模块化建造技术在 LNG 船建造中的应用研究

1 引言

LNG船是运输天然气的主要工具，其功能和结构有着显著特点；LNG船往往采用双壳结构，此种结构设计可以提供双重保护，提高船舶的可靠性与安全性。在LNG船航行过程中，如果外层船壳遭受意外撞击或损坏，内层船壳仍然可以有效避免货物泄漏，确保运输安全。与此同时，双壳结构还发挥着隔热作用，减少外界热量传入货舱，有利于保持货物的低温状态。

2 模块化建造技术的优势

在提高建造效率方面，在进行模块预制时，因为工厂有着稳定的生产环境以及专业的生产设备，能够实现规模化、连续化生产。相较于传统的LNG船建造方式，工厂内的生产不会受到场地、天气等因素造成的影响，确保生产的有序进行。自动化焊接设备能够快速完成大量焊接工作，且焊接质量稳定可靠，与人工焊接方式相比，焊接效率大大提高。与此同时，还可采用流水线作业的形式，科学安排模块的所有生产环节，显著提高生产效率。

在保障建造质量方面，工厂内有着相对稳定的生产环境，在生产时可进行严格的质量控制。在模块预制过程中，通过先进的检测技术与高精度的加工设备，实时监测和控制模块的焊接质量、尺寸精度以及设备安装精度等。利用自动化加工设备，能够保证模块的零部件尺寸误差控制在极小的范围内，提升模块的装配精度；利用无损检测技术，对焊接部位展开全方位检测，及时发现且修复焊接缺陷，确保焊接质量达到标准要求。

3 模块化建造技术在LNG船建造中的应用

3.1 模块划分

在LNG船建造过程中，模块划分的常用方法主要有结构分解法、功能分析法以及施工流程分析法等。结构分解法是结合船体的结构特征，将船体结构根据相应的规则予以划分，如根据甲板、舱室、舱壁等结构单元实施划分。针对LNG船的双层壳体结构，可以将内层壳体、外层壳体以及其间的隔热层分别划分成不同的模块，如此便于隔热材料的安装。功能分析法基于船舶的功能需求，将整个船舶系统根据功能层次实施分解，明确所有功能模块的界线与接口。在对LNG船的货物处理系统进行划分时，可以将其分解成LNG储罐模块、气化模块、输送管道模块等，各模块负责不同的功能，经过精准设计的接口实现各模块的连接与协同工作。施工流程分析法主要是根据LNG船的建造流程，将建造过程划分成不同阶段，各个阶段所涵盖的工作内容划分成对应的模块。在LNG船建造初期，可以将船体分段制造划分成数个模块，在后期将设备安装和舾装工作划分成不同模块，让整个施工建造过程更加有序。

3.2 模块设计

为了提高模块性能和减少建造成本，优化模块设计极其重要。从结构优化角度来看，利用有限元分析等先进技术，对模块结构展开模拟与分析，精准发现结构中的薄弱环节，通过对结构的尺寸、形状以及材料分布进行调整，在确保结构强度及稳定性的基础上，减轻模块重量、减少材料成本。针对LNG船的货舱模块，利用有限元分析对舱壁的厚度与加强筋的布置进行优化，在货舱承载能力不受影响的前提下，减轻模块重量，大大提高船舶载货能力。从接口设计优化角度来看，通过标准化的接口尺寸和形式，提升各模块间的互换性以及通用性，降低接口设计与制造的复杂性，降低安装难度。对各模块的连接螺栓规格与接口形状进行统一设计，确保不同批次的模块可以顺利组装，从而提高建造效率与质量。与此同时，还可以优化模块的生产工艺，采用先进的制造技术与设备，提高生产效率以及产品质量，减少生产成本。此外，还可利用数字化制造技术，实现模块的自动化加工和装配，降低人工干预，进一步提高LNG船的建造效率与精度。

3.3 模块建造

LNG船的模块建造有着严谨的工艺流程，首先是原材料、零部件的采购和检验，这是确保模块质量的首要环节。针对关键材料，如LNG船液货舱的殷瓦钢，应完全根据质量标准采购，保证材料的力学性能和化学成分等满足要求。下料和加工是模块建造的主要环节，结合模块设计图纸，利用数控切割设备对原材料实施精准下料，保证零件的尺寸精度。针对形状复杂的零件，应用水切割、激光切割等先进技术手段，确保切割质量。在具体加工环节，应严格控制加工精度，如对于机械加工的零件，将其尺寸公差控制在规定范围内，保证零件的配合精度。焊接是模块建造的重要步骤，特别是对于LNG船这种对焊接质量要求极高的船舶。在开始焊接前，需要制定完善的焊接工艺规程，主要包括焊接参数、焊接方法以及焊接顺序等。针对殷瓦钢的焊接，可以采用钨极惰性气体保护焊（TIG焊），严格控制焊接电压、电流、速度等，避免出现焊缝缺陷、焊接变形等问题。在焊接过程中，需要安排专业焊接人员进行操作，且实时进行监控，保证焊接质量；在焊接结束后，展开无损检测，如射线检测、超声波检测等，及时发现与修复焊接缺陷。

3.4 模块组装

定位是LNG船模块组装的核心环节，对各模块的连接精度以及船舶的综合性能有直接性影响。采取先进的定位技术，如激光定位、全站仪测量等，对模块进行精准定位。在开始定位前，在模块与船体上设置精确的定位标记，通过测量设备对模块位置与姿态进行实时监测，及时调整模块位置，将位置偏差控制在最小范围内；针对LNG船的模块定位，其位置偏差通常要求控制在毫米级。连接是LNG船模块组装的重要组成部分，主要涉及系统连接与结构连接。系统连接主要包含电气连接、管道连接等，其中，电气连接应保证线路的准确连接以及绝缘性能，开展严格的电气测试，避免出现电气故障。管道连接应保证管道的对接精度以及密封性能，采取先进的管道连接技术，如手工电弧焊盖面、氩弧焊打底等工艺，以此确保管道的焊接质量。结构连接主要采取螺栓连接、焊接等形式，在螺栓连接时，选用适宜的螺栓材质、规格，根据规定的扭矩实施紧固，确保连接的可靠性；在焊接连接时，需要遵循与模块建造完成相同的焊接工艺和质量控制要求，保证焊接接头的强度与密封性。

4 结论

综上所述，模块化建造技术在LNG船建造中的应用具有显著优势，主要表现在提高建造效率、保障建造质量等方面。从具体应用来看，模块化建造技术在LNG船建造中的应用主要包含模块划分、模块设计、模块建造以及模块组装等环节。未来，随着科学技术不断发展，模块化建造技术在LNG船建造中有望与智能制造深度融合，实现LNG船模块设计、制造、运输以及总装等全过程的智能化管理。

参考文献

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