蔡紅玲

（中國(guó)船級(jí)社南京分社 南京 210011）

C型獨(dú)立液貨艙系指符合受壓容器標(biāo)準(zhǔn)的獨(dú)立液貨艙，其設(shè)計(jì)蒸氣壓力應(yīng)按照《國(guó)際散裝運(yùn)輸液化氣體船舶構(gòu)造與設(shè)備規(guī)則》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)則》）［1］中的計(jì)算公式給出，設(shè)計(jì)壓力通常為0.5～1.8MPa，主要應(yīng)用于全壓式和半冷半壓式液化氣船。它不構(gòu)成船體結(jié)構(gòu)的一部分，對(duì)船體強(qiáng)度不起作用，通常為圓柱形，為配合船型布置，也可設(shè)計(jì)為雙體形、錐形、球形等。

鑒于液化氣的可燃、有毒、腐蝕、化學(xué)反應(yīng)、低溫及高壓等危險(xiǎn)特性，《規(guī)則》和《散裝運(yùn)輸液化氣體船舶構(gòu)造與設(shè)備規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》）［2］中對(duì)C型獨(dú)立液貨艙在材料焊接、制造工藝、無(wú)損檢測(cè)、密性試驗(yàn)與壓力試驗(yàn)、應(yīng)力消除等方面均進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定。此外，根據(jù)《規(guī)則》，C型獨(dú)立液貨艙應(yīng)視為壓力容器的一種，還應(yīng)滿足《規(guī)則》《規(guī)范》《材料與焊接規(guī)范》［3］（以下簡(jiǎn)稱《材料規(guī)范》）中關(guān)于壓力容器的相關(guān)要求。本文結(jié)合某半冷半壓式液貨艙的建造檢驗(yàn)工作，就液貨艙材料焊接、制造工藝、無(wú)損檢測(cè)、密性試驗(yàn)與壓力試驗(yàn)、應(yīng)力消除等方面，對(duì)應(yīng)《規(guī)則》《規(guī)范》《材料規(guī)范》的相關(guān)要求進(jìn)行探討。

1 材料與焊接

1.1 材料

《規(guī)則》鑒于液化氣的危險(xiǎn)特性，根據(jù)不同設(shè)計(jì)溫度對(duì)獨(dú)立液艙材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能提出了明確要求，同時(shí)，明確提出主管機(jī)關(guān)也可以接受化學(xué)成分或力學(xué)性能與規(guī)定不同的材料。如采用非常規(guī)材料，通常的做法是在參考現(xiàn)有產(chǎn)品基礎(chǔ)上，對(duì)液貨系統(tǒng)工作原理、設(shè)計(jì)方案以及選材進(jìn)行綜合評(píng)審。目前國(guó)內(nèi)建造的液艙多使用進(jìn)口錳鋼，如13MnNi6。

1.2 焊接

（1）焊接工藝。在液艙制造前須進(jìn)行板材的焊接工藝認(rèn)可評(píng)定，主要包括以下內(nèi)容：①焊縫橫向拉力試驗(yàn)；②熔敷金屬拉力試驗(yàn)；③焊縫橫向彎曲試驗(yàn)；④焊縫縱向拉力試驗(yàn)；⑤V形缺口沖擊試驗(yàn)，焊接規(guī)范外的材料，試驗(yàn)溫度參考載運(yùn)液化氣的技術(shù)資料；⑥主管機(jī)關(guān)可要求對(duì)焊縫進(jìn)行宏觀斷面、微觀斷面以及硬度測(cè)定的檢驗(yàn)。

