LPG運(yùn)輸船液化氣罐子吊裝的施工工藝研究

陳 鋒

（臺(tái)州五洲船業(yè)有限公司，浙江臺(tái)州 318016）

0 引言

臺(tái)州五洲船業(yè)（以下簡(jiǎn)稱“公司”）是專業(yè)生產(chǎn)LNG/LPG產(chǎn)品的船舶制造廠，一直從事LNG、LPG船舶的建造，先后為國內(nèi)外船東建造了二十余條/艘LNG/LPG船。建造中，貨罐吊裝是一項(xiàng)重要的生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)，也是大件吊裝中技術(shù)含量較高的一項(xiàng)作業(yè)。前期建造中，船上安裝的液化氣罐子，在吊裝時(shí)使用過門式起重機(jī)、船用浮吊、履帶吊等多種吊裝設(shè)備進(jìn)行作業(yè)。而本次需吊裝的設(shè)備是至今為止項(xiàng)目中罐子最重、吊裝難度最大的一件，且超出了廠內(nèi)資源承受能力的極限，需尋找有該類吊裝資質(zhì)和能力的公司對(duì)外發(fā)包。

本文重在分析研究目前市場(chǎng)上針對(duì)本次吊裝所需的設(shè)備規(guī)格型號(hào)。按照現(xiàn)有吊裝所需要素制定出大件設(shè)備的吊裝輔助方案：包括廠內(nèi)現(xiàn)有配套使用的資源能否滿足本次吊裝要求，準(zhǔn)備采取的輔助工藝措施，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況編制可行安全的吊裝實(shí)施方案，保證該項(xiàng)目順利完成，確保造船生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)，從而達(dá)到按期交船的目標(biāo)。在吊裝完工后及時(shí)總結(jié)，結(jié)累經(jīng)驗(yàn)，分析不足，記錄重點(diǎn)要點(diǎn)，對(duì)吊裝過程實(shí)施重點(diǎn)監(jiān)控，積累經(jīng)驗(yàn)便于下次作業(yè)。

1 配套設(shè)施及應(yīng)對(duì)的工藝措施

現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地為兩個(gè)相鄰的船臺(tái)，船臺(tái)均為5000噸級(jí)，船臺(tái)寬42m，長(zhǎng)140m，配備80+80門式起重機(jī)1臺(tái)，兩側(cè)各有一根行車軌道梁，兩船臺(tái)間有約1.5m的通道，通道邊有約600mm寬的行車電纜溝槽。

兩只液化氣罐子已經(jīng)制作完成，停放在60m外的相鄰場(chǎng)地，需要從相鄰船臺(tái)吊裝至另一船臺(tái)上正在建造的船貨艙內(nèi)，兩個(gè)船臺(tái)中間還有 1.5m寬的通道，行車電纜滑槽、行車軌道（圖1）。

廠內(nèi)提供本次吊裝使用的設(shè)備設(shè)施有二臺(tái) 8t叉車、一臺(tái)100t平板車、一臺(tái)80+80門式起重機(jī)，可以配合運(yùn)輸?shù)踯嚦兄貕K，壓鐵從事吊裝輔助工作。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置圖

1.1 施工前工藝準(zhǔn)備

吊裝場(chǎng)地為公司的三號(hào)造船船臺(tái)，船臺(tái)的設(shè)計(jì)承壓為5000噸級(jí)，根據(jù)本次需吊裝的液化氣罐子選擇的起吊設(shè)備主吊機(jī)整機(jī)重約1100t（包括超起、配重）、，吊載440t后總重為1540t。吊裝時(shí)為減少對(duì)地壓強(qiáng)，吊裝場(chǎng)地鋪設(shè)厚度為300mm、長(zhǎng)6000mm、寬2800mm的路基箱，在吊機(jī)帶載行走的區(qū)域采取橫縱交錯(cuò)鋪設(shè)路基板。

吊載后超起輪式配重將騰空，總重量將由6塊路基箱承擔(dān)，6塊路基箱面積A為：6×2.8×6=100.8(m2)，取 1.6倍動(dòng)載系數(shù)，地基平均承載力約為：1540/100.8×1.6=24.4(t/m2)，為確保吊裝安全，地基承載力大于25t/m2較為安全。

此外還需在現(xiàn)場(chǎng)鋪 10cm～20cm 的黃砂，黃砂上再鋪設(shè)履帶吊行走的路基板，保證路基板的均勻承壓。5000噸級(jí)的船臺(tái)按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)滿足該區(qū)域承受25t/m2的壓力要求。

