CN103025605A - 液化天然气货舱的腔壁结构及腔壁板材 - Google Patents

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Abstract

液化天然气货舱腔壁板材包括为了液化天然气货舱的次级腔壁而层叠的第一腔壁板材和第二腔壁板材，每个腔壁板材包括：第一金属层；第二金属层；以及玻璃纤维层，设置在所述第一金属层和所述第二金属层之间，并且通过粘合合为一体。

Description

液化天然气货舱的腔壁结构及腔壁板材
技术领域
本发明涉及运输液化天然气的液化天然气运输船或者生产并存储液化天然气的漂浮式海上结构物的液化天然气货舱的腔壁结构，具体涉及液化天然气货舱的腔壁结构及用于该腔壁结构的腔壁板材。
背景技术
通常，液化天然气（LNG）是指，将以甲烷（methane）作为主成分的天然气冷却至约-163℃、以使其体积减小1/600的无色透明的超低温液体。
运输上述的液化天然气的液化天然气运输船或者生产并存储液化天然气的漂浮式海上结构物等均具有能够针对以超低温状态被液化的液化天然气进行保存和存储的货舱。在上述的液化天然气货舱中，将隔膜用作初级腔壁，将三重板（triplex）用作次级腔壁。其中，用作次级腔壁的三重板包括：在制造过程中预先附着在隔离嵌板表面上的刚性三重板（rigid triplex）；以及通过环氧胶等粘合剂附着在上述刚性三重版上的柔韧的三重板（supple triplex）。
如图1a所示，根据现有技术的液化天然气货舱1，在船体或者海上结构物货舱1的内表面中，在底部、顶部或者侧壁上设置有预先制造的一种隔热嵌板、即隔离嵌板2。
隔离嵌板2可以包括：下部隔离嵌板2a，通过环氧粘合剂（epoxymastic）和双头螺栓（stud bolt）附着固定在如货舱1的侧壁上等；刚性三重板5，形成在该下部隔离嵌板2a的上侧；以及上部隔离嵌板2b，设置在该刚性三重板5的上部、并且平面面积小于下部隔离嵌板2a。
此外，在互相相邻的下部隔离嵌板2a之间的空间插入有玻璃棉（glass wool）材质的、具有空隙的平灰缝2c（flat joint）。
此外，在上部隔离嵌板2b之间存在用于设置顶部桥梁垫（未图示）（top bridge pad）的作业区域3。其中，在作业区域3中，柔韧或柔性三重板7将粘合层6作为媒介附着在刚性三重板5的上面。
如图1b所示，现有技术中的刚性三重板5和柔韧的三重板7为由第一层a、第二层c以及中间层b构成的夹心结构、或者形成为层叠结构的复合材料。第一层a和第二层c为玻璃纤维（glass cloth）材质，中间层b为薄膜铝材质。此时，中间层b起到液密和/或气密作用，第一层a和第二层c起到增强中间层b的作用。该第一层a和第二层c在夹着中间层b的状态下互相粘合，第一层a的外表面或第二层c的外表面向外部环境露出。
此外，将现有技术中的刚性三重板5与下部隔离嵌板2a结合之后，进行严格的质量管理，并且在向使用方交付的过程中，也进行管理并防止其发生弯曲变形，因此气体和/或液体L不会泄漏。
但是，即使对现有技术中的柔韧的三重板7进行了质量管理，但是由于所述柔韧的三重板7在被卷绕成卷材形态后，在现场将其展开并进行施工，因此泄漏气体和/或液体L的可能性会非常高。
例如，当采用柔韧的三重板7施工货舱的次级腔壁时，刚性三重板5的第二层c和柔韧的三重板7的第一层a之间会互相接合。此时，因柔韧的三重板7的制造错误或管理上的疏忽、或者因将柔韧的三重板7卷绕成卷材形态后再将其展开使用的方式，并且因层间粘合剂没有充分渗透的部分会变得更加脆弱，在第二层c和中间层b之间、或者第一层a和中间层b之间可能会形成泄漏通路，通过由此形成的泄漏通路气体和/或液体L可能会发生泄漏。会发生泄漏的部分是柔韧的三重板7的第一层a和中间层b之间。
