船上封閉式熱水艙夾層保溫材料設計與建造探討

陳日輝，蔣 勝，陳耿堅

（中船黃埔文沖船舶有限公司，廣州511462）

1 前言

某6 000 HP 深水供應船是一型適用于中國沿海海域以及中國南海等海域海洋石油勘探和開發服務，能為海上石油鉆采平臺運送生產物資、設備、液貨材料及生活物資，并且能提供救援、守護、對外消防等服務的平臺供應船。

該船需要用熱水艙的熱水對泥漿艙和鹽水艙進行清洗，從而需要設置一個能夠長時間高效率保溫的熱水艙。由于該船的熱水艙周圍空間狹小，布置緊湊，熱水艙設計采用內膽形式，導致內外膽之間保溫材料按照常規敷設保溫絕緣棉的方法不適合，因此需要找到一種用于封閉式熱水艙夾層保溫材料的施工方法。

本文詳述一種封閉式熱水艙夾層保溫材料的設計和施工方法，提高設計及安裝水平，降本增效，為類似船舶熱水艙夾層保溫材料的施工建造提供參考。

2 封閉式熱水艙夾層保溫材料的施工方法

針對以上問題，本設計提供一種在封閉式熱水艙中能采用現場發泡聚氨酯泡沫保溫材料進行保溫的施工方法。由于熱水艙周圍艙室安全要求較為嚴格（見圖1），因此不能從外面打孔，只能從保溫隔層內膽六個里面打孔發泡注入（見圖2、圖3、圖4）。根據保溫材料的特殊性質及發泡發熱的特點，制定了一種特殊的封閉熱水艙夾層保溫材料的施工方法。

圖1 封閉式熱水艙平面布置示意圖

圖2 封閉式熱水艙三維示意圖

聚氨酯泡沫體是一種具有保溫與防水功能的新型合成材料，是以異氰酸酯和聚醚為主要原料，在發泡劑、催化劑、阻燃劑等多種助劑的作用下，用專用設備混合，經高溫噴涂現場發泡而成的高分子聚合物，是目前保溫材料中導熱系數較低的，其具有容重小、彈性好、施工簡便等特點，還具有透氣、吸塵、吸油等性能，缺點是聚氨酯泡沫使用溫度不高、氧指數較低、易燃、燃燒分解有毒氰化物。聚氨酯泡沫材料與巖棉相比，具有不易導熱、容量輕等優點，見表1。

表1 硬質聚氨酯泡沫塑料與巖棉參數比較

具體施工方法如下：

（1）施工前，所有充泡區域內外的氣割、燒焊、火工等熱工作業均需完畢和報驗驗收通過；

（2）施工程序是首先在熱水艙的內膽的前后左右上下六個面上均勻地鉆若干個填充小圓孔（見圖3）；鉆孔大小必須滿足聚氨酯發泡槍口通過（見圖4）；鉆孔位置在相鄰兩道骨材的中間，相鄰每兩個孔的距離要滿足聚氨酯泡沫的噴射范圍；鉆孔完畢后，進行發泡聚氨酯泡沫填充；發泡填充完畢后，現場用圓板把施工用的小圓孔回封連續焊，焊縫保證水密性；

圖3 封閉式熱水艙內膽表面鉆孔示意圖

圖4 封閉式熱水艙施工原理示意圖

（3）內膽六面鉆孔完成后，發泡的施工順序依次為：首先填充發泡內膽底部空間，再到四周的內膽空間，最后到內膽上部的空間；從每一個通孔依次擴散到整個空間，最后直至內膽每一個面的全部通孔；

（4）噴涂泡沫是一層層堆積起來的，每次噴涂的厚度一般為10 ～ 30mm，單次噴涂上去后需等熱量消耗后再噴涂第二層；每次噴涂量的多少將直接影響保溫效果，單次噴涂太薄，泡沫塑料的密度增大；單次噴涂厚度過大，則化學反應熱難以發散，容易產生堆積、燒芯變形及開裂現象；

（5）內膽空間六面發泡完成后，把內膽里面的聚氨酯泡沫廢棄物清潔干凈，凸出熱水艙內膽的聚氨酯成型泡沫用鏟刀鏟掉，使其與內膽表面持平，接下來就可以進行補板焊接工作；

（6）進行補板焊接時，考慮到夾層里面的聚氨酯受熱容易燒蝕，因此圓補板焊接時不宜過焊，圓補板與內膽鋼板焊接要迅速準確，焊縫一次成型，保證內膽焊接完成后的水密性，使得熱水艙內膽與夾層密封隔離。

