高溫瀝青船獨立貨艙隔熱墊塊安裝新技術(shù)

駱仁山，譚祖勝

(1.交通運輸部廣州打撈局，廣州 510260; 2.武漢南華工業(yè)設(shè)備工程股份有限公司，武漢 430223)

高溫瀝青船獨立貨艙隔熱墊塊安裝新技術(shù)

駱仁山1，譚祖勝2

(1.交通運輸部廣州打撈局，廣州 510260; 2.武漢南華工業(yè)設(shè)備工程股份有限公司，武漢 430223)

考慮到高溫瀝青船獨立貨艙安裝的特殊性，為提供更便捷的安裝方法以提高工效并降低成本，通過實船設(shè)計，對比分析高溫瀝青船獨立貨艙隔熱墊塊傳統(tǒng)安裝技術(shù)，研發(fā)出新型的墊塊高度調(diào)整機構(gòu)和鎖緊機構(gòu)，解決了傳統(tǒng)安裝技術(shù)中因懸臂受力及鉆孔而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)應(yīng)力場惡化的問題，安裝實踐表明技術(shù)可行。

瀝青船;獨立貨艙;隔熱墊塊;

瀝青船是國際三大主流船型之一的油船系列中科技含量和技術(shù)難度相對較高的一種船型。由于瀝青固有的物理特性，決定了其只能在高溫溶化狀態(tài)下才能裝卸和運輸，一般都在150 ℃以上[1]，要求高的甚至在250 ℃以上。瀝青貨艙的高溫與船體之間的隔離技術(shù)是瀝青船發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，國際上瀝青船船型在發(fā)展中經(jīng)歷了不同的階段，如貨艙與船體構(gòu)成整體的整體液貨艙船型和貨艙與船體獨立的獨立液貨艙船型[2-3]。歷史上多次出現(xiàn)過因隔離技術(shù)和安裝技術(shù)不當(dāng)[4-5]，導(dǎo)致貨艙開裂，瀝青泄漏到空艙固化，導(dǎo)致巨大經(jīng)濟損失，甚至整船報廢。用于支承獨立液貨艙的墊塊需要具備隔熱、耐熱和承受動靜載荷的能力，目前其材料和安裝技術(shù)基本上依賴于進口。為此，結(jié)合實船設(shè)計，針對高溫瀝青船獨立貨艙安裝的特殊性，通過對目前獨立貨艙隔熱墊塊安裝技術(shù)優(yōu)缺點進行對比分析，研發(fā)更便捷的新型安裝方法。

1 技術(shù)研究背景

目前，國內(nèi)外設(shè)計建造的瀝青船上，技術(shù)成熟并廣泛使用的獨立液貨艙的隔熱墊塊型式和安裝技術(shù)一般有如下兩種[5-7]。

1.1 層疊型

獨立液貨艙與船體完全獨立，僅限位、防浮裝置與船體接觸，貨艙通過一定數(shù)量的隔熱墊塊座落在船體“T”形結(jié)構(gòu)上，每塊隔熱墊塊由3種不同的材料組成，如熱塑性聚醚酰亞胺墊片、硅樹脂墊片和三元二丙橡膠墊片。在隔熱墊塊組的上方，有一塊必須現(xiàn)場測量間隙后再加工并拂磨配合安裝的鋼質(zhì)調(diào)整墊塊。

該形式隔熱墊塊可以定位在船體“T”形結(jié)構(gòu)面板和腹板的交線上方，船體結(jié)構(gòu)受力均勻?qū)ΨQ、局部應(yīng)力場分布較好。該安裝技術(shù)要求在獨立貨艙吊裝到位后，現(xiàn)場測量隔熱墊塊與獨立貨艙底部結(jié)構(gòu)間的間隙，配合加工并拂磨鋼質(zhì)調(diào)整墊塊。由于安裝作業(yè)空間狹小，需要現(xiàn)場測量、拂磨，所以，該形式隔熱墊塊的安裝對勞動量需求大、對工人技術(shù)水平要求較高。如圖1。

