本發(fā)明屬于液化天然氣船技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種液化天然氣船B型液貨艙的絕熱系統(tǒng)及其構(gòu)造方法。

背景技術(shù)：

液化天然氣(LNG)是通過(guò)將常壓下氣態(tài)的天然氣冷卻至-163℃，凝結(jié)而成的低溫液體，其主要成分為甲烷。LNG無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒且無(wú)腐蝕性，燃燒時(shí)氮氧化物和二氧化硫的排出量較少，因此被公認(rèn)為清潔能源，其需求逐年增大。LNG的體積約為同量氣態(tài)體積的1/625，重量?jī)H為同體積水的45％左右。天然氣液化后可以大大節(jié)約儲(chǔ)運(yùn)空間和成本。LNG船為液化天然氣的專用運(yùn)輸船舶，是目前世界范圍內(nèi)所有貨運(yùn)船中技術(shù)難度最高的船舶，是高技術(shù)、高難度、高附加值的"三高"產(chǎn)品。LNG船的核心部分液貨艙是獨(dú)立于船體的特殊構(gòu)造。獨(dú)立型液貨圍護(hù)系統(tǒng)是自身支持的液貨圍護(hù)系統(tǒng)，其中B型獨(dú)立液貨艙具有空間大、LNG日蒸發(fā)量小、方便安裝與維修等優(yōu)點(diǎn)。

由于LNG設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中溫度交變范圍很大(溫差可達(dá)200℃左右)，深冷和常溫交變?nèi)菀自斐蒐NG設(shè)備絕熱結(jié)構(gòu)的損壞，因此其圍護(hù)系統(tǒng)不僅要選擇性能優(yōu)良的絕熱材料，還需采用合適的鋪層設(shè)計(jì)技術(shù)，以滿足航運(yùn)安全和減少貨物損失。對(duì)于航行中LNG船的液貨艙，熱量的流入一方面會(huì)使LNG蒸發(fā)，造成LNG的損失；另一方面，LNG的蒸發(fā)會(huì)使液貨艙內(nèi)的壓力升高，當(dāng)超過(guò)貨艙承壓范圍時(shí)，會(huì)導(dǎo)致貨艙的損壞，危及LNG船及航行安全。因此，為保證LNG在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中的安全性和經(jīng)濟(jì)性，LNG船液貨圍護(hù)系統(tǒng)須采用高性能的絕熱材料以控制LNG日蒸發(fā)率，最大限度地減少運(yùn)輸過(guò)程中LNG的蒸發(fā)，以及由于溫度變化而引起的熱脹冷縮，保證船體結(jié)構(gòu)不受儲(chǔ)罐及低溫的損害。此外，在裝卸貨過(guò)程中，液貨艙溫度會(huì)在超低溫和室溫之間變化，由于絕熱材料與艙體金屬熱膨脹系數(shù)不同，絕熱結(jié)構(gòu)會(huì)因膨脹差異和熱應(yīng)力過(guò)大而破裂，這經(jīng)常成為絕熱結(jié)構(gòu)損壞的重要原因。因此，如何解決絕熱系統(tǒng)中材料熱膨脹系數(shù)差異引起的損壞問(wèn)題是目前亟待解決的問(wèn)題之一。

