瀝青船整體液貨艙內(nèi)膽結(jié)構(gòu)缺陷

CCS南京分社 吳九強

近年來，隨著國內(nèi)瀝青需求量的大幅增長，瀝青船需求也大幅增加。為了能夠取得更好的經(jīng)濟效益和貨運效率，一些設(shè)計公司設(shè)計了能夠在同樣尺度下提高載貨量的整體式液貨艙瀝青船，這樣一來，船舶的一些結(jié)構(gòu)缺陷也隨之而生，應(yīng)引起業(yè)界高度重視。

液貨艙內(nèi)膽結(jié)構(gòu)缺陷描述

液態(tài)瀝青在運輸、裝卸過程中要保持一恒定溫度，一般在140℃～180℃之間。因此，瀝青船相對其他類型油船而言，在貨物區(qū)域一般具有較厚的保溫層。整體式液貨艙瀝青船其典型橫剖面與一個油船典型橫剖面相似，雙殼內(nèi)處所為海水壓載艙，無法有效鋪設(shè)保溫材料。所以對于整體式瀝青船在貨倉內(nèi)設(shè)置了一內(nèi)膽。由于只需將船體或貨物之間隔熱，所以內(nèi)膽在縱橫艙壁處未全部設(shè)置，只是在縱橫艙壁處進行了一定長度延伸，并形成上下凳結(jié)構(gòu)。內(nèi)膽和船體內(nèi)殼之間鋪設(shè)經(jīng)認可的保溫材料用于隔熱。同時為了有效吸收由于溫度變化而導(dǎo)致鋼材變形，在每塊板中間均設(shè)置了半圓形槽型收縮槽。

在對某瀝青船進行第一次中間檢驗時發(fā)現(xiàn)，該輪貨倉內(nèi)膽嚴重變形，內(nèi)膽角隅開裂，內(nèi)膽與貨倉之間充滿瀝青，以致不能裝貨。該輪具體參數(shù)如下：總長101.90m，型寬16.00m，型深8.00m；龍骨安放日期為2007年3月15日；建造完工日期為2008年6月3日。貨倉變形具體缺陷如下：

1、貨倉內(nèi)膽底板、頂板嚴重變形。在貨倉清空冷態(tài)下進行內(nèi)部檢查，發(fā)現(xiàn)底板上凸，頂板也上凸，其最大處變形量已超過20cm。而經(jīng)從雙層底內(nèi)對該輪貨倉內(nèi)底板檢查，卻發(fā)現(xiàn)雙層底貨倉內(nèi)底板并未產(chǎn)生明顯變形。

2、貨倉內(nèi)加熱盤管、液貨管系嚴重變形，艙壁遙控閥桿彎曲變形，不能開閉閥門。由于管系支撐件是焊接在內(nèi)膽的底板上，底板變形從而導(dǎo)致管系位置變化。盡管管系在連接位置、艙壁位置已設(shè)置膨脹接頭用于吸收由熱變化帶來的變形，但管系仍然變形較大。

3、內(nèi)膽在與縱橫艙壁連接端部以及上下凳處多處發(fā)生開裂，直接導(dǎo)致瀝青滲透入內(nèi)膽和船體保溫層之間。

液貨艙內(nèi)膽缺陷產(chǎn)生原因分析

1、此瀝青船整體液貨艙內(nèi)膽部分僅由鋼板焊接而成，其貨倉中下部板厚8mm，中上部僅6mm，而且并未設(shè)置相應(yīng)縱桁、肋板、支柱、扶強材等構(gòu)件用以增強內(nèi)膽強度。由于瀝青載運時需要加熱，鋼材的屈服強度又會在溫度的變化下產(chǎn)生變化，從而導(dǎo)致內(nèi)膽強度進一步下降。液態(tài)瀝青在航行中又會產(chǎn)生晃動，內(nèi)膽有進一步產(chǎn)生變形的可能。

2、本船內(nèi)膽與貨倉舷側(cè)和內(nèi)底板之間設(shè)置了井字型方木用以支撐、固定內(nèi)膽，同時設(shè)置連接固定件用以固定內(nèi)膽。但并未設(shè)置止浮、防搖等限位裝置用以固定內(nèi)膽。經(jīng)對變形內(nèi)膽拆除檢查，發(fā)現(xiàn)多數(shù)固定件已斷開?？梢妰?nèi)膽僅采用目前連接方式固定，可能存在強度不足。

