C型獨立液貨艙的制造與檢驗

蔡紅玲

（中國船級社南京分社 南京 210011）

C型獨立液貨艙系指符合受壓容器標準的獨立液貨艙，其設計蒸氣壓力應按照《國際散裝運輸液化氣體船舶構造與設備規則》（以下簡稱《規則》）［1］中的計算公式給出，設計壓力通常為0.5～1.8MPa，主要應用于全壓式和半冷半壓式液化氣船。它不構成船體結構的一部分，對船體強度不起作用，通常為圓柱形，為配合船型布置，也可設計為雙體形、錐形、球形等。

鑒于液化氣的可燃、有毒、腐蝕、化學反應、低溫及高壓等危險特性，《規則》和《散裝運輸液化氣體船舶構造與設備規范》（以下簡稱《規范》）［2］中對C型獨立液貨艙在材料焊接、制造工藝、無損檢測、密性試驗與壓力試驗、應力消除等方面均進行了嚴格規定。此外，根據《規則》，C型獨立液貨艙應視為壓力容器的一種，還應滿足《規則》《規范》《材料與焊接規范》［3］（以下簡稱《材料規范》）中關于壓力容器的相關要求。本文結合某半冷半壓式液貨艙的建造檢驗工作，就液貨艙材料焊接、制造工藝、無損檢測、密性試驗與壓力試驗、應力消除等方面，對應《規則》《規范》《材料規范》的相關要求進行探討。

1 材料與焊接

1.1 材料

《規則》鑒于液化氣的危險特性，根據不同設計溫度對獨立液艙材料的化學成分和力學性能提出了明確要求，同時，明確提出主管機關也可以接受化學成分或力學性能與規定不同的材料。如采用非常規材料，通常的做法是在參考現有產品基礎上，對液貨系統工作原理、設計方案以及選材進行綜合評審。目前國內建造的液艙多使用進口錳鋼，如13MnNi6。

1.2 焊接

（1）焊接工藝。在液艙制造前須進行板材的焊接工藝認可評定，主要包括以下內容：①焊縫橫向拉力試驗；②熔敷金屬拉力試驗；③焊縫橫向彎曲試驗；④焊縫縱向拉力試驗；⑤V形缺口沖擊試驗，焊接規范外的材料，試驗溫度參考載運液化氣的技術資料；⑥主管機關可要求對焊縫進行宏觀斷面、微觀斷面以及硬度測定的檢驗。

（2）焊縫試驗。除焊接工藝認可評定外，還要對液艙焊縫進行產品焊縫試驗。通常按每50 m對接焊縫進行一次產品焊縫試驗，且能代表各個焊接位置。試驗內容包括：彎曲試驗，必要時還應進行沖擊試驗；焊縫橫向拉力、縱向拉力試驗。環縫一般可不需焊制試樣，但如筒體上僅有環縫或環縫與縱縫所采用的工藝差別較大時，則應焊制環縫模擬試件。通常，產品焊縫試樣在制作時，要求與同位置液艙焊縫由同一焊工，在同一時間段進行施焊。

2 無損檢測

在無損檢測方面，對液艙焊縫的要求要比船體焊縫的要求高得多：對接焊縫100%進行射線檢查；對所有焊縫的10%及開孔和噴管等周圍加強環的100%進行表面裂紋檢查。如經主管機關特別認可，可以超聲波檢查代替部分射線檢查。此外，主管機關可要求對開孔和噴管周圍的加強環焊縫進行全部超聲波檢查。

如主管機關在考慮了諸如所使用的材料、設計溫度、材料制造時的韌性轉變溫度、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損探傷試驗：在對接焊縫全長度上均勻選取至少10%的長度和所有焊接交叉處的接頭進行射線檢查；開孔、噴管等周圍加強環焊縫的100%進行表面裂紋檢查。但在這種情況下，所采用的焊接有效系數應不大于0.85。

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

另外，如在殼體外焊接一些支撐結構，其與殼體的周焊縫應進行100%表面裂紋檢查，以防止表面裂紋的存在導致殼體的損壞。

與此同時，獨立液艙制造亦需兼顧壓力容器的標準，其焊縫的無損檢測驗收標準見表1。

表1 焊縫的無損檢測驗收標準

3 制造與工藝

3.1 加工工藝

建造過程中，板材處理需要注意以下幾點：

（1）所有液艙用板在套料前均需進行100%UT檢測。

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

（3）成形后應考慮適當消除應力的熱處理，此項熱處理可結合焊后熱處理一起進行。

如筒體內徑與壁厚比大于或等于20，可不必進行熱處理。

3.2 拼接工藝

（1）柱形受壓殼體對接焊縫的兩板面之間，于任何一點上的錯邊應不大于板厚的10%，且對縱縫應不超過3mm，對環縫應不超過4mm。

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

（3）如殼體縱向系由不同厚度的板制成時，則應使其各自板厚的中心線形成一個連續的圓。對于環縫，如整個周向板厚的厚度差是相等的，則較厚板的邊緣應以機加工削斜，斜邊的寬度不小于厚度差的4倍，使2板邊沿在環縫處具有相等的厚度。如半球形封頭與筒體對接焊時，則筒體部分應削斜過渡至端板，并使筒體的削斜部分和焊縫成為半球形封頭的一個環段。如半球形封頭留有直邊與筒體對接焊時，則直邊部分的厚度應不小于無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，封頭和筒體沿整個圓周的厚度差均相同時，則較厚的板應削斜，削斜的長度不小于厚度差的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度的一部分。在周向焊縫處的板厚，在任何情況下，應不小于相同直徑和材料的筒體所要求的厚度。當焊縫寬度足以使焊縫表面形成上述規定的斜面過渡時，母材表面允許不進行削斜處理。