公開(kāi)號(hào)為CN104802937A的中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種液化天然氣船獨(dú)立液貨艙絕熱層系統(tǒng)及其構(gòu)建方法，其絕熱系統(tǒng)中是將聚氨酯泡沫(PUR)絕熱板通過(guò)粘合劑直接粘接在不銹鋼材質(zhì)的次屏壁板表面。次屏壁不銹鋼金屬的熱膨脹系數(shù)在16×10^-6K^-1左右(以304不銹鋼在-50℃為例)且隨溫度變化不大，而PUR的熱膨脹系數(shù)如圖1所示，在-165℃、-150℃、-100℃、-50℃、0℃和25℃時(shí)的熱膨脹系數(shù)分別為43×10^-6K^-1、51×10^-6K^-1、53×10^-6K^-1、62×10^-6K^-1、125×10^-6K^-1和195×10^-6K^-1，其在-165℃～25℃溫度范圍內(nèi)的平均熱膨脹系數(shù)為76×10^-6K^-1?？梢?jiàn)，PUR與金屬的熱膨脹系數(shù)差異很大，在溫度變化時(shí)可能會(huì)發(fā)生絕熱板的脫落，損壞絕熱系統(tǒng)的現(xiàn)象。并且，PUR的熱膨脹系數(shù)隨溫度變化大，因此在超低溫和常溫交變時(shí)，材料因所受熱應(yīng)力過(guò)大而可能會(huì)產(chǎn)生裂紋，從而損壞絕熱板，使保溫性能大大劣化。此外，一般的PUR耐低溫性較差，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50264《工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中將PUR推薦使用溫度限定為-65～80℃。上述結(jié)構(gòu)中PUR所處環(huán)境溫度在-163℃到室溫或者更高溫度之間，溫差很大，會(huì)造成PUR熱應(yīng)力過(guò)大，在溫度變化或者船舶晃動(dòng)時(shí)，PUR容易因熱脹冷縮而出現(xiàn)裂紋，這將大大減弱其絕熱性能。而上述專利述及的結(jié)構(gòu)并沒(méi)有考慮到絕熱板熱應(yīng)力較大可能導(dǎo)致的PUR損壞的問(wèn)題，因此需要對(duì)上述絕熱層結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。GB50264《工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦的方法是在絕熱結(jié)構(gòu)中設(shè)置伸縮縫，伸縮縫填充物采用玻璃纖維氈，并使用熱固性樹(shù)脂在四周各個(gè)方向上牢固粘結(jié)。但是此方法無(wú)法解決PUR熱應(yīng)力過(guò)大和PUR工作溫度范圍窄的問(wèn)題，因此也需要對(duì)上述方法進(jìn)行改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的是LNG船絕熱系統(tǒng)中存在的因材料熱膨脹系數(shù)差異可能導(dǎo)致的絕熱層損壞問(wèn)題和絕熱板內(nèi)外溫差較大引起的PUR熱應(yīng)力過(guò)大的問(wèn)題，提供了一種用于LNG船液貨艙的絕熱系統(tǒng)及其構(gòu)造方法。

根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種LNG船液貨艙的絕熱系統(tǒng)，所述絕熱系統(tǒng)包括主屏壁、絕熱層和保護(hù)層，所述絕熱層安裝在所述主屏壁上，所述保護(hù)層覆蓋在所述絕熱層的外表面。其中，所述絕熱層由內(nèi)向外依次包括次屏壁、絕熱板及阻水層。

優(yōu)選地，所述次屏壁安裝在所述主屏壁上，所述主屏壁為9％鎳鋼材質(zhì)，所述次屏壁為不銹鋼材質(zhì)，所述不銹鋼的熱膨脹系數(shù)在16×10^-6K^-1左右。優(yōu)選地，所述次屏壁與所述主屏壁之間具有間隙，所述間隙的距離優(yōu)選為5～10mm。所述間隙形成的通道為連通的，這樣當(dāng)主屏壁發(fā)生泄漏時(shí)，泄漏的液化天然氣可以通過(guò)間隙空間流到收集容器里。所述間隙內(nèi)充有惰性氣體，所述惰性氣體優(yōu)選為氮?dú)饣驓鍤狻?/p>

優(yōu)選地，所述絕熱板夾裝在所述次屏壁和所述阻水層之間，所述保護(hù)層覆蓋在所述阻水層的外表面。

優(yōu)選地，所述絕熱板包括泡沫玻璃板和聚氨酯泡沫板，所述泡沫玻璃板通過(guò)粘合劑粘接在所述次屏壁的表面，所述聚氨酯泡沫板通過(guò)粘合劑粘接在所述泡沫玻璃板的表面。優(yōu)選地，所述泡沫玻璃板可為單層，兩層或兩層以上疊加而成，各層之間通過(guò)粘合劑粘接。所述聚氨酯泡沫板亦可為單層，兩層或兩層以上疊加而成，當(dāng)其為兩層或兩層以上疊加而成時(shí)，各層之間優(yōu)選地還夾裝有阻水層。所述泡沫玻璃板和所述聚氨酯泡沫板的總厚度相當(dāng)，例如均為200mm。

