海洋材料(23):日本的铝渔船与化气船
2015年11月19日 8:52 4629次浏览 来源: 中国有色网 分类: 新材料前沿 作者: 王祝堂
铝合金渔船
日本是全球铝合金渔船最多的国家,其小渔船材料的发展经历过木材-铝或铝/木混合-纤维增强塑料(FRP)-铝的路线。FRP渔船及游艇的鼎盛时期是上世纪的七八十年代,但由于高速化要求(铝更适于提高速度)与环保方面的严格要求,以及资源循环利用要求的日益提升,进入新世纪以来,FRP在小渔船与游船制造方面的用量逐年有所下降,铝船占的比例在较大幅度上升。FRP废料及废弃物既不易处理又不易回收,一方面对环境不友好,另一方面不利于资源循环利用,同时FRP渔船的强度与耐久性也逊于铝的。日本各县渔业监理船则多为高速铝船。日本鹿儿岛县渔业指导监理船“第二制海”号长38m、总质量131.1t,最高速度67km/h,1992年9月竣工,日立造船公司制造。
尽管日本的铝合金渔船的技术与数量占世界第一,但在它的2013年60万条渔船中(登记的),铝合金的只不过2520条,仅占总数的0.42%,其中比较大的是49GT型拉网式渔轮。
大部分铝合金渔轮是小型的,占80%以上,多为惯性的,以V型为基本。船体结构以横骨式为主体,纵向有小肋骨作为加强小隔板,以防船体铝板变形。外板及甲板近似正方形,全部为较薄的厚板,之所以采用这种重型结构,是因为工作环境严竣,还要应对突发情况,减少质量、缩短建造时间,降低生产成本也予以考虑。渔轮可用板材也可以用挤压大型材建造。
由日本的渔轮结构可见,采用大挤压铝型材制造是今后的发展趋势,可用铝型材制造龙骨、舭角部纵材、防舷材兼舷缘材、牵引材及顶端材等,把这些材料巧妙地焊接连接起来可取得极佳的设计与使用效果。
2013年日本保有的渔船约60万条,其中铝合金的仅占0.42%。渔船的平均使用期限15a。由于渔船的数量以小型的为主,在日本铝合金渔船的平均铝材用量按4t计算。
液化天然气(LNG)运输船贮罐
1960年日本开始进口液化天然气(LNG,Liguified natural gas),均以LNG船运输。运输船上的LNG罐有摩司型(Moss)的,球形;隔板型、棱柱罐(SPB,为Self supporting prismatic自支持棱柱形中的SP与日本IMO规则B型组合而成)。球罐直径41m,可宽余地容纳一座10层楼房,质量900t,比一列16辆编组的高速列车还重约600t,是用5082合金变断面厚板焊接的,板的最薄处30mm,最厚处170mm。
天然气的主要分为甲烷,是一种绿色能源,燃烧时产生的CO2比石油的少得多,在-163℃液化,液化后的体积仅为气态时的1/600。每条船上有4个罐,球罐的容积31250m3,SPB型方罐的容积32000m3。罐的外表包以绝热性能很强的厚厚的保温层,每个球罐有6000块保温板,这是一种三层保温材料,中间为绝热板,表面为薄铝板,能确保罐内液化气的气化率不大于0.1%/d的世界最小等级。据称日本制造的最大LNG球罐的容积为44250m3,为标准球罐容积的1.42倍,直径44m,比标准球罐的大7.3%。这么大的熠熠生辉的银白色铝罐出现在海面着实蔚为壮观。日本LNG船是川崎造船股份有限公司出厂制造的。
液化天然气的运输
陆地贮罐有地上式的,也有地下式的。所用的低温材料有铝合金5083,含9%Ni的钢、不锈钢与铜等。液化天然气的沸点(在1大气压)为-162℃,密度400kg/m3,发热量35700KJ/Nm。贮罐分内外两层,中间为保温层,地上式每个铝材用量1100t,地下式的用量为100t左右。
球罐的制造
香川县川崎造船股份有限公司坂出工厂于1981年首次在日本建造摩司型LNG船以来至2013年已造了28艘,所用铝材除本国生产大部分外,宽度大于4100mm的厚板则从美国铝业公司进口。
球罐由三部分组成,下面的半球称为“南半球”,正中间的那部分称为“赤道环”,上面的半球称为“北半球”。赤道处板厚170mm,此处与船体相连的“围裙”部件中装有支架,各种配管安于架内。
球罐制造犹如制造地球仪,由偶数瓜片型部件组成球形。首先将7叶瓜片瓜片型部件焊于一起,这种大部件称之为“花瓣”。在这个大“花瓣”上再焊上1叶瓜片形部件就成为8叶瓜片形的半球。焊2个这样的半球,一个南半球,一个北半球。最后将“南半球”、“北半球”、“赤道环”、“围裙”、配管支架组装焊接大罐。
赤道环是用170mm厚的特厚板制造的。罐外表覆盖着复合隔热保温层,能防止外界的热传入,使内部的液化气保持着-163℃。复合保温层的外表为薄铝板,中间为两层塑料泡沫,一层苯酚树脂的,另一层为硬质聚氨基甲酸乙酯泡沫,每个罐用了6000张这样的隔热板,用15000个螺钉紧固于罐体上。
制造完毕的LNG罐由2台各800t的起重机吊起移至船舱的规定位置。此种罐为完整的球形,各部件受力均匀,不存在应力集中源,不会产生裂纹。制造罐的瓜片尺寸各不相同,其大小决定于所处的位置,其代表性尺寸为60mm(厚)×1600mm(宽)×4000mm(长)。
罐体及配管支架用5083-0合金制造,“围裙”的一部分用强度高的5083-H321合金板材制造,1个大罐的铝材用量约750t,1艘船的用量约3000t。过去零部件的连接采用MIG(金属极惰气保护焊)法焊。为了安全地运输LNG,必须确保大罐的制造品质,特别是焊接品质。为此,对焊接部既要进行全部超声波探伤、染色浸透试验与抽样X射探伤等非破坏性检验二三遍,还要进行破坏性的力学性能检测,总之应加强制造中的管理,确保生产出安全而可靠性高的巨罐,做到万无一失。
责任编辑:于璐
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