圖1 層疊型隔熱墊塊定位及安裝形式

1.2 獨立可調(diào)型

獨立液貨艙與船體完全獨立，除限位、防浮裝置與船體接觸外，獨立貨艙通過一定數(shù)量的由特殊材料制成的單塊隔熱墊塊座落在船體“T”形結(jié)構(gòu)上。隔熱墊塊高度通過在船體“T”結(jié)構(gòu)面板上加工兩個螺紋孔，用頂升螺釘調(diào)節(jié)，并通過在船體“T”結(jié)構(gòu)面板上鉆孔，用螺栓、螺母安裝鎖緊隔熱墊塊。墊塊定位后，在墊塊和“T”結(jié)構(gòu)面板之間澆注環(huán)氧樹脂進行最終定位和固定。

該形式克服了對工人技術(shù)水平要求高的問題，但由于要求加工螺紋孔和螺栓孔，必須避開“T”結(jié)構(gòu)腹板。隔熱墊塊一般以“T”結(jié)構(gòu)腹板對稱安裝，且“T”結(jié)構(gòu)面板寬度尺寸加大，并有懸臂受力，“T”結(jié)構(gòu)面板甚至腹板要求加厚，同時，在船體結(jié)構(gòu)上鉆孔對結(jié)構(gòu)的應(yīng)力場產(chǎn)生破壞[8]，從而結(jié)構(gòu)尺寸和形式應(yīng)加大和改變，增加材料的使用。如圖2。

圖2 獨立可調(diào)型隔熱墊塊定位及安裝形式

由于隔熱墊塊數(shù)量多，為了獲得更準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)尺寸和形式，必須進行嚴(yán)格的計算，一般均采用結(jié)構(gòu)建模和有限元計算[9-10]，來分析其對局部強度等方面的影響。

2 隔熱墊塊安裝新技術(shù)研究

綜合比較層疊型和獨立可調(diào)型兩種隔熱墊塊形式及安裝技術(shù)，選擇保障性好，對工人水平要求低的形式，是新技術(shù)研究的前提。通過比較，選擇獨立可調(diào)型隔熱墊塊安裝技術(shù)，作為該安裝新技術(shù)研究的基礎(chǔ)。

按“獨立可調(diào)墊塊型”技術(shù)，瀝青貨艙通過一定數(shù)量的隔熱墊塊安裝在船體底部“T”形結(jié)構(gòu)上。按傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)安裝方法，必須在“T”結(jié)構(gòu)面板上遠(yuǎn)離船體肋骨和縱桁腹板的位置加工安裝孔和頂升孔。這就要求面板寬度加大，如此則受力懸臂尺寸加大，加之鉆孔對結(jié)構(gòu)的破壞，使該處的受力條件急劇惡化。為滿足船舶行業(yè)規(guī)范要求，面板必須加厚，并在面板下加肘板支撐。應(yīng)力計算分析表明，該部分的結(jié)構(gòu)重量增加約1/3；為定位安裝墊塊，每個墊塊處的“T”面板上必須鉆一個安裝孔，并加工兩個頂升螺釘孔。根據(jù)油漆涂裝標(biāo)準(zhǔn)要求，孔沿還必須打磨成至少R2的圓角，這都將導(dǎo)致巨大的勞動量。

分析貨艙墊塊的最終安裝狀態(tài)，即墊塊調(diào)整到與獨立貨艙底部強力結(jié)構(gòu)接觸，然后在墊塊與船體結(jié)構(gòu)之間澆注環(huán)氧樹脂作為支撐和固定，并采用螺栓和螺母鎖緊。鑒于此，要解決傳統(tǒng)技術(shù)存在的問題，又能達(dá)到貨艙墊塊的最終安裝狀態(tài)，新型安裝技術(shù)研究必須解決如下問題：

1)墊塊安裝受力中心在結(jié)構(gòu)中心。

2)墊塊高度調(diào)整機構(gòu)。

3)墊塊鎖緊機構(gòu)。

2.1 墊塊安裝受力中心在結(jié)構(gòu)中心

墊塊安裝受力中心在結(jié)構(gòu)中心，即受力點在“T”結(jié)構(gòu)面板與腹板的交線上。如果采取傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)鉆孔方式安裝，則必須在腹板上開永久工藝孔，對結(jié)構(gòu)仍然有破壞，結(jié)構(gòu)加強等仍然增加鋼材的消耗量，且施工量及施工難度仍然很大。通過對螺紋聯(lián)接形式的對比分析，決定采用在面板上焊接螺柱用于安裝貨艙隔熱墊塊，以避免在結(jié)構(gòu)面板上加工螺栓孔帶來的負(fù)面影響。螺柱的規(guī)格以及焊接規(guī)格應(yīng)經(jīng)過計算，以保證能承受規(guī)定的彎曲應(yīng)力和剪切應(yīng)力。一般，螺柱的規(guī)格與傳統(tǒng)安裝形式的螺栓相同，但螺柱的長度應(yīng)考慮到貨艙隔熱墊塊的最大和最小調(diào)節(jié)高度。該安裝形式只要求船體自身結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足規(guī)范要求的總強度和局部強度要求，而不必考慮因安裝形式帶來的結(jié)構(gòu)形式改變和局部結(jié)構(gòu)加強。見圖3。