優(yōu)選地，所述保護(hù)層為玻璃纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹(shù)脂涂層，通過(guò)粘合劑粘接在最外層的阻水層的表面，以保護(hù)整個(gè)絕熱層，所述保護(hù)層的厚度優(yōu)選在1mm左右。所述阻水層優(yōu)選為玻璃布夾鋁箔三合一薄膜，作用是增加氣密性，減弱水蒸氣滲透。

優(yōu)選地，所述絕熱層由多個(gè)較小的絕熱層板塊組成，并且由于具有多層結(jié)構(gòu)的絕熱層很難整體地、完整地覆蓋所述主屏壁。這種情況下，各相鄰的絕熱層板塊之間通過(guò)粘合劑固定填充有填充絕熱材料，以保證絕熱系統(tǒng)的隔熱性能。所述填充絕熱材料優(yōu)選為玻璃棉類軟性絕熱材料。

根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種上述LNG船液貨艙的絕熱系統(tǒng)的構(gòu)造方法，所述構(gòu)造方法包括如下步驟：

第一步，在主屏壁上焊接用于固定絕熱層的長(zhǎng)螺栓；

第二步，將對(duì)應(yīng)于所述長(zhǎng)螺栓位置而開(kāi)有螺栓孔的次屏壁安裝到所述主屏壁上；

第三步，將同樣開(kāi)有螺栓孔的泡沫玻璃板粘接于所述次屏壁上，然后將同樣開(kāi)有螺栓孔的聚氨酯泡沫板粘接于所述泡沫玻璃板的表面，形成泡沫玻璃板/聚氨酯泡沫板的復(fù)合層；或直接將已粘附好的開(kāi)有螺栓孔的泡沫玻璃板/聚氨酯泡沫板的復(fù)合層粘接于所述次屏壁上，所述泡沫玻璃板一面朝向所述次屏壁；

第四步，將所述泡沫玻璃板/聚氨酯泡沫板的復(fù)合層通過(guò)與所述長(zhǎng)螺栓配合的密封墊圈及螺母固定于所述次屏壁上；

第五步，在所述聚氨酯泡沫板的外表面粘接阻水層；

第六步，將填充絕熱材料填充進(jìn)相鄰的絕熱層板塊之間的空間，并用粘合劑固定所述填充絕熱材料；

第七步，在所述阻水層的上表面覆蓋一層保護(hù)層。

優(yōu)選地，在第三步中，當(dāng)所述聚氨酯泡沫板由兩層或兩層以上疊加而成時(shí)，各層之間優(yōu)選地夾裝有阻水層。

與現(xiàn)有的LNG船的絕熱系統(tǒng)相比，本發(fā)明至少具有如下的有益效果：

1、本發(fā)明提供的LNG船液貨艙絕熱系統(tǒng)及其構(gòu)造方法，將泡沫玻璃安裝到聚氨酯泡沫和金屬的次屏壁之間，由于泡沫玻璃與金屬的線膨脹系數(shù)接近，因而在絕熱系統(tǒng)溫度變化時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)因膨脹差異導(dǎo)致絕熱層損壞的現(xiàn)象。

泡沫玻璃(CG)的熱膨脹系數(shù)如圖2所示，在-165℃、-150℃、-100℃、-50℃、0℃和20℃時(shí)分別為3.7×10^-6K^-1、4.6×10^-6K^-1、6.35×10^-6K^-1、6.8×10^-6K^-1、8.72×10^-6K^-1和8.0×10^-6K^-1，其在-165℃～25℃溫度范圍內(nèi)的平均熱膨脹系數(shù)為6.6×10^-6K^-1，熱膨脹系數(shù)隨溫度變化很小，且與金屬的熱膨脹系數(shù)相差小。因此，當(dāng)泡沫玻璃作為鄰近金屬艙壁的絕熱保溫材料時(shí)，所處環(huán)境溫度盡管在超低溫和室溫交變相差大時(shí)，由于本身的熱膨脹系數(shù)變化不大、與液貨艙金屬材料的線膨脹系數(shù)差異小，從而會(huì)避免出現(xiàn)直接采用PUR作為艙壁鄰近絕熱層時(shí)易產(chǎn)生的脫落和結(jié)構(gòu)損壞現(xiàn)象。因此，采用以發(fā)泡玻璃作為內(nèi)層、PUR作為外層的復(fù)合絕熱層，有利于防止保溫材料絕熱性能的劣化，可大大增加絕熱層的長(zhǎng)期服役壽命。