（2）焊縫試驗(yàn)。除焊接工藝認(rèn)可評(píng)定外，還要對(duì)液艙焊縫進(jìn)行產(chǎn)品焊縫試驗(yàn)。通常按每50 m對(duì)接焊縫進(jìn)行一次產(chǎn)品焊縫試驗(yàn)，且能代表各個(gè)焊接位置。試驗(yàn)內(nèi)容包括：彎曲試驗(yàn)，必要時(shí)還應(yīng)進(jìn)行沖擊試驗(yàn)；焊縫橫向拉力、縱向拉力試驗(yàn)。環(huán)縫一般可不需焊制試樣，但如筒體上僅有環(huán)縫或環(huán)縫與縱縫所采用的工藝差別較大時(shí)，則應(yīng)焊制環(huán)縫模擬試件。通常，產(chǎn)品焊縫試樣在制作時(shí)，要求與同位置液艙焊縫由同一焊工，在同一時(shí)間段進(jìn)行施焊。

2 無(wú)損檢測(cè)

在無(wú)損檢測(cè)方面，對(duì)液艙焊縫的要求要比船體焊縫的要求高得多：對(duì)接焊縫100%進(jìn)行射線檢查；對(duì)所有焊縫的10%及開孔和噴管等周圍加強(qiáng)環(huán)的100%進(jìn)行表面裂紋檢查。如經(jīng)主管機(jī)關(guān)特別認(rèn)可，可以超聲波檢查代替部分射線檢查。此外，主管機(jī)關(guān)可要求對(duì)開孔和噴管周圍的加強(qiáng)環(huán)焊縫進(jìn)行全部超聲波檢查。

如主管機(jī)關(guān)在考慮了諸如所使用的材料、設(shè)計(jì)溫度、材料制造時(shí)的韌性轉(zhuǎn)變溫度、接頭形式和焊接方法等因素，可以接受略小于上述要求的局部無(wú)損探傷試驗(yàn)：在對(duì)接焊縫全長(zhǎng)度上均勻選取至少10%的長(zhǎng)度和所有焊接交叉處的接頭進(jìn)行射線檢查；開孔、噴管等周圍加強(qiáng)環(huán)焊縫的100%進(jìn)行表面裂紋檢查。但在這種情況下，所采用的焊接有效系數(shù)應(yīng)不大于0.85。

在進(jìn)行表面裂紋檢查時(shí)，優(yōu)先采用磁粉檢測(cè)（MT），當(dāng)焊縫位置、材料等客觀條件導(dǎo)致不宜使用MT時(shí)，也可以使用滲透檢測(cè)（PT）代替，除此以外要求所有焊縫100%超聲波檢測(cè)（UT）。

另外，如在殼體外焊接一些支撐結(jié)構(gòu)，其與殼體的周焊縫應(yīng)進(jìn)行100%表面裂紋檢查，以防止表面裂紋的存在導(dǎo)致殼體的損壞。

與此同時(shí)，獨(dú)立液艙制造亦需兼顧壓力容器的標(biāo)準(zhǔn)，其焊縫的無(wú)損檢測(cè)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 焊縫的無(wú)損檢測(cè)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

3 制造與工藝

3.1 加工工藝

建造過(guò)程中，板材處理需要注意以下幾點(diǎn)：

（1）所有液艙用板在套料前均需進(jìn)行100%UT檢測(cè)。

（2）液艙殼體和端板應(yīng)采用機(jī)械冷加工或熱加工成形，不應(yīng)采用錘擊成形。不論加熱與否，成形工藝不應(yīng)損壞殼體材料的材質(zhì)。

（3）成形后應(yīng)考慮適當(dāng)消除應(yīng)力的熱處理，此項(xiàng)熱處理可結(jié)合焊后熱處理一起進(jìn)行。

如筒體內(nèi)徑與壁厚比大于或等于20，可不必進(jìn)行熱處理。

3.2 拼接工藝

（1）柱形受壓殼體對(duì)接焊縫的兩板面之間，于任何一點(diǎn)上的錯(cuò)邊應(yīng)不大于板厚的10%，且對(duì)縱縫應(yīng)不超過(guò)3mm，對(duì)環(huán)縫應(yīng)不超過(guò)4mm。