圖3 新技術(shù)條件下隔熱墊塊定位及安裝型式

2.2 墊塊高度調(diào)整機構(gòu)

貨艙隔熱墊塊將通過環(huán)氧樹脂最終定位和固定，其高度調(diào)整機構(gòu)只能在隔熱墊塊之下，所以也處在環(huán)氧樹脂之中。考慮環(huán)氧樹脂的物理、化學(xué)特性，特別是在高溫高壓工作條件下，決定了其工作厚度范圍，避免厚度過大，內(nèi)部蓄熱加劇老化。在如此范圍內(nèi)的高度調(diào)節(jié)裝置，除考慮調(diào)節(jié)必須的操作空間外，還應(yīng)考慮其作為定位裝置將長期留在澆注的環(huán)氧樹脂中，所以其結(jié)構(gòu)形式和尺寸不能導(dǎo)致環(huán)氧樹脂應(yīng)力變化超過允許的范圍，而致使環(huán)氧樹脂支撐和固定作用失效。利用螺母在螺柱上旋轉(zhuǎn)而具有的軸向位移特性，作為解決該問題的首選。但是，螺母的外部結(jié)構(gòu)形式，如六角形、圓形、普通厚度型、薄型等，應(yīng)根據(jù)墊塊高度調(diào)節(jié)范圍內(nèi)環(huán)氧樹脂最大和最小厚度，以及局部應(yīng)力破壞許可范圍來確定。見圖3

2.3 墊塊鎖緊機構(gòu)

由于改變了安裝形式和調(diào)節(jié)方式，原鎖緊方式也發(fā)生了變化。同樣采用螺紋聯(lián)接具有的鎖緊功能，在原隔熱墊塊上方螺栓頭處改用螺母安裝在螺柱上，與墊塊下的高度調(diào)節(jié)螺母共同形成了墊塊鎖緊機構(gòu)。見圖3。

3 結(jié)束語

結(jié)合實船設(shè)計情況，通過計算確定螺柱的規(guī)格及長度、螺柱焊接規(guī)格、墊塊鎖緊螺母和高度調(diào)節(jié)螺母的型式和規(guī)格、高度調(diào)節(jié)范圍等，提供了一種具備簡潔、安全可靠、節(jié)省材料、節(jié)省工時、對工人技術(shù)水平要求低等特點的新型安裝技術(shù)。經(jīng)實船設(shè)計和安裝對比，鋼材消耗量相對傳統(tǒng)安裝技術(shù)減少了近1/3，而勞動力和工時消耗也減少到傳統(tǒng)安裝技術(shù)的近1/3，且更容易保證安裝質(zhì)量。

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New Installation Technology of Insulation Pads for Independent Cargo Tank of High Temperature Asphalt Tanker

LUO Ren-shan1, TAN Zu-sheng2

(1. Guangzhou Salvage Bureau of Ministry of Communication, Guangzhou 510260, China;2. Wuhan Nanhua Industrial Equipments Engineering Co., Ltd., Wuhan 430223, China)

Considering the particularity of independent cargo tank installation for the high temperature asphalt tanker, the convenient installation method is investigated to improve work efficiency and lower the cost. Based on the actual design and relative analysis of the normal installation technology of the insulation pad for the independent cargo tank of high temperature asphalt tanker, a new pad location and lock device is developed to avoid the stress worsen caused by cantilever force and hole cutting, and the technical feasibility is testified in actual installation.

asphalt tanker; independent cargo tank; insulation pad

10.3963/j.issn.1671-7953.2015.06.003

2015-08-14

駱仁山(1982-)，男，學(xué)士，工程師

U674.13

A

1671-7953(2015)06-0010-03

修回日期：2015-09-11

研究方向:船舶與海洋工程

E-mail: jake623@126.com