9月19日,全球最大艙容99000立方超大型乙烷運(yùn)輸船（VLEC）3號、4號B型液貨艙在中國船舶集團(tuán)旗下江南造船成功整吊到位,此次吊裝是該系列船的第二艘船的液艙吊裝。
江南造船自主研發(fā)的“BrilliancE”B型艙為“全球首制”，首字母“B”表示按照國際散裝液化氣規(guī)則（IGC）中定義的B型艙，是有別于A型艙、C型艙和薄膜艙的一種新型液化氣圍護(hù)系統(tǒng)。大寫字母“E”表示這種B型艙只要適用于裝載乙烯（Ethylene，-104°C）和乙烷（Ethane，-89°C）。這新型液化氣圍護(hù)系統(tǒng)都有哪些特點(diǎn)呢？
“來之不易”的B型艙
對江南造船來說，A型艙和C型艙的設(shè)計和建造技術(shù)已爐火純青。A型艙裝載液貨的溫度高于-55℃，其外圍的船體結(jié)構(gòu)作為完整的次屏壁，主要用于液化石油氣（LPG）運(yùn)輸；C型艙屬于壓力容器，因?yàn)槠洹捌ず瘛保瑹o需次屏壁，但在船體內(nèi)的空間利用率低，其艙容的大型化受到自身結(jié)構(gòu)重量的限制。菱形結(jié)構(gòu)的B型艙通過設(shè)置部分次屏壁實(shí)現(xiàn)微量泄漏保護(hù)，采用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕Y(jié)構(gòu)分析計算和多重安全監(jiān)測系統(tǒng)確保其運(yùn)營安全，船體結(jié)構(gòu)無需采用耐低溫材料，液艙形狀和裝載率不受任何限制、船體內(nèi)部的空間利用率高等諸多優(yōu)勢。隨著美國頁巖氣，特別是國內(nèi)高分子化工行業(yè)的重要原料——乙烷的需求量激增，VLEC成為海上大宗運(yùn)輸液化乙烷的最佳選擇，而且液貨圍護(hù)系統(tǒng)的核心技術(shù)完全自主可控。
國際散裝液化氣規(guī)則（IGC）中B型艙的設(shè)計理念是源自五十年代從航空和石油行業(yè)發(fā)展起來的斷裂力學(xué)分析的基本原理“泄漏先于失效（Leakage Before Failure）”，因此B型艙的設(shè)計既要滿足嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄嗔蚜W(xué)，又具有很大的寬泛性，再則B型艙的研制又和船廠的建造工藝水平密切相關(guān)，總之B型艙的研制并非易事，是“理論和實(shí)際”密切融合的實(shí)踐性的科學(xué)。此前唯一一個有實(shí)際應(yīng)用實(shí)績的菱形B型艙技術(shù)專利為日本聯(lián)合造船（JMU）壟斷。江南依托國家工信部課題和公司重大科研專項(xiàng)，巧妙地融合了A型艙結(jié)構(gòu)的技術(shù)優(yōu)勢、球罐型B型艙的次屏壁和絕緣結(jié)構(gòu)以及成熟的C型艙5%鎳鋼的焊接技術(shù)和工藝，對菱形B型艙圍護(hù)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)開展了長達(dá)近8年的研發(fā)技術(shù)攻關(guān)和工程試驗(yàn)驗(yàn)證工作，并應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)同步開發(fā)了99000立方超大型乙烷運(yùn)輸船。憑借此型船的優(yōu)異性能、可靠靈活的圍護(hù)系統(tǒng)，江南造船于2019年和2020年成功承接了四艘VLEC的訂單。
在研發(fā)設(shè)計過程中，突破“數(shù)值分析”和“試驗(yàn)驗(yàn)證”兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)至關(guān)重要。B型艙所采用的容限損傷設(shè)計方法和試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)是目前氣體船船型研發(fā)中最為復(fù)雜的。