1.2 所承載行車行駛的西船臺(tái)軌道承重測(cè)算

經(jīng)查詢軌道施工圖，行車承重為160t，行車梁樁位圖示（見圖2）每隔三米就有一根水泥樁打在硬基礎(chǔ)之上，承重要求能夠達(dá)到25t/m2。

圖2 行車梁樁位圖示

1.3 電纜溝的強(qiáng)度應(yīng)對(duì)的工藝方法

電纜溝間距60mm寬，兩側(cè)均為水泥混凝土，下部無基礎(chǔ)。

應(yīng)對(duì)工藝方案為：將電纜溝的電排斷電拆除，溝內(nèi)填充砂包，沙包上由船臺(tái)延升鋪20cm的黃砂，上面再鋪路基板；盡可能不讓整車的最大負(fù)荷落在此處，將力點(diǎn)分散，壓強(qiáng)減小，盡量減小長(zhǎng)時(shí)間在此位置負(fù)重，一旦作業(yè)完成立即撤離此區(qū)域。

1.4 現(xiàn)有設(shè)備配合

設(shè)備狀況：公司提供可配合的設(shè)備有2臺(tái)8t鏟車；1臺(tái)100t平板車；160t門式起重機(jī)。提供場(chǎng)地：3#船臺(tái)；制罐平臺(tái)。

應(yīng)對(duì)工藝方案：檢查維修更換老化設(shè)備部件，檢查門式起重機(jī)剎車。

2 被吊設(shè)備吊裝要點(diǎn)測(cè)算

2臺(tái)2500 m3液化氣儲(chǔ)罐，重約430噸/只，高11.6m，長(zhǎng) 28m，已經(jīng)制作完成，停放在西邊罐子制造場(chǎng)地。根據(jù)吊裝公司的要求，罐子需停放在履帶吊車的吊點(diǎn)可以起吊到的位置，因此完工后的設(shè)備必須要移動(dòng)到指定區(qū)域。其中2#罐子與船在一條直線上，履帶吊吊起原地旋轉(zhuǎn)，行走后就可以達(dá)到進(jìn)艙的要求；另一只罐子需要移動(dòng)到船臺(tái)的右側(cè)，這樣兩只罐子全部在吊機(jī)的吊裝范圍內(nèi)，吊機(jī)減壓的路基板只需要直線鋪設(shè)，縮短鋪砂和鋪路基板的時(shí)間和工作量，可以在最短時(shí)間內(nèi)實(shí)施吊裝作業(yè)。

2.1 設(shè)備要素

設(shè)備名稱：2500m3液化氣罐；設(shè)備外形尺寸：Φ11600×27822mm；設(shè)備重量：430t；就位標(biāo)高：-5500mm；數(shù)量：2臺(tái)；安裝形式：臥式。應(yīng)注意的是，安裝在液化氣罐子上的缷扣按孔徑 150mm制作，配與此適應(yīng)的缷扣。

2.2 建造完工的氣罐移動(dòng)方案

由氣囊將罐子移動(dòng)至吊車可以起吊的位置，因此該區(qū)域的通道不能被堵，吊裝機(jī)械的停放也要考慮將其相應(yīng)的位置留出來。

2.3 吊裝及準(zhǔn)備工作所需的時(shí)間周期

預(yù)估施工時(shí)間為十天，吊機(jī)進(jìn)場(chǎng)前廠方準(zhǔn)備工作完成，吊機(jī)作業(yè)組裝六天時(shí)間，吊裝四天時(shí)間，前期準(zhǔn)備工作自吊裝之日前十五天開始作業(yè)。

2.4 吊裝所需設(shè)備的吊距、高度測(cè)量

1）西船臺(tái)吊點(diǎn)至船外板距離實(shí)測(cè)。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算出承載設(shè)備的吊車至船上貨艙中心的距離：腳手架至船西側(cè)外板，寬度距離0.7m；至軌道間距約2.3m，計(jì)3m；兩臺(tái)行車軌道間距5m，西邊軌道距實(shí)基0.78m，以上合計(jì)9m。船的半寬9m。經(jīng)測(cè)算：從履帶吊的邊緣直至吊罐子上船至落點(diǎn)需有18m的間距；西邊軌道實(shí)基礎(chǔ)處距離船西側(cè)外板總尺寸約在17m～18m時(shí)，即吊機(jī)最前沿和船舯的距離為17m～18m時(shí)，不壓行車軌道?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量圖如圖3所示。

2）承載設(shè)備的高度、船只高度測(cè)算。

在建船主甲板高11m，塢墩高0.8m，被吊設(shè)備直徑11.6m，主甲板欄桿高1.2m，吊機(jī)高度需滿足25m，加上鋼絲繩高度30m，總高度需達(dá)到55m。

2.5 吊車起吊重量預(yù)估

根據(jù)上述測(cè)算分析，需要有起吊距離23m～24m，起吊高度 55m，起吊重量要達(dá)到 460t的履帶起重車方可滿足吊裝要求。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量圖