（2）球形受壓殼體和柱形受壓殼體封頭接頭處對(duì)接焊縫的兩板面之間，于任何一點(diǎn)上的錯(cuò)邊應(yīng)不大于板厚的10%，且應(yīng)不超過(guò)3mm。

（3）如殼體縱向系由不同厚度的板制成時(shí)，則應(yīng)使其各自板厚的中心線形成一個(gè)連續(xù)的圓。對(duì)于環(huán)縫，如整個(gè)周向板厚的厚度差是相等的，則較厚板的邊緣應(yīng)以機(jī)加工削斜，斜邊的寬度不小于厚度差的4倍，使2板邊沿在環(huán)縫處具有相等的厚度。如半球形封頭與筒體對(duì)接焊時(shí)，則筒體部分應(yīng)削斜過(guò)渡至端板，并使筒體的削斜部分和焊縫成為半球形封頭的一個(gè)環(huán)段。如半球形封頭留有直邊與筒體對(duì)接焊時(shí)，則直邊部分的厚度應(yīng)不小于無(wú)縫筒體或焊接筒體所要求的厚度。扁球形或橢球形封頭和筒體殼板連接時(shí)，封頭和筒體沿整個(gè)圓周的厚度差均相同時(shí)，則較厚的板應(yīng)削斜，削斜的長(zhǎng)度不小于厚度差的4倍，使封頭和筒體在圓周接縫處厚度相等。厚度經(jīng)削斜后再削斜的末端和焊縫坡口之間可留有平直部分，但也可以將焊縫坡口作為削斜長(zhǎng)度的一部分。在周向焊縫處的板厚，在任何情況下，應(yīng)不小于相同直徑和材料的筒體所要求的厚度。當(dāng)焊縫寬度足以使焊縫表面形成上述規(guī)定的斜面過(guò)渡時(shí)，母材表面允許不進(jìn)行削斜處理。

4 偏差控制

除以上注意事項(xiàng)外，還應(yīng)嚴(yán)格控制下列制造和工藝質(zhì)量的偏差，這些偏差都與IGC規(guī)則要求的屈曲分析有關(guān)。

（1）受壓筒體在制造完工、最終熱處理前及后應(yīng)檢查其筒體不圓度和外形尺寸等局部偏差。筒體不圓度是指在同一截面上所測(cè)得的最大和最小的內(nèi)徑相差值。

（2）在測(cè)量筒體不圓度時(shí)，允許將筒體平放或豎放。平放測(cè)量時(shí)，應(yīng)將筒體繞其縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)，每90°測(cè)量直徑1次，每一直徑2次測(cè)得的值應(yīng)加以平均，然后求得該筒體的不圓度數(shù)值。

（3）筒體外形輪廓偏差（局部不圓度）是以具有理論輪廓的設(shè)計(jì)型線量規(guī)測(cè)得的筒體實(shí)際輪廓與理論輪廓的偏差。測(cè)量時(shí)，用量規(guī)在內(nèi)側(cè)或外側(cè)測(cè)量與筒體實(shí)際輪廓的差值。測(cè)量所用的設(shè)計(jì)型線量規(guī)的弦長(zhǎng)等于筒體名義內(nèi)徑的1／4。受壓容器外形輪廓偏差和筒體不圓度均應(yīng)符合表2的規(guī)定。

表2 筒體不圓度偏差

（4）受壓筒體焊接后實(shí)際的外部周長(zhǎng)和計(jì)算的理論周長(zhǎng)的偏差值應(yīng)不大于表3的規(guī)定。

表3 筒體外周長(zhǎng)偏差

5 密性與壓力試驗(yàn)