4 偏差控制

除以上注意事項外，還應嚴格控制下列制造和工藝質量的偏差，這些偏差都與IGC規則要求的屈曲分析有關。

（1）受壓筒體在制造完工、最終熱處理前及后應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得的最大和最小的內徑相差值。

（2）在測量筒體不圓度時，允許將筒體平放或豎放。平放測量時，應將筒體繞其縱軸轉動，每90°測量直徑1次，每一直徑2次測得的值應加以平均，然后求得該筒體的不圓度數值。

（3）筒體外形輪廓偏差（局部不圓度）是以具有理論輪廓的設計型線量規測得的筒體實際輪廓與理論輪廓的偏差。測量時，用量規在內側或外側測量與筒體實際輪廓的差值。測量所用的設計型線量規的弦長等于筒體名義內徑的1／4。受壓容器外形輪廓偏差和筒體不圓度均應符合表2的規定。

表2 筒體不圓度偏差

（4）受壓筒體焊接后實際的外部周長和計算的理論周長的偏差值應不大于表3的規定。

表3 筒體外周長偏差

5 密性與壓力試驗

（1）當液艙制造完成后，應對其進行水壓試驗，試驗時在液艙頂測得的壓力應不小于1.5倍設計蒸氣壓力，但在壓力試驗期間的任何情況下，對任意點計算所得的主膜應力不超過材料屈服應力的90%。為了確保滿足上述條件，若計算表明主膜應力超過屈服強度的75%，則在原型試驗時，應采用應變儀或其他合適的設備加以監測，但對簡單的圓柱型或球型的受壓容器可予除外。

（2）試驗時所采用的水溫至少應比所有材料的韌性轉變溫度高出30℃。

（3）每25mm厚度，壓力應保持為2h，但在任何情況下不得少于2h。

（4）如為貨物壓力容器所需，并經主管機關認可，可在上述條件下進行水壓－氣動試驗。

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

（6）在裝配和完工后，應對每一液貨艙及有關的附件進行適當的密性試驗。

考慮到施工的便利性，通常液貨艙的壓力試驗不會在罐體吊裝后進行，而是在建造場地獨立于船體進行，在進行試驗時，應采用鞍座類似結構進行支持，以模擬液貨艙實際工況中所受載荷情況。試驗后需要使用壓縮空氣對液艙進行干燥。

6 密性試驗

所有液貨艙都必須進行密性試驗，對此種試驗可以與之前提到的壓力試驗一起進行，或單獨進行。液貨艙密性試驗的相關要求與船體艙室密性試驗一樣。

7 應力消除

對于用碳鋼和碳錳鋼制造的C型獨立液貨艙，如設計溫度低于－10℃，則應在焊接后進行消除應力的焊后熱處理。但對用碳鋼和碳錳鋼制成的大型受壓容器進行熱處理有困難時，在下列條件下，可以采用充壓方法進行機械應力消除，以替代熱處理。

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

（2）對于機械應力消除方法，最后應在規則要求的靜水壓力試驗期間采用施加一個高于本規則所要求的試驗壓力的方式進行，加壓的介質應是水。

（3）水溫可采用上述壓力試驗要求的溫度。

（4）當液貨艙由常規鞍座或支承結構支持時，應對其進行應力消除。當不能在船上對其進行應力消除時，液貨艙的支持方式應能達到與常規鞍座或支承結構支持時同樣的應力和應力分布。

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

（6）試驗程度應證明：在應力消除過程結束后，當壓力再次升高到設計壓力時，在壓力和應變之間應達到一種線性關系。

（7）在進行了機械應力消除后，應采用著色滲透活磁粉檢測對幾何形狀不連續處（如噴管和其他開口）的高應力區域進行裂紋的檢查。應特別注意厚度超過30mm的板材。

（8）對屈服應力與極限抗拉強度之比大于0.8的鋼材，通常不進行機械應力消除。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，則不能用對液貨艙冷成形部件的機械應力消除代替熱處理。

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

（11）當液貨艙和氣室的封頭為準球形時，應特別注意防止局部屈曲。

（12）應預先將機械應力消除程序提交船級社認可。

根據《規范》要求，用碳鋼和碳錳鋼以外材料的C型獨立液貨艙焊后也應進行熱處理。

除以上要求外，如所運載貨品的溫度在－10℃以下，則應設置適當的絕熱層，以確保船體結構溫度不會降到低于《規則》對有關鋼級規定的最低許用設計溫度。《規則》要求保溫材料應能適應相鄰結構可能施加的載荷，并且根據所處位置或環境條件的不同，保溫材料應具有適當的防火和阻燃性，同時應受到足夠保護，以防止水蒸氣的滲透和機械損傷。《規范》則明確要求位于惰化處所的保溫材料可以不要求防火性，但位于開敞環境或非惰化處所的保溫材料應有適當的耐火性能和阻燃性，并且在所有保溫材料外表面均應覆蓋具有適當低火焰傳播特性的材料。

8 結語

行業數據顯示，預計在2020年，全球液化天然氣交易量將從2012年的2.5億t增長至4億t。液化氣船必將成為低迷船市中的一顆耀眼的新星。但國內能夠建造獨立液艙的廠家很少。本文主要通過液罐建造檢驗案例，結合公約、規范的相關要求，對液罐的檢驗要點進行總結、探討，希望能為C型獨立液罐的建造檢驗提供借鑒。

［1］國際海事組織.國際散裝運輸液化氣體船舶構造與設備規則［S］.北京：人民交通出版社，2006.

［2］中國船級社.散裝運輸液化氣體船舶構造與設備規范［S］.北京：人民交通出版社，2006.

［3］中國船級社.材料與焊接規范［S］.北京：人民交通出版社，2009.