虽未图示，假设即使在柔韧的三重板7的第二层c和中间层b之间形成因重复性热负荷等而引起的龟裂，也能通过中间层b保持货舱内部的气体和/或液体L的液密和/或气密特性，从而不会被泄漏至平灰缝2c的空隙侧或者货舱外部侧。
另外，龟裂有可能在柔韧的三重板7的第一层a和中间层b之间形成泄漏通路P1，并且有可能沿着第一层a的厚度方向形成从泄漏通路P1延伸的另一泄漏通路P2。即，在渗透至自身内部的层间粘合剂的粘度较高的情况下，或者受到重复性热负荷的情况下，因玻璃纤维和树脂之间的热膨胀系数差异而柔韧的三重板7等复合材料产生龟裂，由此可能会形成上述的泄漏通路，即泄漏通路P1和泄漏通路P2。
从而，实施以条状接合或者带状接合的施工以将液化天然气货舱的次级腔壁形成在上述图1a中所述的作业区域3时，货舱内部的气体和/或液体L会通过所述泄漏通路P1、泄漏通路P2以及平灰缝2c的空隙，向货舱外部泄漏。由此，现有的柔韧的三重板7不能发挥作为次级腔壁的液密和/或气密功能的概率较高。
例如，作为相关技术，在转让给本发明的受让人的、于2009年12月30日公开的韩国发明专利公开第2009-0132534号中公开了提高针对重复热负荷的稳定性和密闭力的液化天然气货舱的隔热结构。
发明内容
本发明的实施例提供一种腔壁结构，该腔壁结构可以防止形成液化天然气货舱的气体和/或液体的泄漏通路。
此外，本发明的实施例提供用于液化天然气货舱的腔壁结构的腔壁板材。
根据本发明的一优选实施方式，液化天然气货舱的腔壁板材包括：第一金属层和第二金属层，用于层叠以形成液化天然气货舱的次级腔壁；以及玻璃纤维层，设置在所述第一金属层和所述第二金属层之间，通过粘合合为一体。
根据本发明的另一优选实施方式，液化天然气货舱的腔壁结构包括：隔离嵌板，粘贴固定在所述货舱上，并且具有：下部隔离嵌板，夹着平灰缝互相相邻；以及上部隔离嵌板，层叠在所述下部隔离嵌板上；第一腔壁板材，附着在所述上部隔离嵌板和下部隔离嵌板之间，用于形成所述货舱的次级腔壁；以及第二腔壁板材，在所述平灰缝的上侧，粘合在所述第一腔壁板材上；所述第一板材和第二板材分别包括：第一金属层；第二金属层；以及玻璃纤维层，设置在所述第一金属层和所述第二金属层之间。
所述第一金属层和第二金属层分别由铝材质形成，并且分别具有0.03-0.2mm的厚度。
此外，所述第一金属层和第二金属层分别由不锈钢材质形成，并且分别具有0.05-0.1mm的厚度。
此外，通过用于所述次级腔壁的施工的液状型粘合剂或者在合成树脂材料膜层的表面涂布有粘合剂的粘合膜层，所述第一腔壁板材和第二腔壁板材被互相粘合。
此外，所述玻璃纤维层由作为纤维强化复合材料的预浸材料（prepreg）形成。
此外，所述玻璃纤维层具有0.15-0.4mm的厚度，以使所述第一腔壁板材和第二腔壁板材满足所述次级腔壁的机械性能。
当施工货舱的次级腔壁时，根据本发明的液化天然气货舱的腔壁结构，在第一腔壁板材的第二金属箔层和第二腔壁板材的第一金属箔层之间实现了粘合。从而，即使因发生层间粘合不良而形成了气体和/或液体可流动的通路，所述可流动的通路也无法成为气体和/或液体的泄漏通路，进而可以实现不泄漏气体和/或液体的、稳定性高的腔壁结构。
此外，本发明的腔壁板材可以提供机械性能和气密和/或液密等密闭特性显著高于现有的三重板的腔壁板材。
此外，本发明的腔壁板材通过提供用于消除在制造和操作时受损的可能性、并且可以确保柔软性的最佳的厚度数值，从而在施工货舱的次级腔壁时能够与隔离嵌板之间的段差相对应地发生弯曲，从而具有操作简单的效果。
