1、散化船不锈钢液舱的结构特点与施工工艺第 23 卷第 3 期2O06 年 06 月江苏船舶JIANGSUSHIPV0l_23No.3Jun.2006散化船不锈钢液舱的结构特点与施工工艺田留群摘要介绍乙二醇及奥氏体不锈钢的特性,确定了不锈钢液舱结构形式,分析了不锈钢液舱的结构特点,叙述了奥氏体不锈钢板材的加工,装配及焊接方法的选择.从实船营运看,说明其加工,装配,焊接工艺是可靠的.关键词化学品船不锈钢液体舱2003 年某船厂为船东建造了一艘 400t 级的散装化学品船,以装运乙二醇为主,兼装醋酸(乙酸),二甲苯等.根据货品的特殊要求,货舱结构形式设计为 2 型 2G,即双壳整体重力式,其中液货舱为
2、不锈钢材料.结合所装化学品和结构材料奥氏体不锈钢的特性,联系船厂的实际情况,就不锈钢液舱的构思与施工进行探讨实践.1 乙二醇特性乙二醇又名甘醇(CHO),是一种无色透明糖浆状粘稠液体,味微甜,易燃,易吸潮,能与水,低级醇,甘油,醋酸,丙酮等化学品相混溶,能降低水的冰点,有毒,长期贮存对碳素钢有腐蚀性.相对密度1.113,凝点一 13C,沸点 197.5C,闪点 116cI=(闭杯), 自燃点 400C,爆炸极限( 下限)3.2%.其危险特征:可燃,遇明火,高温,强氧化剂有发生火灾的危险.从乙二醇的理化特性来看,属微毒的低危险性化学品,要解决好防泄漏,防污染问题.它主要用作生产涤纶的原料,纯度高
3、,价格昂贵.根据规范及船东的要求,本船采用奥氏体不锈钢作为乙二醇液舱的结构材料.2 奥氏体不锈钢的一般特性不锈钢的主要特点是在空气中(常温下)能保持高的化学稳定性,抗腐蚀性能好,并有优良的机械性能-o 不锈钢按其成分可分为以铬为主和以铬镍为主的两大类.前者基本类型为 Crl3,后者基本类型为 Crl8Ni9;前者的金相组织为马氏体 ,而后者为奥作者介绍:田留群 1998 年毕业于武汉理工大学,现工作于泰州市地方海事局,工程师.收稿日期:2oo50929氏体.奥氏体不锈钢比其他系列不锈钢具有更优良的耐腐蚀性,耐热性,加工性和可焊性,使它在石油工业,化学工业,造船工业,食品工业等部门得到广泛的应用
4、.含碳量很低的(0.03%)奥氏体不锈钢具有良好的抗晶间腐蚀性能.晶间腐蚀是奥氏体不锈钢危险的一种破坏形式,它的特点是腐蚀沿晶界深人晶间内部,在外形毫无变化的情况下使结构遭到突然破坏.晶间腐蚀常出现在焊缝热影响区,有时焊缝中也有出现.晶间腐蚀与钢本身含碳量及碳化物元素有关,加热是晶间腐蚀必须具备的条件,增加钛或铌的含量可消除碳对晶间腐蚀的有害作用.故可从焊接工艺和焊接材料选择方面去防止晶间腐蚀.不同组织状态的不同钢种,其物理性能的差异较大.一般说,合金元素越多,导热性能越差,膨胀系数和电阻越大.奥氏体不锈钢导热系数约为船用碳素钢的 1/3,线膨胀系数比船用碳素钢约大 20%,电阻约为船用碳素钢
5、的 4 倍.乙二醇液舱结构设计和施工工艺应充分考虑奥氏体不锈钢的上述特性.3 不锈钢液舱结构形式的选择2001 年内河散装运输危险化学品船舶构造与设备规范对不同化学品提出了最低要求.从适装性,经济性等方面综合考虑,本船选择船型为 2 型,舱型为 2G 型.对于 2 型船舶,液货舱任何位置离船体外板的距离都不应小于 760ram,且在液货舱区域内均应设置双层底.对于 2G 舱型,即为整体重力液舱,液舱结构为船体结构不可分割的一部分,且以相同方式与邻近船体结构承受相同的载荷,参加船舶总强度计算.如采用 1G 舱型,即独立重力舱的结构形式,不与船体结构相接触,对船体结构的完整性不是必不可少的.1G