3、本船在設(shè)計和建造過程中內(nèi)膽和貨倉之間留空處所設(shè)計為一封閉艙室，無透氣、進氣或其他開口。雖然建造時內(nèi)膽與貨倉內(nèi)所有焊縫可以進行密性試驗的焊縫均已進行密性試驗，無法進行密性試驗的也均已進行探傷，但卻無法保證其內(nèi)空間是真空環(huán)境。且制造時也無法消除所有可能的焊縫或是板材缺陷。從而其內(nèi)存在的空氣和水汽在溫度變化下對內(nèi)膽又增加了相應(yīng)結(jié)構(gòu)應(yīng)力。且一旦內(nèi)膽產(chǎn)生裂縫，流出瀝青會堵塞其內(nèi)氣體流動，形成局部氣體壓力過大或欠壓。

4、本船內(nèi)膽在縱橫艙壁處結(jié)構(gòu)過渡全部為直角型，且上下凳角落處采用角焊縫連接，應(yīng)力過于集中在凳角。從實際檢查結(jié)果來看，多數(shù)角隅、連接部位均已產(chǎn)生明顯裂紋，目視未發(fā)生裂紋位置經(jīng)探傷也發(fā)現(xiàn)存在相應(yīng)缺陷。雖然內(nèi)膽在各個角落位置均有裂紋，但裂紋最大位置和最明顯部位仍是出現(xiàn)在內(nèi)膽與艙壁連接的上下凳角落處。所以結(jié)點形式設(shè)計的不合理，也是缺陷產(chǎn)生的重要因素之一。

5、雖然本船已設(shè)置沿船長方向設(shè)置收縮槽，用以吸收橫向變形，但船長卻無相應(yīng)的收縮槽，不能吸收相應(yīng)變形，所以內(nèi)膽在橫艙壁連接處產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致缺陷產(chǎn)生。

6、本船設(shè)置的膨脹接頭在軸向上能夠吸收約24mm的變形，但橫向卻僅能吸收約3～6mm變形。本船在結(jié)構(gòu)變形時，縱橫艙壁由于其結(jié)構(gòu)特點，假設(shè)是不變化的，或是相對于內(nèi)膽變形可以忽略不計。而本船內(nèi)膽結(jié)構(gòu)變形導(dǎo)致管路的變形主要在此接頭的橫向方向，從而導(dǎo)致管路的變形。

內(nèi)膽結(jié)構(gòu)缺陷修理與改進

為了能夠盡快使該輪投入航行，并充分考慮上述可能原因，本船進行了更換貨倉內(nèi)膽的修理。

1、為了提高緊固件效率，減少緊固件受力，將緊固件的相鄰間隙調(diào)整為700mm。

2、避免內(nèi)膽和貨倉之間的封閉艙室影響，在甲板上增設(shè)帶有開關(guān)的U型透氣，用以平衡內(nèi)外壓力。

3、修改內(nèi)膽在縱橫艙壁位置的過渡，所有艙內(nèi)縱向內(nèi)膽板與橫向內(nèi)膽板和凳頂列板的交角處的連接應(yīng)避免采用直角方式連接，應(yīng)采取角隅形式連接，以避免應(yīng)力過于集中。內(nèi)膽頂部與前后上凳處的交角,都采用整板加工折角。

4、所有內(nèi)膽板長度方向的位置,增加數(shù)道相應(yīng)尺寸的加強角鋼，用以增加內(nèi)膽船長方向的強度，同時限制將變形集中傳遞至橫艙壁處。

5、將貨物管路接頭由膨脹接頭改為金屬軟管連接，從而有效避免內(nèi)膽變形帶來的管路變形。

目前，該輪已按上述方式進行缺陷修復(fù)并重新投入運營。經(jīng)了解，目前內(nèi)膽能夠很好的完成裝貨要求，在使用過程中也未發(fā)現(xiàn)新的裂紋、貨物泄露或是其他永久性缺陷。但該輪在貨物、溫度變化的情況下，內(nèi)膽仍然有凹凸變形，管路也有輕微變形，說明此種設(shè)計和消除缺陷的方法仍然存在一定局限性，需要對貨物區(qū)域的結(jié)構(gòu)進行進一步熱應(yīng)力分析才能完全消除全部缺陷。而在對中國船級社規(guī)范、指南進行查閱后發(fā)現(xiàn)，規(guī)范對于瀝青船整體式液貨艙規(guī)定和檢驗要求并不完善。

為此，筆者建議：第一增加對內(nèi)膽強度計算相關(guān)要求，第二增加對內(nèi)膽熱應(yīng)力計算相關(guān)要求，第三增加對內(nèi)膽與貨倉之間透氣設(shè)計要求，第四增加對內(nèi)膽和貨倉之間連接、固定相關(guān)要求，第五增加雙層底海水壓載艙中可能受到熱傳遞的艙壁下方構(gòu)件的檢查要求。