附图说明
图1a是用于说明对现有技术中的液化天然气货舱进行施工的腔壁结构的示意图。
图1b是表示对图1a所示的腔壁结构进行施工的三重板和隔离嵌板的截面图。
图2是在根据本发明一实施例的液化天然气货舱中采用的腔壁板材的结构图。
图3是采用图2所示的腔壁板材的液化天然气货舱的腔壁结构的截面图。
图4是图2所示的腔壁板材的密闭特性图表。
具体实施方式
下面，参考图2至图4，对根据本发明实施例的液化天然气货舱的腔壁板材和腔壁结构进行详细说明。在所有附图中，相同或者类似的附图标记代表相同或者类似的组成要素。
下面的具体实施例仅用于示例性地说明根据本发明的液化天然气货舱的腔壁板材和腔壁结构，并不用于对本发明的范围加以限制。
图2是在根据本发明一实施例的液化天然气货舱的腔壁结构中采用的腔壁板材的结构图。
如图2所示，为了液化天然气货舱的次级腔壁，可以将根据本发明一实施例的液化天然气货舱的腔壁板材100制作成通过重叠薄层并合为一体的夹心结构或者层叠结构。即，本发明的腔壁板材100可以包括：与被重叠的各个薄层对应的第一金属层101、玻璃纤维层102以及第二金属层103。
为了液化天然气货舱的次级腔壁，腔壁板材100可以具有带状或者条状（strip）的薄板形状，以使其能够以层叠结构与板材层叠合为一体。
腔壁板材100的第一金属层101和第二金属层103可以由薄片形态的铝材质或不锈钢材质形成。假设第一金属层101和第二金属层103由铝材质形成时，其可以具有0.03-0.2mm的厚度。
其中，当第一金属层101和第二金属层103的厚度小于0.03mm时，在制造和操作时受损的可能性较高，从而产生销孔（pin hole）的可能性非常高；相反地，当第一金属层101和第二金属层103的厚度大于0.2mm时，板材100的柔软性急剧降低，从而在施工次级腔壁时，难以解决下部隔离嵌板（insulation）20和上部隔离嵌板21之间的段差。
此外，当第一金属层101和第二金属层103由不锈钢材质形成时，可以具有0.05-0.1mm的厚度。此时，该厚度值也可以被认为是将与不锈钢材质对应的制造、操作、解决段差等要素进行考虑之后的最佳数值。
由此，在考虑到材质、制造、操作、解决段差等情况时，关于所述第一金属层101和第二金属层103的厚度的数值相当于发挥优异的机械性能和出色的密闭特性的临界数值，即与通过下述的[表1]进行说明的现有三重板（例如，现有的试料）相比发挥出更加优异的机械性能，其中出色的密闭特性为将要在图4中说明的气密和/或液密等。
另外，玻璃纤维层102设置在第一金属层101和第二金属层103之间，并且可以通过粘合成为一体。如上所述的玻璃纤维层102可以由纤维强化复合材料、即预浸材料（prepreg）形成。此外，当以本实施例的腔壁板材100形成次级腔壁时，优选地玻璃纤维层102厚度可以为0.15-0.4mm，以使其满足较优异的机械性能和出色的密闭特性。
图3是采用图2所示的腔壁板材来构成液化天然气货舱的次级腔壁的腔壁结构截面图。
如图3所示，本发明的腔壁结构包括：隔离嵌板，粘贴固定在货舱上、并且具有下部隔离嵌板20和层叠在下部隔离嵌板20上的上部隔离嵌板21；第一腔壁板材300，附着在上部隔离嵌板21和下部隔离嵌板20之间，用于形成货舱的次级腔壁；以及第二腔壁板材310，在平灰缝22的上侧，粘合在第一腔壁板材上。其中，在相互相邻的下部隔离嵌板20之间设置有平灰缝22。
在本实施例中，将第一腔壁板材300预先附着在下部隔离嵌板20的表面、或者将其与下部隔离嵌板20的表面合为一体，从而具备刚性。然后进行严格的质量管理，并且在给使用方交付的过程中，也进行管理并防止发生弯曲变形，因此处于几乎不会形成如上所述的泄漏通路的状态。