3 履帶吊的市場(chǎng)預(yù)選型

結(jié)合測(cè)算出的被吊物距離、重量、高度，市場(chǎng)上德馬克CC5800、利伯海爾LR1750、美國托瓦克LR1800等800t以上的履帶式起重機(jī)吊機(jī)，從作業(yè)半徑、高度、起重能力等方面均可滿足吊裝的要求（見表1）。

建議吊裝方選擇在船的西邊 3#船臺(tái)將儲(chǔ)罐吊裝就位，位置如圖1所示。就安全性能來評(píng)判，起吊負(fù)荷大、作業(yè)半徑范圍大的移動(dòng)式履帶車相對(duì)安全。但從經(jīng)濟(jì)利益角度考慮，吊車功率越大，體積越大，會(huì)導(dǎo)致進(jìn)場(chǎng)難度大，場(chǎng)地占用范圍大，對(duì)地基基礎(chǔ)要求也越高，成本費(fèi)用也相對(duì)較高。為了保證工程施工的順利進(jìn)行，吊裝方需編寫吊裝實(shí)施方案，主要對(duì)儲(chǔ)罐的吊裝作業(yè)過程進(jìn)行詳細(xì)敘述。

表1 滿足本次設(shè)備吊裝需要的選型

4 風(fēng)載荷計(jì)算

4.1 風(fēng)載對(duì)吊機(jī)穩(wěn)定性的影響

風(fēng)載計(jì)算按照式（1）和（2）進(jìn)行計(jì)算：

式中：Pw為作用于被吊物件的風(fēng)荷載；C為體型系數(shù)，取C=0.5；Kh為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，取Kh=1；q為風(fēng)壓值；A為最大迎風(fēng)面積，A=322.48m2；γ為空氣容重；v為風(fēng)速，m/s；g為重力加速度。當(dāng)風(fēng)速v=10.7m/s時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下γ=0.01225kN/m3，風(fēng)壓值q=0.072kN/m2。

設(shè)備在風(fēng)載作用下與吊機(jī)鉤頭垂線形成的最大夾角為：arc[tan(Pw/G)]≈0.158°，（備注：此處 G 為貨罐重量430噸）。即：在不超過五級(jí)風(fēng)吊裝作業(yè)時(shí)，受風(fēng)載的影響，被吊物件與吊機(jī)鉤頭垂線所形成最大夾角為0.158°，偏角小于3°，滿足安全要求。

4.2 風(fēng)載對(duì)吊機(jī)吊裝能力的影響

為了充分保證吊裝安全，考慮風(fēng)載對(duì)吊裝過程的最不利影響，將風(fēng)載全部加到重直方向，吊裝載荷將增加1.16t，此時(shí)的吊裝重量為469.76t，吊機(jī)的最大負(fù)載率為91.2%，滿足安全要求。

液化氣儲(chǔ)罐起吊后，吊機(jī)旋轉(zhuǎn)、變幅，將作業(yè)半徑擴(kuò)大至24m，完成設(shè)備就位。

5 吊裝設(shè)備選型

5.1 起重機(jī)M18000(750t)

經(jīng)招議標(biāo)，最終確定選用的起重機(jī)為美國托瓦克M18000(750t)，超起主臂工況，臂長(zhǎng)L=54.9m及R=18m 時(shí)，最大起重量為562.80t，吊機(jī)負(fù)載率為90.1%。上述工況，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，滿足吊裝的安全要求。吊裝性能參數(shù)如表2所示。

表2 M18000參數(shù)表

5.2 主吊機(jī)起升高度驗(yàn)算校核

工作半徑為18m時(shí)最大起升高度為56.4m，吊裝總高度H等于船的高度h1、設(shè)備的高度h2、吊索具高度h3、吊鉤限位高度h4和吊鉤鉤頭的高度h5的總和，則總高度H為：＜56.4(m)，因此，起升高度滿足2.4中的2）吊裝高度的要求。

5.3 主吊機(jī)起升距離驗(yàn)算校核

根據(jù)2.4節(jié)的測(cè)算，吊機(jī)最前沿和船舯的距離為17m～18m時(shí)不壓行車軌道。履帶吊站在就位中心的直線上側(cè)面起吊罐體，起吊半徑17m。起吊完成后，漲桿至半徑為18m，帶載向船體方向行走，距離滿足吊裝前測(cè)算的要求。

5.4 吊索具的選用

5.4.1 主吊鋼絲繩的校核

主吊鋼絲繩：φ120mm(8×61+IWR)×20m 的圈繩4根，鋼絲繩抗拉強(qiáng)度1960MP，查表得破斷拉力P=8380(kN)，吊裝過程中每根鋼絲繩受力按以下公式計(jì)算：