3 施工方法的效果

與現有的保溫絕緣的敷設方法相比，上述封閉熱水艙夾層保溫材料的施工方法的優點為：

（1）勞動強度小、施工簡單

船廠僅需要安排一人用工具進行鉆孔與補板的焊接工作即可；由于噴涂發泡施工過程不需要模具，勞動生產率高，并且噴涂完成的硬質聚氨酯泡沫塑料成型好，具有絕佳的保溫絕熱效果，還具有一定的防水性能，得到船東和船檢的一致認可；

（2）所需工作空間較小

敷設傳統的巖棉或者玻璃棉等棉氈材料需要施工人員進入艙壁一邊進行燒焊碰釘、搬焊機拉焊線，所需的工作空間至少要半米以上；而聚氨酯發泡僅需要空間厚度較薄的聚氨酯噴注結構夾層即可，有利于減少占用機艙等空間；

（3）避免作業者身體受到損害

傳統的保溫絕緣面含有巖棉、玻璃棉等，粘到皮膚上容易發癢，吸入呼吸道容易引發呼吸道疾病，影響施工人員身體健康，導致施工效率低下，并且通過強電流進行燒碰釘燒焊也容易導致觸電問題的發生；而采用發泡式的封閉式熱水艙保溫材料的施工，則可以避免保溫材料與人體的接觸，從而保障作業者身體不被傷害；

（4）縮短施工時間

傳統的保溫絕緣施工需要碰釘燒焊、敷設安裝絕緣等工序，以一個內膽容積為3 mx4 mx4 m熱水艙為例，敷設絕緣完成時間需要2 天；而采用發泡聚氨酯的封閉式熱水艙夾層保溫材料的施工方法，包括鉆孔發泡和封板回焊，僅需要半天就可完成，極大地縮短了施工時間；

（5）保溫材料附著力強

傳統保溫絕緣棉敷設完成后，由于受到船舶振動等的影響，絕緣棉絮容易散落漂浮到空氣中，并且不易發現，一旦呼吸進入肺部，容易對人體產生不可逆轉的傷害；而發泡式聚氨酯由于質量非常輕，易于一體成型，對鋼壁的附著力強，即使受到船舶振動等影響也不會脫落掉渣，相較于傳統的保溫絕緣棉性能相當優異；

（6）減輕船舶重量

聚氨酯密度較小，大面積發泡于保溫艙四周圍壁的重量，比敷設同樣面積的保溫棉重量減輕很多,以容積3 mx4 mx4 m 熱水艙為例，可以減少重量40 kg。倘若熱水艙或者保溫艙的容積很大，減少的重量相當可觀。

4 施工過程需要注意的事項

（1）施工溫度要適宜

聚氨酯泡沫發泡對施工溫度要求極高，要求環境溫度與待噴物體的表面溫度的范圍是15 ℃～35 ℃。若溫度過低，泡沫塑料容易從物體表面脫落，而且泡沫塑料的密度明顯增大；溫度在15 ℃～25 ℃范圍內，泡沫塑料的密度沒有明顯變化，較為合適；

（2）施工物體表面需清潔干燥

需清除待噴涂物體表面的水汽，需用熱風烘干，否則泡沫塑料的脆性增大，且影響與物體表面的粘接性，容易脫落，影響保溫效果；

（3）施工完成后禁止該區域熱工作業

由于聚氨酯材料受熱容易收縮與燒蝕，因此聚氨酯材料成型完成后，應禁止在熱水艙的內外膽壁上進行燒焊火工作業，以免影響以后的保溫效果；

（4）施工主甲板面上設備需考慮可拆性

熱水艙主甲板面上的真空裝卸系統刀閥、真空壓力罐、液壓絞盤、折臂吊等，其安裝設計需考慮不影響熱水艙的夾層保溫工程，或安裝前期考慮可拆性等，或者待填充孔補孔工作結束后再回裝設備。此外，熱水艙周圍的機艙壁、外板等表面的燒焊動火作業需提前做完，然后再進行熱水艙的夾層保溫材料施工。

5 結束語

通過實施本項目的設計及施工方法研究，找到了船上封閉式熱水艙內膽、外膽之間填充保溫材料設計與施工的一種高效、便捷的建造工藝。解決了海工船舶布置緊密，結構緊湊，空間小，其熱水艙保溫材料與施工難等問題。促使船舶建造企業有信心有能力滿足船東提出的建造要求，并且保質保量完成建造任務，在船舶建造市場贏得先機。