此外，为了液化天然气货舱的次级腔壁，可以将具有柔韧性的本实施例的第二腔壁板材310制造成卷绕在辊（roll）上的形状后再将其展开并予以使用，从而通过粘合施工可以附着在所述第一腔壁板材300上。
第一腔壁板材300和第二腔壁板材310分别由第一金属层101、玻璃纤维层102以及第二金属层103形成。关于该部分，已在上面参考图2进行了详细说明。
通过适当地选择第一金属层101和第二金属层103的厚度，第一腔壁板材300和第二腔壁板材310可以分别制作成具有刚性和柔韧性的板材。换言之，通过选择上述厚度范围内的较高的值作为第一腔壁板材300的第一金属层101和第二金属层103的厚度；而相比第一腔壁板材300，选择上述厚度范围内的较低的值作为第二腔壁板材310的第一金属层101和第二金属层103的厚度，从而使其分别具有刚性和柔韧性。
此外，当在第一腔壁板材300上对第二腔壁板材310进行粘合施工时，或者当将腔壁板材的末端部互相连接以实施粘合施工时，可以将粘合层200作为媒介进行粘合。将用于通常次级腔壁的施工的液状型粘合剂涂布在第二腔壁板材310的第一金属层101上、或者涂布在第一腔壁板材300的第二金属层103上，然后通过未图示的陶瓷加热器等面状发热体进行加热和加压，从而形成粘合层200。
可选地，将在合成树脂材料膜层的表面上涂布有粘合剂的粘合膜层粘合在第二腔壁板材310的第一金属层101上、或者粘合在第一腔壁板材300的第二金属层103上，从而形成粘合层200。
根据上述的腔壁结构，当将第一腔壁板材300和第二腔壁板材310施工成液化天然气货舱的次级腔壁时，形成了第一腔壁板材300的第二金属层103和第二腔壁板材310的第一金属层101通过粘合层200互相粘合的结构。对于在第一金属层101和第二金属层103之间设置玻璃纤维层102并合为一体的第一腔壁板材300和第二腔壁板材310，如果因制造错误而产生层间粘合不良的现象时，可流动的间隙Q可以形成在第一金属层101和玻璃纤维层102之间、或者第二金属层103和玻璃纤维层102之间。
然而，即使因重复性热应力等原因导致了在现场施工的第一腔壁板材300和第二腔壁板材310中产生或者形成间隙Q或者龟裂，也不会导致货舱内部空间10的气体和/或液体L泄漏。
其原因在于：虽然货舱内部空间10的气体和/或液体L沿着间隙Q可以流动在第一金属层101和玻璃纤维层102之间、或者流动在第二金属层103和玻璃纤维层102之间，但是第二腔壁板材310的第二金属层101和第一腔壁板材300的第一金属层103以粘合层200作为媒介实现了互相接合。
假设对于粘合层200的施工不存在任何问题，通过第一腔壁板材300和第二腔壁板材310的第一金属层101和第二金属层103以及粘合层200，可以保持液密和/或气密，由此不会向平灰缝22的空隙侧泄漏，或者通过平灰缝22的空隙向货舱外部空间侧泄漏。
对于具有上述厚度值的第一腔壁板材300和第二腔壁板材310的机械性能和密闭特性进行了如下所述的实验。本实验是在常温为约25℃、极低温为约-170℃的实验条件下，基于ASTM D3039（测试速度：2.0mm/min.）的实验标准，对与本实施例的第一腔壁板材和第二腔壁板材相对应的本实施例的试料和现有试料、即用于次级腔壁的三重板进行的。通过INSTRON Corporation的万能测试机（Universal TestingMachine，简称为UTM）实验设备来进行测量出实验结果。
下述的表1表示了本实施例的试料和现有的用于次级腔壁的三重板的实验结果。由表1可以确认下述内容：与现有的用于次级腔壁的三重板相比，在常温和极低温环境下，本实施例的试料均具有较高的抗拉强度和与弹性系数对应的较高的强度。
