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造船与海洋工程的结构设计

【摘要】:我国开发的17.5万t好望角型散装货轮,已成为国际知名品牌,已能独立制造30万t大型油轮和液化天然气船。2012年“辽宁”号航母完工和“蛟龙”号7000m深潜成功,开启了我国船舶和海洋工程结构的新篇章。目前高性能的三体舰船,广泛采用铝合金结构及搅拌摩擦焊,但腐蚀问题仍待解决。图1-10 我国建造的第一艘液化天然气船图1-11 深水半潜式钻井平台“海洋石油981”

据2011年统计,我国造船完工量7665万载重吨,占世界市场份额的45.1%,居全球首位。船舶种类繁多,品种各异。在民用船舶方面,除了散货船、集装箱船等主力船型外,已能批量建造大型液化天然气船和液化石油气船、超大型油船、大型滚装船、科考船和海洋调查船等高技术、高附加值船舶。我国开发的17.5万t好望角型散装货轮,已成为国际知名品牌,已能独立制造30万t大型油轮和液化天然气船。2012年“辽宁”号航母完工和“蛟龙”号7000m深潜成功,开启了我国船舶和海洋工程结构的新篇章。

船舶结构复杂、整体刚性大、钢材用量和焊接工作量大。焊接技术在船舶建造中占有举足轻重的地位。目前,下料工序普遍采用数控火焰及水下等离子弧切割,激光切割正扩大使用,大拼板采用多丝埋弧焊单面焊双面成形,气体保护半自动焊和自动焊广泛使用,船厂也是药芯焊丝的主要用户。德国等欧洲国家在船舶建设中还广泛采用激光焊,以舰船甲板、舱壁、壳体等结构的T形梁为例,当采用传统GMAW焊时,T形梁为双面坡口焊接,采用激光-电弧复合焊时,可以无坡口实现全熔透焊接,焊丝消耗可减少至原来的1/4至1/7,甲板焊接变形程度减小2/3,大幅降低焊接工时和焊后矫形。焊接材料消耗的减少,还能降低舰船的自重。目前高性能的三体舰船,广泛采用铝合金结构及搅拌摩擦焊,但腐蚀问题仍待解决。图1-10为我国建造的第一艘液化天然气船“大鹏昊”号,全长292m,型宽43.35m,型深26.25m,装载量为14.7万m3。该船采用保温瓶原理,货舱设计了半米厚的隔热“内胆”,其中双层绝缘箱内藏珍珠岩,有效阻隔热量传递。内壁使用0.7mm厚的殷瓦合金板,手工与自动TIG焊接,不能有任何泄露,全船焊缝长度超过100km,设计寿命40年。

勘探和开发海洋油气资源正逐步成为缓解能源紧张、增加石油天然供应的重要途径。资料显示,我国南海石油地质资源量至少为300亿吨,天然气总地质资源量约为16万亿m3,占我国油气总资源量的1/3。随着我国海洋油气事业的发展,由浅海走向深海,海洋工程装备制造业已进入黄金发展期。目前,我国已基本实现浅水油气装备的自主设计建造,深海装备制造正在取得突破。2011年我国首座自主设计建造的深水半潜式钻井平台“海洋石油981”已经顺利交付使用,钻井平台长114m,宽89m,平台正中是五六层楼高的井架。该平台自重30670t,承重12.5万t,可起降直升机,具有勘探、钻井、完井与修井作业等多种功能,最大作业水深3000m,钻井深度10000m,如图1-11所示。目前在建的超深水钻井船“大连开拓者号”,可以在水深3050m海域进行钻井作业,钻井深度12000m,储油100万桶。钻井平台采用高强度或超高强度钢厚板焊接结构,对材料的韧性和焊接性有较高要求。半潜式钻井平台多采用抗拉强度为500MPa的高强度钢,自升式钻井平台,桩腿结构多采用屈服强度大于690MPa的高强度调质钢。目前,焊接方法主要为焊条电弧焊、气体保护焊和埋弧焊。焊接过程应严格控制焊接工艺、焊接变形和尺寸精度。

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图1-10 我国建造的第一艘液化天然气船

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图1-11 深水半潜式钻井平台“海洋石油981”