9000噸新型不銹鋼化學品船結構研發(fā)

鄭晨陽

[摘 要]隨著化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，原料運輸量在逐漸增加。為適應當前市場環(huán)境，研究出9000噸不銹鋼化學品運輸船。此船選取奧氏體一鐵素體雙金屬相不銹鋼材料（簡稱雙相不銹鋼），保證了船內裝運高蒸氣表壓、高裝運溫度、高貨品密度達到目標要求，大幅度減少不銹鋼重量、降低了造船成本，并且使造船廠的不銹鋼施工工藝得到改良。本篇將從五個方面闡述在整體研發(fā)過程中所遇到的問題及注意事項。

[關鍵詞]結構研發(fā)；化學品船；整體式液貨艙；雙相不銹鋼

中圖分類號：S904 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）08-0082-01

引言

作為當前的新型化學品運輸船，9000噸不銹鋼化學品船使用的是不銹鋼整體式液貨艙，獨立裝卸系統(tǒng)已經(jīng)在船內各艙得到運用，可以滿足高蒸氣壓表，高裝運溫度，高貨品密度的裝運，適裝性十分強。

該船主要尺寸如下：

總長：LOA 115.50m

垂線間長：LPP 108.00m

型寬：B 18.60m

型深：D 10.00m

設計吃水：T 7.80m

航區(qū)無限航區(qū)

本船的原型是成品油船及IMO Ⅱ型化學品運輸船，在此基礎上進行重新研究并改造。船內部共設計了12個相互獨立的液貨艙，各類化學品以及成品油將被散裝在這里。貨艙區(qū)共有10個液貨艙和2個污液艙，將完整的貨艙區(qū)由7道橫向艙壁和1道縱向艙壁分隔開，平面艙壁應用于貨艙區(qū)的艏部和尾部，剩余部分為垂直槽型艙壁?？偛贾脠D見圖1，典型中橫剖面圖見圖2

9000噸新型不銹鋼化學品船內部不銹鋼液貨艙選取的是具有更高的強度、抗腐蝕性、熱傳導系數(shù)和膨脹系數(shù)的雙相不銹鋼。

現(xiàn)在大部分的化學品運輸船為液貨船，與現(xiàn)在的運油船在結構上有許多相似的地方。從結構方面來講，化學品運輸船要先要和油船看齊，達到運油船的要求，如今化學品種類急劇增多，貨品的密度，裝運溫度，蒸氣表壓，腐蝕能力，貨艙裝載限度等眾多條件都需要進行周密的考慮以及計算。本文將從五個方面闡述在設計中需要注意的問題。

一、規(guī)范計算

進行此項時要達到油船標準和各船級社對化學品運輸船和散裝容器提出的標準。近幾年不銹鋼材料的價格持續(xù)上升，為了降低成本，需要注意貨艙結構計算的優(yōu)化。因為貨品種類多，貨艙結構的準確計算需要結合各種工況進行計算，一般只選取比較典型的工況進行計算。具備高蒸汽壓力的貨品，密度和溫度不會過高，如果一味將最高蒸氣壓力，最大貨品密度以及最高溫度整合在一起，以此作為設計工況，很有可能導致貨艙周界結構重量的增加。因此，要對化學品的蒸氣壓力，密度，溫度進行合理配置，找到最佳參數(shù)組合，以此整合出最佳數(shù)據(jù)。因為該船所使用的是新型的不銹鋼材料，現(xiàn)在各個船級社對不同裝運溫度下的材料系數(shù)有不同的標準，規(guī)范計算時需要注意船級社的要求，要讓材料高強度的特征得到更好的利用。還要保證其特征得到充分利用的同時最大限度地節(jié)省不銹鋼的使用量?？己藭r需要注意對舷側、船底和甲板強框架結構的強度，因為該船具備運輸高蒸氣壓以及高密度貨物的特點，必要時需要通過直接計算進行考核。