研發(fā)團(tuán)隊(duì)立足獨(dú)立自主的研發(fā)思路，針對B型艙的總體布局、結(jié)構(gòu)、絕緣、次屏壁等核心技術(shù)開展專項(xiàng)攻關(guān)，自主研發(fā)設(shè)計完成了一整套具有完整知識產(chǎn)權(quán)的“BrilliancE”型圍護(hù)系統(tǒng)，申報了三十余項(xiàng)專利；為了實(shí)現(xiàn)B型艙工程化應(yīng)用，研發(fā)團(tuán)隊(duì)圍繞生產(chǎn)做設(shè)計，嚴(yán)格按照IGC規(guī)則和美國船級社（ABS）的相關(guān)規(guī)范進(jìn)行了精準(zhǔn)地仿真分析、科學(xué)化試驗(yàn)和規(guī)范化驗(yàn)證相結(jié)合，全面覆蓋了強(qiáng)度、熱應(yīng)力、疲勞裂紋擴(kuò)展、泄漏評估等，設(shè)計方案和評估報告得到了船東和船級社的認(rèn)可，并獲得了主管當(dāng)局美國海岸警衛(wèi)隊(duì)（USCG）認(rèn)可。99000立方米VLEC副總工藝師周清華介紹。
B型艙是一種全新的設(shè)計、采用全新的新材料以及比A型艙嚴(yán)格得多的工藝工法和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，其實(shí)際建造難度大幅增加，整個施工過程充滿挑戰(zhàn)。如何實(shí)現(xiàn)高效率、高質(zhì)量建造，需要在工藝、工法、工裝和品控等方面革新突破。“在首制艙制造前，我們通過1：1模擬艙建造，相繼完善、固化了施工工藝和焊接規(guī)程，優(yōu)化了施工流程和工法等工作，為后續(xù)液貨艙的節(jié)拍化建造提供了有力保障。至今已建立了一套滿足規(guī)范要求，可用于實(shí)船建造檢驗(yàn)的B型艙建造標(biāo)準(zhǔn)，獲得了船東和船級社的認(rèn)可，該標(biāo)準(zhǔn)未來將向“國標(biāo)”進(jìn)軍?！盉型艙總建造師蔣淮介紹。
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“難伺候”的鋼材
因?yàn)橐夯瘹庋b載-104°C的低溫要求，B型艙選用了5%鎳鋼，這是一種“挑食”的鋼材，只有特種焊材符合它的“胃口”，而且為了提質(zhì)增效，B型艙創(chuàng)新地采用了混合氣體保護(hù)焊和埋弧焊等高效焊接方式，這對于江南的電焊工來說是首次嘗試，“怎么焊”也成為了項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)面前一座大山。
“實(shí)心不銹鋼焊絲的焊接手勢和以往的焊接藥性焊絲也不同，從‘拉’變成了‘推’，很多焊工都不適應(yīng)，而且它對焊機(jī)和導(dǎo)嘴都很‘挑’，為此我們做了很多次試驗(yàn)，焊工付出了很多“焊”水?！苯现毓じ呒壖紟熽惢輺|介紹。
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)更是為5%鎳鋼量身打造了專用焊接工藝標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程，并為焊工們準(zhǔn)備了上崗前的兩道難關(guān)：“嚴(yán)苛”的培訓(xùn)考證和“殘酷”的模擬實(shí)操。關(guān)卡難度之高讓半數(shù)選手都“回爐重練”。
“雖然過程很艱難，但我們還通過一次次摸索找到了最優(yōu)的焊接方法，也鍛煉出了一批5%鎳鋼焊接高手。”B型艙副總工藝師皓慶說道，誠如他所說，從拍片合格率從模擬件的僅有60%到實(shí)際產(chǎn)品的超過97%，正是這樣的精心準(zhǔn)備和謹(jǐn)慎態(tài)度，為“挑食”的5%鎳鋼選出了最適合它的“飯菜”和“廚師”。
“焊”起來難，“變”起來更難。與常規(guī)鋼板和C型艙中厚度的5%鎳鋼板不同，B型艙圍護(hù)系統(tǒng)所用的5%鎳鋼薄板極其“嬌氣”，火工矯正，對這種耐低溫的鋼材可謂是“滅頂之災(zāi)”，一不小心就會造成艙體破裂。不能火工，就意味著變形控制要做到極致，為了避免薄板出現(xiàn)較大的變形，建造團(tuán)隊(duì)靈活采用了“土辦法”有效地控制了焊后變形，對攻克5%鎳鋼焊接難關(guān)發(fā)揮了很大的作用。
此外，焊接工藝和焊接順序也至關(guān)重要。B型艙無法像A型艙可以單面焊雙面成型，它需要通過雙面焊接。這樣一來，為了讓焊材和母材更為匹配，不同位置就需要不同的焊接方式?！熬推窗鍋碇v，我們要采用雙面自動焊、單面自動焊單面仰焊、單面氣保焊單面手工焊、雙面氣保焊等多類焊接方式?！盉型艙焊接副總工藝師趙立剛介紹，這種“因材施教”，讓焊接質(zhì)量以及焊接效率都得到了保證，也讓這種“嬌氣”的鋼材能夠“以不變應(yīng)萬變”。