2、本發(fā)明提供的新型LNG船液貨艙絕熱系統(tǒng)將泡沫玻璃安裝到接近-163℃的低溫處，將聚氨酯泡沫安裝到接近常溫處。經(jīng)測(cè)量，本發(fā)明的系統(tǒng)中泡沫玻璃板兩邊的溫度分別為約-163℃和約-80℃，而聚氨酯泡沫板兩邊的溫度分別為約-80℃和室溫。聚氨酯泡沫板所處環(huán)境溫差從約200℃減小到約100℃，極大減小了由溫差變化導(dǎo)致的熱應(yīng)力變化，使得絕熱系統(tǒng)更加穩(wěn)定。并且泡沫玻璃安全使用溫度范圍大，線膨脹系數(shù)隨溫度變化很小，在低溫下不會(huì)開(kāi)裂，不會(huì)引起冷脆點(diǎn)。針對(duì)泡沫玻璃絕熱性差的問(wèn)題，采用在外層安裝聚氨酯泡沫的方法來(lái)提高絕熱性能，達(dá)到保冷效果，充分發(fā)揮了兩種材料的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是聚氨酯泡沫的熱膨脹系數(shù)隨溫度變化圖；

圖2是泡沫玻璃的熱膨脹系數(shù)隨溫度變化圖；

圖3是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例的絕熱系統(tǒng)的示意圖；

圖4是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例的絕熱系統(tǒng)的立體分解示意圖。

其中，各附圖標(biāo)記分別表示：1-主屏壁；2-長(zhǎng)螺栓；3-次屏壁；4-泡沫玻璃板；5-聚氨酯泡沫板；6-阻水層；7-保護(hù)層；8-螺母及密封墊圈。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，下述的實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

如圖3和圖4所示，在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，LNG船液貨艙的絕熱系統(tǒng)包括主屏壁1、絕熱層和保護(hù)層7，絕熱層包括次屏壁3、絕熱板及阻水層6。絕熱板夾裝在次屏壁3和保護(hù)層7之間，保護(hù)層7覆蓋在阻水層4的外表面。

主屏壁1為9％鎳鋼材質(zhì)，次屏壁3為不銹鋼材質(zhì)，次屏壁3安裝在主屏壁1上。次屏壁3與主屏壁1之間的間隙距離為5～10mm，間隙內(nèi)充有惰性氣體，所述惰性氣體優(yōu)選為氮?dú)狻Ｋ霾讳P鋼的熱膨脹系數(shù)在16×10^-6K^-1左右。

絕熱板包括泡沫玻璃板4和聚氨酯泡沫板5，泡沫玻璃板4由粘合劑粘接在次屏壁3的表面，聚氨酯泡沫板5由粘合劑粘接在泡沫玻璃板4的表面。泡沫玻璃板4和聚氨酯泡沫板5的單層厚度均為200mm。

保護(hù)層7為玻璃纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹(shù)脂涂層，通過(guò)粘合劑粘接在最外層的阻水層4的表面，厚度為1mm。阻水層4為玻璃布夾鋁箔三合一薄膜。

本實(shí)施例提供的LNG船液貨艙的絕熱系統(tǒng)的構(gòu)造方法，包括以下步驟：

第一步，在主屏壁1上焊接用于固定絕熱層的長(zhǎng)螺栓2；

第二步，將次屏壁3安裝到主屏壁1上；

第三步，將兩層大塊泡沫玻璃板4粘接到次屏壁3上；

第四步，將中間粘接有一層阻水層6的兩層大塊聚氨酯泡沫板5粘接到泡沫玻璃板4的表面，并用螺母及密封墊圈8固定；

第五步，在聚氨酯泡沫板5的外表面粘接阻水層6；

第六步，將玻璃棉類軟性絕熱材料填充進(jìn)相鄰的絕熱層板塊之間的空間，并用粘合劑固定；

第七步，在阻水層6的上表面覆蓋一層保護(hù)層7。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的試驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書(shū)所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。