式中：F為單根鋼絲繩的拉力，kN；k1為動(dòng)載荷系數(shù)，取1.10；G為設(shè)備重量，G=440.00t；N為鋼絲繩的根數(shù)，N=8；g=9.8(N/kg)。

因此，F(xiàn)=1.10×440×9.8/8=605.06(kN)，則安全系數(shù)K=P/F=8380/605=13.8＞6，故鋼絲繩選擇完全滿足吊裝要求。

5.4.2 卸扣的校核

起吊設(shè)備時(shí)卸扣工作載荷：440×1.1/4=121(t)，吊裝選取150t卸扣，其安全承載力150t＞121t，故選用卸扣滿足安全吊裝要求。卸扣規(guī)格尺寸如下：美式螺栓插銷型號(hào)型卸扣4個(gè)，額定載荷150t。

5.5 路基板鋪設(shè)、試吊檢查

根據(jù)罐體擺放位置，預(yù)先按吊機(jī)參數(shù)及吊機(jī)站位位置鋪設(shè)路基板。履帶吊行走到預(yù)定的作業(yè)半徑，將所用的吊索具及相關(guān)物件檢查、復(fù)查后，開始試吊作業(yè)。使用輔助吊車將鋼絲繩懸掛到吊鉤上，安裝4個(gè)150t卸扣，并確認(rèn)銷軸絲扣旋轉(zhuǎn)靈活；同時(shí)在罐體兩側(cè)吊耳位置連接2根40m長(zhǎng)的風(fēng)繩，確保罐體離開支承座后能有效控制其轉(zhuǎn)動(dòng)，不要撞到吊臂等。吊索安裝完畢后，所有人員離開罐體吊裝區(qū)域。

履帶吊起升吊鉤回轉(zhuǎn)到罐體上方適當(dāng)位置，50t汽車吊分別吊起鋼絲繩扣與卸扣并與罐體吊耳連接，指揮人員指揮吊機(jī)行走、扒桿、起鉤等動(dòng)作，將吊鉤處于船罐的中心位置并保證起吊半徑在18m左右。

超起配重安裝完畢后，檢查確保吊機(jī)各裝置正常與否，緩慢起鉤，同時(shí)監(jiān)視吊機(jī)力矩限制器上顯示的重量，當(dāng)顯示重量為300t左右時(shí)，停止起升，全面檢查吊機(jī)重要部件、船罐吊耳、鋼絲繩扣等重要部位，確認(rèn)安全后繼續(xù)起升罐體，罐體快離開支承座時(shí)再次確認(rèn)起吊平穩(wěn)后，方能起升罐體離開支承座，并指揮兩邊拉風(fēng)繩人員控制拉力，以保證離開支承座后穩(wěn)定。罐體離開支承座 200mm后懸停20min后吊機(jī)緩緩回轉(zhuǎn)，檢查回轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，同時(shí)檢查所有的機(jī)具是否正常。觀察地基、路基板、船罐、吊機(jī)、吊耳等無異常情況后試吊完畢。

5.6 施工過程

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，吊車站位于路基板上，將1#罐體擺放到指定位置，750t履帶吊在18m作業(yè)半徑起吊，回轉(zhuǎn)至正方向后，向船體方向行走，同時(shí)兩邊拉風(fēng)繩的人員控制拉力始終保持罐體與船體方向平行。當(dāng)罐體到達(dá)船體邊緣后，起升吊鉤讓罐體超過船臺(tái)高度，繼續(xù)向就位方向行走，直至罐體位于就位中心后，吊機(jī)通過緩慢局部回轉(zhuǎn)、變幅、落鉤等微調(diào)動(dòng)作使罐體在船艙內(nèi)就位。

2#罐子的擺放中心與船艙的就位中心不在一條直線上，履帶吊需站在就位中心的直線上側(cè)面起吊罐體，起吊半徑17m。起吊完成后，漲桿至半徑為18m，帶載向船體方向行走，同1#罐體方法進(jìn)行吊裝就位。

6 結(jié)論

按上述方案吊裝公司編制吊裝方案，對(duì)液化氣罐子進(jìn)行吊裝作業(yè)，在準(zhǔn)備工作充分，施工方的吊裝方案編制詳細(xì)的情況下，工程進(jìn)展較為順利。在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)將2只罐子安全、順利地吊運(yùn)進(jìn)船艙，滿足了安裝進(jìn)度要求。同時(shí)為該型號(hào)設(shè)備吊裝作業(yè)積累了經(jīng)驗(yàn)，也為同類產(chǎn)品的吊裝提供參考。

[1]GB50009, 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范.中華人民共和國城鄉(xiāng)建設(shè)部/國家質(zhì)量監(jiān)督檢疫總局聯(lián)合發(fā)布: 2012.

[2]徐格寧.機(jī)械裝備金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社:2009.

[3]董達(dá)善.起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu).上海交通大學(xué)出版社:2011.