為了確保建造過程中焊接質(zhì)量全面可控，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)采用了數(shù)據(jù)焊接管控模式，通過數(shù)字化技術(shù)，人機(jī)管控5%鎳鋼的焊接質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)低應(yīng)力制造、每一道焊縫實(shí)名可追溯、進(jìn)一步降低焊工技能要求和缺陷風(fēng)險，實(shí)現(xiàn)了不同種類的高效焊接方法的效率比傳統(tǒng)手工焊提升2倍以上?！霸诤缚p質(zhì)量自檢過程中，采取上下道工序的互檢制度，強(qiáng)化工藝培訓(xùn)，嚴(yán)格現(xiàn)場實(shí)操質(zhì)量監(jiān)督，做好了每條焊縫分類分級檢查，關(guān)鍵焊接區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了焊接探傷合格率100%，做到了讓船東船檢省心放心?！盉型艙總質(zhì)量師荀益本介紹。
“特殊”的絕緣系統(tǒng)
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)針對B型艙的特性采用了復(fù)雜的板式絕緣而非施工相對簡單、A型艙的噴涂式絕緣，這也是液貨圍護(hù)系統(tǒng)的重要組成部分?！懊總€艙的絕緣有6500多塊不同形狀的絕緣板組成，且艙體頂部斜面角度大，高度高，安裝難度大、危險系數(shù)高。如何將絕緣板運(yùn)送到正確的安裝位置，確保每一塊絕緣板的正確安裝，是本項(xiàng)目施工的關(guān)鍵?！盉型艙總工藝師蘇曉鳴介紹。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)會同絕緣廠商在前期進(jìn)行了三維數(shù)字建模分解并用二維碼對每一塊板進(jìn)行了單一身份識別，實(shí)現(xiàn)了全流程的智能管理和跟蹤，同時進(jìn)行大量研究、分析和模擬等工作。同時在絕緣預(yù)留方面也做到了極致，建造團(tuán)隊(duì)量身定制了特殊工裝，制訂了詳細(xì)的施工保障計劃，設(shè)立臨時中轉(zhuǎn)區(qū)等，大幅縮短安裝周期，同時也做到了B型艙零預(yù)留底部絕緣。液艙建造主管常劍介紹。
“高難度”的駁運(yùn)&吊裝
絕緣安裝難度大、施工時間長、環(huán)境要求高，為此，B型艙從總組平臺轉(zhuǎn)場到室內(nèi)船臺，這對于駁運(yùn)、吊裝團(tuán)隊(duì)來說，堪稱“挑戰(zhàn)不可能”。室內(nèi)船臺在完成搭設(shè)腳手架之后，B型艙兩側(cè)剩下的通道甚至容不下一個成年人轉(zhuǎn)身；同時液艙的長度與江南大道至跨間門口的寬度相比相差小，大件駁運(yùn)團(tuán)隊(duì)總說他們這是“螺螄殼里做道場”。做完絕緣之后的B型艙更加要小心翼翼，考慮到B型艙重量幾乎接近大型龍門吊的極限安全吊重，單靠其本身的鞍座，不足以作為全部的頂升受力點(diǎn)，還需要預(yù)留絕緣修補(bǔ)點(diǎn)。經(jīng)過多次方案優(yōu)化，預(yù)留點(diǎn)從70多個降到30個，節(jié)省了一半以上的時間。
絕緣修補(bǔ)結(jié)束后，保進(jìn)度的壓力就轉(zhuǎn)移到了吊裝技術(shù)團(tuán)隊(duì)。此次吊裝恰逢中秋假期，任務(wù)安排的滿滿當(dāng)當(dāng)。此前的駁運(yùn)也因?yàn)槭艿搅伺_風(fēng)的影響，周期更加緊張。B型艙艙體兩側(cè)的坡度大增加了吊裝掛鉤時的難度。經(jīng)過前期精心策劃，并應(yīng)用公司“一次到位（OTS）”的成熟技術(shù)，B型艙的吊裝就位、落座、匹配收鉤時間大幅度縮短，從以往的到5、6個小時壓縮至45分鐘完成。
目前，99000立方米VLEC首制船雖然已經(jīng)下水，后續(xù)還有艱巨的保交船任務(wù)?！癇rilliancE”B型艙圍護(hù)系統(tǒng)設(shè)計建造的突破實(shí)現(xiàn)了中國船企在關(guān)鍵核心技術(shù)上的自主可控。也正是江南人這種“充滿自信的創(chuàng)新”精神驅(qū)動著百年江南這樣的傳統(tǒng)造船企業(yè)在數(shù)字化和低碳化轉(zhuǎn)型的路上勇往直前！