二、熱應力計算

該船具有裝運高溫貨品的特征，所以貨艙內部的溫度會形成一個階梯，而這上下所形成的溫度差會對船體結構產(chǎn)生影響，產(chǎn)生熱膨脹，內應力便從此產(chǎn)生，這會與裝貨物時產(chǎn)生的局部應力和總縱彎矩和剪力迭加，也許會令結構失效。目前技術的發(fā)展，將溫度作為載荷加載已經(jīng)不成問題，問題在于如何獲得溫度梯場，雖然一些軟件可以測得相關指數(shù)，但是如果考慮了介質的對流系數(shù)和傳導系數(shù)，結果會與實際產(chǎn)生偏差。為避免設計過程中的熱應力計算和結構用鋼量偏差大，設計時不要輕易提高溫度。

三、貨艙晃蕩載荷計算

研發(fā)過程中，貨艙晃蕩載荷是不能忽視的重要指標。例如：化學品船和油船相比，前者通常每一次需要運載的貨物種類多但量少。而且在油船貨艙內裝有橫向強框構件，產(chǎn)生晃動時會有阻力，而在化學品船中卻沒有，內壁十分光滑，所以晃蕩沖擊載荷比油船要偏大。

在研發(fā)過程中，要通過計算和公式確定貨艙晃蕩載荷，目前確定該項指數(shù)的方法有兩種，一種是依據(jù)規(guī)范經(jīng)驗公式，比如DNV以及BV的規(guī)范。另外一種是使用LR的“shiprightsloshing”程序通過模擬計算來得到相應的值。評估分級后，程序會針對結果給出結構最大能承受的晃蕩沖擊載荷，從而設計人員可以確定該結構在出現(xiàn)晃蕩沖擊是能否保證船體安全。

四、總縱強度計算

與油船相比，理論上兩者的總縱強度計算沒有實質上的區(qū)別，不過因為結構以及材料的特殊性仍要注意以下問題。

（一）該船甲板和甲板縱骨、甲板縱桁使用的是不同的材料，前者為不銹鋼材料，后者使用的是船用低碳鋼。假如只對船體的梁剖面模數(shù)進行一個簡單的校核，兩種材料的差異不能體現(xiàn)出來，以至于不能使不銹鋼材料得到更經(jīng)濟的使用。因為船體甲板的上方是甲板縱骨和甲板縱桁，所以甲板板處的彎曲應力是小于總縱彎曲在縱桁面板和甲板縱骨球頭處產(chǎn)生的彎曲應力的。

（二）計算總縱強度時，要分別計算甲板邊板、梁拱最高點處甲板板等結構的實際彎曲應力值，要讓材料所許用彎曲應力值與實際值相對應，這樣才能使材料得到更經(jīng)濟地使用。我們可以利用雙相不銹鋼高強度的特點將其運用在甲板上，在甲板縱骨和甲板縱桁可以使用H32或H36的高強度船用低碳鋼，兩者進行搭配。既經(jīng)濟還使板架的承載能力增強。

五、材料選擇和細節(jié)問題

雙相不銹鋼具備很強的耐腐蝕性和較高的強度，且膨脹系數(shù)相對較低，與結構鋼類似，便于降低熱應力。在焊接工藝上，它只使用一種焊接材料即可，更方便快捷。

設計時要減少對不銹鋼板除切割和刨邊以外的機械加工。焊接時要減少出現(xiàn)很小的焊縫交角，這會引起焊接缺陷。為了增大艙容，可以將前部線性設計成偏“U”型，還便于施工。該船在設計槽型艙壁時，只設計了一個折角角度，從而只需要開一次模，簡化了加工工藝。設計槽單位寬度時考慮了生產(chǎn)商可以提供不銹鋼板的規(guī)格，寬度與其保持一致，方便了以后的加工。

在使用不銹鋼板材料時要了解其各種不同規(guī)格。研發(fā)時要提升材料利用率，根據(jù)船體尺寸選取合適的規(guī)格，還能使鋼結構更堅固。當然不能一味的減少材料用量，如果選取的材料的載荷不同，拼接后不僅焊縫增多，還可能會出現(xiàn)變形和缺陷，所以選取不銹鋼板時減少厚度規(guī)格，可以提升效率。該船整體內殼只有六種不同的板厚。

六、結語

由于不銹鋼化學品船的設計工藝復雜且原材料成本高，初期就要整體協(xié)調設計出合理的內殼線型。在結構設計時更要充分發(fā)揮不銹鋼的特性，選擇合理的工況，讓每一塊材料都使用的更有價值。只有這樣才能設計出高質量的不銹鋼化學品船。

參考文獻

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