫度有關(guān)，類似這樣的結(jié)霜不能視為保溫的失效。如果結(jié)霜面積大于300 cm2可以視為冷點，即保溫失效。修改區(qū)域需要做仔細檢查。

7 結(jié)束語

大型LPG船液罐的絕緣技術(shù)在國內(nèi)才剛剛起步，絕緣及防護涂層材料的選用、施工及修補工藝都有待進一步的研究和探索。

[1] 叢樹楓.聚氨酯涂料[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2004.

[2] 徐培林，張淑琴.聚氨酯材料手冊[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2002.

[3] 龐啟財.防腐蝕涂料涂裝和質(zhì)量控制[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2004.

[4] 汪國平.船舶涂料與涂裝技術(shù)[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2006.

[5] NACE. Corrosion Prevention by Protective Coatings[S].1999.

Insulation Technology of Liquid Tanker for Large Liquefied Petroleum Gas (LPG) Vessel

HE Jian-ping, TIAN Sui-sui, ZHANG Xue-hui

(Shanghai Waigaoqiao Shipbuilding and Offshore Design Co., Ltd., Shanghai 200137, China)

Briefly introduce the technical requirements of thermal insulation for liquid tankers of large liquefied petroleum gas vessel. And introduce the technical features of polyurethane insulation layer and coating accordingly. Propose insulation technical requirements, application procedures, repairing and inspection requirements.

Liquefied petroleum gas LPG Liquid tanker Insulation

何建平(1978-)，男，工程師。

U671

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