（1）當(dāng)液艙制造完成后，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)在液艙頂測(cè)得的壓力應(yīng)不小于1.5倍設(shè)計(jì)蒸氣壓力，但在壓力試驗(yàn)期間的任何情況下，對(duì)任意點(diǎn)計(jì)算所得的主膜應(yīng)力不超過(guò)材料屈服應(yīng)力的90%。為了確保滿足上述條件，若計(jì)算表明主膜應(yīng)力超過(guò)屈服強(qiáng)度的75%，則在原型試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)采用應(yīng)變儀或其他合適的設(shè)備加以監(jiān)測(cè)，但對(duì)簡(jiǎn)單的圓柱型或球型的受壓容器可予除外。

（2）試驗(yàn)時(shí)所采用的水溫至少應(yīng)比所有材料的韌性轉(zhuǎn)變溫度高出30℃。

（3）每25mm厚度，壓力應(yīng)保持為2h，但在任何情況下不得少于2h。

（4）如為貨物壓力容器所需，并經(jīng)主管機(jī)關(guān)認(rèn)可，可在上述條件下進(jìn)行水壓－氣動(dòng)試驗(yàn)。

（5）采用較高許用壓力液貨艙的試驗(yàn)，主管機(jī)關(guān)將根據(jù)其工作溫度可予以特別考慮。但（1）的壓力要求應(yīng)完全滿足。

（6）在裝配和完工后，應(yīng)對(duì)每一液貨艙及有關(guān)的附件進(jìn)行適當(dāng)?shù)拿苄栽囼?yàn)。

考慮到施工的便利性，通常液貨艙的壓力試驗(yàn)不會(huì)在罐體吊裝后進(jìn)行，而是在建造場(chǎng)地獨(dú)立于船體進(jìn)行，在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)采用鞍座類似結(jié)構(gòu)進(jìn)行支持，以模擬液貨艙實(shí)際工況中所受載荷情況。試驗(yàn)后需要使用壓縮空氣對(duì)液艙進(jìn)行干燥。

6 密性試驗(yàn)

所有液貨艙都必須進(jìn)行密性試驗(yàn)，對(duì)此種試驗(yàn)可以與之前提到的壓力試驗(yàn)一起進(jìn)行，或單獨(dú)進(jìn)行。液貨艙密性試驗(yàn)的相關(guān)要求與船體艙室密性試驗(yàn)一樣。

7 應(yīng)力消除

對(duì)于用碳鋼和碳錳鋼制造的C型獨(dú)立液貨艙，如設(shè)計(jì)溫度低于－10℃，則應(yīng)在焊接后進(jìn)行消除應(yīng)力的焊后熱處理。但對(duì)用碳鋼和碳錳鋼制成的大型受壓容器進(jìn)行熱處理有困難時(shí)，在下列條件下，可以采用充壓方法進(jìn)行機(jī)械應(yīng)力消除，以替代熱處理。

（1）對(duì)于受壓容器的復(fù)雜焊接部件，如帶有噴管的貯槽或氣室同其相鄰的殼板，應(yīng)在將其焊到受壓容器的更大部件上之前進(jìn)行熱處理。

（2）對(duì)于機(jī)械應(yīng)力消除方法，最后應(yīng)在規(guī)則要求的靜水壓力試驗(yàn)期間采用施加一個(gè)高于本規(guī)則所要求的試驗(yàn)壓力的方式進(jìn)行，加壓的介質(zhì)應(yīng)是水。

（3）水溫可采用上述壓力試驗(yàn)要求的溫度。

（4）當(dāng)液貨艙由常規(guī)鞍座或支承結(jié)構(gòu)支持時(shí)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力消除。當(dāng)不能在船上對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力消除時(shí)，液貨艙的支持方式應(yīng)能達(dá)到與常規(guī)鞍座或支承結(jié)構(gòu)支持時(shí)同樣的應(yīng)力和應(yīng)力分布。

（5）每25mm厚度，應(yīng)保持最大應(yīng)力消除的壓力為2h，但在任何情況下均不能少于2h。

（6）試驗(yàn)程度應(yīng)證明：在應(yīng)力消除過(guò)程結(jié)束后，當(dāng)壓力再次升高到設(shè)計(jì)壓力時(shí)，在壓力和應(yīng)變之間應(yīng)達(dá)到一種線性關(guān)系。

