我國第三艘航母下水,淺談氣凝膠在船舶上的應用
6月17日上午,我國第三艘航空母艦的下水命名儀式在中國船舶集團有限公司江南造船廠舉行。經中央軍委批準,我國第三艘航空母艦命名為“中國人民解放軍海軍福建艦”,福建艦是我國完全自主設計建造的首艘彈射型航空母艦,滿載排水量8萬余噸,采用平直通長飛行甲板,配置電磁彈射和阻攔裝置。
船舶需要在有限的空間內需要集成多個復雜系統,船舶上的人員密集,對使用的材料不但要有安全性考慮,還需要關注對有限空間、環境高濕度和高腐蝕性的特點,氣凝膠作為絕熱阻燃材料的性能優勢非常明顯。
船舶的動系統一般是燃燒柴油的、也有少量燃燒天然氣的,動力系統產生的高溫氣體通過三聯供系統為船舶采暖、制冷、發電,動力艙內管道的排布密集,有些高溫管道已經沒有足夠的空間保證絕熱材料的厚度。采用氣凝膠絕熱氈替換硅酸鋁纖維氈,可將540℃、DN350管道的保溫層從250mm減薄到60—70mm,施工難度大大降低。
船舶可以被看作一個水上的公共場所,防火安全不容小覷。根據1974年制定的《國際海上人命安全公約》及后續的修正要求,規定了不同船舶結構的防火等級和形式,把不同船舶類型、不同船舶部位劃分為A、B和C三級耐火程度,在鋼制海船建造規范中,對耐火分隔的等級劃分給出了定義。對載客超過36人的客船,船體、上層建筑及甲板室應以“A-60”級分隔分。A-60也就是使用不燃材料進行隔熱,其結構在60分鐘的標準耐火試驗結束能夠防止火焰和煙的通過,材料加熱到1000℃下背火面的溫度上升不超過139℃、任何一點(包括任何接頭部位)升溫不超過180℃。使用氣凝膠做A60模塊的隔熱材料,厚度僅有傳統無機纖維材料的1/3,重量減少1/2以上,是當前最輕、最薄的選材。
軍用水面艦艇和潛艇與普通船舶一樣,艙室內的人員和設備非常密集,對使用的材料不但要有安全性考慮,還需要關注對有限空間、環境高濕度和高腐蝕性的特點,氣凝膠作為絕熱阻燃材料的性能優勢非常明顯。無論是柴油常規動力系統還是核能動力系統,軍用水面艦艇和潛艇的動力艙室內空間狹小,高溫管道排布非常密集,保溫材料的安裝和更換的難度都比較大。另外,大量的分隔用A60防火模塊,也使得本就有限的艙室空間更加狹窄。對比傳統的無機纖維類絕熱材料用于軍艦,氣凝膠絕熱材料的壽命更長、免維護、安裝更方便,綜合優勢越來越被認可。
美國航空母艦甲板上都配備輔助戰斗機起飛的蒸汽彈射器,這種裝置是將高壓蒸汽的熱能積攢到足夠大,然后瞬間釋放做功,將蒸汽的熱轉變成飛機的動能。高壓蒸汽來源于與航母的動力系統,從熱源輸送到甲板的蒸汽管道全部使用氣凝膠絕熱氈保溫,一方面將絕熱層的重量和厚度降到最低,也最大限度的保證了彈射器蒸汽的品質。
在船舶領域的氣凝膠產品標準和應用標準大多都是美國阿斯彭氣凝膠制定的,我國的氣凝膠企業還需要在該領域奮起直追。