表1
Figure BDA00002757650200081
图4根据本发明实施例的第一腔壁板材和第二腔壁板材的密闭特性的图表。
如图4所示，在热负荷次数为60次、120次、300次等重复性热负荷条件下，本实施例的试料的密闭特性几乎都不发生变化，因此可以确认其具有出色的气密特性和液密特性。
可以理解，在没有改变本发明的技术思想和必要特征的情况下，所属技术领域的技术人员能够以其他具体实施方式实施如上所述的本发明的技术构成。因此，本发明的范围应由权利要求书所确定，而不是由上述的详细说明内容所确定。应理解为，从权利要求书的意义、范围及等效的概念中所导出的所有修改或者变形形态均包含在本发明的范围内。

Claims (13)

1.一种液化天然气货舱的腔壁板材，包括：
第一金属层和第二金属层，用于层叠以形成液化天然气货舱的次级腔壁；以及
玻璃纤维层，设置在所述第一金属层和所述第二金属层之间，通过粘合合为一体。
2.根据权利要求1所述的液化天然气货舱的腔壁板材，其中，
所述第一金属层和第二金属层分别由铝材质或者不锈钢材质形成。
3.根据权利要求1或2所述的液化天然气货舱的腔壁板材，其中，
当所述第一金属层和第二金属层由铝材质形成时，分别具有0.03-0.2mm的厚度。
4.根据权利要求1或2所述的液化天然气货舱的腔壁板材，其中，
当所述第一金属层和第二金属层由不锈钢材质形成时，分别具有0.05-0.1mm的厚度。
5.根据权利要求1或2所述的液化天然气货舱的腔壁板材，其中，
在所述第一金属层或者所述第二金属层的外部涂布有用于所述次级腔壁的施工的液状型粘合剂，或者
在所述第一金属层或者所述第二金属层的外部附着有在合成树脂材料膜层的表面涂布粘合剂的粘合膜层。
6.根据权利要求1所述的液化天然气货舱的腔壁板材，其中，
所述玻璃纤维层由作为纤维强化复合材料的预浸材料形成。
7.根据权利要求1或6所述的液化天然气货舱的腔壁板材，其中，
所述玻璃纤维层具有0.15-0.4mm的厚度，以使所述板材满足所述次级腔壁的机械性能。
8.一种液化天然气货舱的腔壁结构，包括：
隔离嵌板，粘贴固定在所述货舱上，并且具有：
下部隔离嵌板，夹着平灰缝互相相邻；以及
上部隔离嵌板，层叠在所述下部隔离嵌板上；
第一腔壁板材，附着在所述上部隔离嵌板和下部隔离嵌板之间，用于形成所述货舱的次级腔壁；以及
第二腔壁板材，在所述平灰缝的上侧，粘合在所述第一腔壁板材上；
所述第一板材和第二板材分别包括：
第一金属层；
第二金属层；以及
玻璃纤维层，设置在所述第一金属层和所述第二金属层之间。
9.根据权利要求8所述的液化天然气货舱的腔壁结构，其中，
所述第一金属层和第二金属层分别由铝材质形成，并且分别具有0.03-0.2mm的厚度。
10.根据权利要求8所述的液化天然气货舱的腔壁结构，其中，
所述第一金属层和第二金属层分别由不锈钢材质形成，并且分别具有0.05-0.1mm的厚度。
11.根据权利要求8所述的液化天然气货舱的腔壁结构，其中，
通过用于所述次级腔壁的施工的液状型粘合剂或者在合成树脂材料膜层的表面涂布有粘合剂的粘合膜层，所述第一腔壁板材和第二腔壁板材被互相粘合。
12.根据权利要求8所述的液化天然气货舱的腔壁结构，其中，
所述玻璃纤维层由作为纤维强化复合材料的预浸材料形成。
13.根据权利要求8所述的液化天然气货舱的腔壁结构，其中，
所述玻璃纤维层具有0.15-0.4mm的厚度，以使所述第一腔壁板材和第二腔壁板材满足所述次级腔壁的机械性能。
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