（7）在進(jìn)行了機(jī)械應(yīng)力消除后，應(yīng)采用著色滲透活磁粉檢測(cè)對(duì)幾何形狀不連續(xù)處（如噴管和其他開口）的高應(yīng)力區(qū)域進(jìn)行裂紋的檢查。應(yīng)特別注意厚度超過(guò)30mm的板材。

（8）對(duì)屈服應(yīng)力與極限抗拉強(qiáng)度之比大于0.8的鋼材，通常不進(jìn)行機(jī)械應(yīng)力消除。如果采用一種提高鋼材延展性的方法，以提高鋼材屈服應(yīng)力，則考慮具體情況后可接受略高的比值。

（9）如果冷成形度超出要求作熱處理的限度，則不能用對(duì)液貨艙冷成形部件的機(jī)械應(yīng)力消除代替熱處理。

（10）液貨艙殼板封頭的厚度不超過(guò)40mm。如對(duì)部件進(jìn)行熱應(yīng)力消除，則可接受較高的厚度。

（11）當(dāng)液貨艙和氣室的封頭為準(zhǔn)球形時(shí)，應(yīng)特別注意防止局部屈曲。

（12）應(yīng)預(yù)先將機(jī)械應(yīng)力消除程序提交船級(jí)社認(rèn)可。

根據(jù)《規(guī)范》要求，用碳鋼和碳錳鋼以外材料的C型獨(dú)立液貨艙焊后也應(yīng)進(jìn)行熱處理。

除以上要求外，如所運(yùn)載貨品的溫度在－10℃以下，則應(yīng)設(shè)置適當(dāng)?shù)慕^熱層，以確保船體結(jié)構(gòu)溫度不會(huì)降到低于《規(guī)則》對(duì)有關(guān)鋼級(jí)規(guī)定的最低許用設(shè)計(jì)溫度?！兑?guī)則》要求保溫材料應(yīng)能適應(yīng)相鄰結(jié)構(gòu)可能施加的載荷，并且根據(jù)所處位置或環(huán)境條件的不同，保溫材料應(yīng)具有適當(dāng)?shù)姆阑鸷妥枞夹裕瑫r(shí)應(yīng)受到足夠保護(hù)，以防止水蒸氣的滲透和機(jī)械損傷?！兑?guī)范》則明確要求位于惰化處所的保溫材料可以不要求防火性，但位于開敞環(huán)境或非惰化處所的保溫材料應(yīng)有適當(dāng)?shù)哪突鹦阅芎妥枞夹裕⑶以谒斜夭牧贤獗砻婢鶓?yīng)覆蓋具有適當(dāng)?shù)突鹧鎮(zhèn)鞑ヌ匦缘牟牧稀?/p>

8 結(jié)語(yǔ)

行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)在2020年，全球液化天然氣交易量將從2012年的2.5億t增長(zhǎng)至4億t。液化氣船必將成為低迷船市中的一顆耀眼的新星。但國(guó)內(nèi)能夠建造獨(dú)立液艙的廠家很少。本文主要通過(guò)液罐建造檢驗(yàn)案例，結(jié)合公約、規(guī)范的相關(guān)要求，對(duì)液罐的檢驗(yàn)要點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)、探討，希望能為C型獨(dú)立液罐的建造檢驗(yàn)提供借鑒。

［1］國(guó)際海事組織.國(guó)際散裝運(yùn)輸液化氣體船舶構(gòu)造與設(shè)備規(guī)則［S］.北京：人民交通出版社，2006.

［2］中國(guó)船級(jí)社.散裝運(yùn)輸液化氣體船舶構(gòu)造與設(shè)備規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2006.

［3］中國(guó)船級(jí)社.材料與焊接規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2009.