6、舱型虽然能适装更多的化学品种,独立不锈钢液舱的施工质量容易保证,但由于货舱区第 3 期田留群:散化舭不锈钢液舱的结构特点与施工工艺 7双层底的设计以及为了主船体结构强度的满足,需要增加造船成本.本船选择采用双壳整体式结构,基于 3 点考虑:(1)液舱舱容可较独立式液舱舱容为大,货舱区利用率高,营运经济效益高.(2)液舱参与总强度计算,节约主船体建造材料,构成整体液舱周界的底板和侧板可作为货舱双层底结构的内底板和双壳结构的内舷板.(3)为货主的利益着想,在保证乙二醇不被污染的同时,液舱在卸货后留得残液最少;从船东利益考虑,舱容大,液舱便于装卸,容易清舱.本船采用整体式的结构形式,液舱部分的奥氏体
7、不锈钢不可避免地要与船体部分的碳素钢焊在一起,主要表现在:不锈钢板与甲板,内舷骨架,内底骨架的焊接.我们必须充分考虑不同材料的使用和焊接对结构受力的影响及防蚀问题.因为异种钢之间的焊接会扩大晶间腐蚀的危险倾向,后果严重的可能会危及船体总强度.4 不锈钢液舱的结构特点(1)用船用碳素钢型材作平面舱壁扶强材.不锈钢液舱实际上是奥氏体不锈钢与船用碳素钢两种不同钢种通过焊接使其在结构中各自起着不同作用的异种钢结构.奥氏体不锈钢作为整体舱的舱壁板,保证乙二醇不被污染;船用碳素钢角钢用作舱壁扶强材,焊于奥氏体不锈钢箱体外侧,保证了舱壁的结构强度.(2)用碳素钢槽钢桁材加强角钢扶强材.在舱壁平面上与扶强材相
8、垂直的方向,用碳素钢槽钢桁材”骑焊”在角钢扶强材上 ,予以加强,减少了异种钢之间的装配与焊接.(3)利用船体结构本身加强槽钢桁材.(4)不锈钢液舱周界与船体外板卡勾成隔离空间,可作为压载水舱但应采取特殊的防护措施减少双金属的接触腐蚀.5 奥氏体不锈钢板材的n-r-与装配奥氏体不锈钢板材与船用碳素钢板材一样,直线下料可用剪板机剪切一次成功.遇到曲线部分以及装配现场的下料,开孔等问题,则需用等离子切割完成,因为氧乙炔割炬不能切割不锈钢.碳弧气刨则用来清根与返修,但必须用砂轮打磨干净再焊,否则一旦产生粘渣,将显着增加焊缝金属的含碳量,影响不锈钢焊接质量.大面积的整板拼接,不仅要求钢板边缘的直线性,而
9、且要求钢板纵边与横边的垂直度.这就需要用铣边机对钢板边缘进行机械加工或用等离子切割.液舱结构中,除了平板外,还有折边构件等冷加工件,奥氏体不锈钢的冷加工性能较好,但要注意加工压力和回弹量与普通碳素钢不同.在装配过程中应特别注意:(1)安装构件时尽量少用” 卡马”.(2)”卡马 ”的材料应与钢板的材料相同.(3)定位焊的焊接材料应与正式焊的相同.(4)”卡马 ”必须用碳弧气刨或等离子切割除去,不得用锤切方法取下.6 奥氏体不锈钢焊接方法的选择6.1 奥氏体不锈钢之间的自动埋弧焊奥氏体不锈钢板之间的对接缝,最好采用自动埋弧焊,可减少焊缝的热裂纹倾向和晶间腐蚀倾向,减少焊接变形,且成型美观,效率高,
10、焊接质量好.6.2 奥氏体不锈钢之间的手工电弧焊船舶焊接过程中,有些部位自动焊无法施展,只能采用手工电弧焊.手工电弧焊特有的优点是焊接电流小,能全位置焊接,不需要专门设备,方便灵活,所以在奥氏体不锈钢结构施焊中,手工电弧焊应用最普遍.由于奥氏体不锈钢线膨胀系数大,在自由状态下焊接容易产生焊接变形.为此,焊接时要使能量集中,宜采用小电流,窄焊道,短弧焊,快速焊,直线运条.6.3 奥氏体不锈钢与碳素钢之间的手工电弧焊异种钢焊接要比同种钢焊接复杂得多,最突出的问题是使用的安全性,裂纹,变形,晶间腐蚀等倾向都要比同种奥氏体不锈钢大.奥氏体不锈钢与碳素钢之间焊接方法的选择,首先要考虑对焊缝金属稀释影响程
11、度.焊接时应尽量降低稀释率,减少母材对焊缝金属的冲淡作用.手工电弧焊的优点之一是工艺灵活稀释少,而且稀释率的变化范围小,使焊缝的化学成分比较稳定,所以异种钢间的焊接常常选择手工电弧焊.铬镍不锈钢为奥氏体,碳素钢为珠光体加铁素体.为了克服碳素钢母材中珠光体的稀释作用,必须增加焊缝中奥氏体形成元素和能与碳亲和的元素,通常选用含镍量大,并含有稳定元素钛和铌的奥氏体焊接材料,如 A302 焊条.7 结语(1)通过船厂的建造实践,( 下转第 18 页)l8 江苏船舶第 23 卷驳阀箱整体组装后作 1.25MPa 压力试验,不应渗漏.气动控制调驳阀箱经实船应用,体现出以下技术优势和特点:(1)组装式结构,
12、便于施工现场安装,避免了大通径,大吨位整体铸造调驳阀箱的运输和安装施工困难.,下 1,lJIi_I一I 丁 _l-_:_1.搭焊钢法兰 2.无缝钢管本体 3.钢质机制弯头及短管 4.气动蝶阀图 2 气动控制调驳阀箱(2)本体由无缝钢管,钢质机制弯头和搭焊钢法兰焊接组装而成,与铸造整体式调驳阀箱相比较,具有造价低和施工效率高的特点,适合船舶,石油和化工等行业大规模管道专业施工配套.(3)利于标准系列化设计与产业化生产,根据不同用途和控制方式优化设计为二联,三联和多联式单排左式和右式,手动截止阀式,手动截止止回阀式,手动闸阀式,手动蝶阀式,电动蝶阀式和气动蝶阀式等结构形式,在替换不同的密封材料,调
13、整阀箱本体壁厚和表面热处理的状态下,可满足船舶,石油,化工等行业管道系统的机旁手动和远程气动以及电动控制压载水,油料和天然气等流动介质的调驳和输送作业.(4)阀箱本体各部件为优质碳素钢材料,焊接和热处理性能优良,容易进行内外表面的镀锌,磷化和涂塑处理,适宜不同行业管道系统应用.(5)根据行业及用途,调驳阀箱各进出接口可配套 CB,GB,ISO 等行业和国家标准法兰,满足国内外航行船舶和石油化工等行业的应用条件.(6)在各种标准中,尚无等同形式的组装式调驳阀箱标准,在气动控制调驳阀箱产品设计基础上,进行各种规格系列的优化设计和标准化编制后,可弥补行业和国家标准化的空白,有利于国民经济的发展.(7
14、)具有设计新颖,结构紧凑,体积小,质量轻,占地面积小,管材消耗低,维护方便和阀件集中操作管理的特点.3 结语.气动控制调驳阀箱设备具有设计新颖,结构紧凑,体积小,质量轻,管材消耗低,阀件集中操作管理的特点.经装船实际应用,其优良的操纵性和适航性等综合技术性能得到用户广泛的好评,目前该调驳阀箱产品已在部分船舶实际运营中得到推广应用.(上接第 7 页)从设计图纸审查,工艺认可,焊工培训,现场检验等,较好地解决了不锈钢液舱的施工难题,整体式不锈钢液舱的设计构思是合理的.从实船营运情况看,不锈钢液舱尚未发现有晶间腐蚀等倾向,说明其加工,装配,焊接等工艺方法是可靠的.同时,也可以运用到方箱型独立式不锈钢液舱的建造中.(2)目前内河散装化学品船的建造方兴未艾,为保证建造质量,对于一些乡镇造船厂应结合自身技术力量和实际施工条件,充分认识并解决好建造过程中存在的技术难题.
