LNG船貨艙區(qū)域船體建造工藝優(yōu)化

陳煉 許志祥 劉凱

摘 要：文章圍繞我國LNG系列船的貨艙建造方法，以兩型LNG船作為對比，對新的工藝工法優(yōu)化與變革作出了全方位的闡述。從裝配焊接、精度控制、搭載周期三個(gè)主要角度，對建造工藝的優(yōu)化進(jìn)行了深入剖析，并最后總結(jié)得到了以整體性、平對接轉(zhuǎn)化角對接、關(guān)鍵CM節(jié)點(diǎn)簡化三點(diǎn)作為方向的主體優(yōu)化思路。優(yōu)化過程中的思路與方法對后續(xù)LNG船建造具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：LNG船；貨艙建造；工藝優(yōu)化

中圖分類號：U661.43 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）24-0100-04

Abstract： Focusing on the construction method of cargo hold of LNG series ships in China， this paper compares the two types of LNG carriers， and expounds the optimization and innovation of new process engineering method in an all-round way. From the three main angles of assembly welding， precision control and carrying cycle， the optimization of construction technology is analyzed in depth. Finally， the main optimization ideas of the direction of integrity， horizontal docking conversion angle docking and simplification of key CM nodes are summarized. The ideas and methods in the optimization process can be used for reference for the subsequent LNG carrier construction.

Keywords： LNG carrier； cargo hold construction； process optimization

1 概述

目前，大型薄膜型液化天然氣（Liquefied Natural Gas，LNG）船的建造方式多采用塔式建造法。這種建造方法的優(yōu)點(diǎn)是可以優(yōu)先形成一個(gè)完整的艙室，繼而推進(jìn)后續(xù)的艙內(nèi)舾裝工作，使后道工序節(jié)點(diǎn)前移，節(jié)約建造周期。從這個(gè)角度出發(fā)，如何合理地調(diào)整分段劃分方式，使艙室能夠盡快成型，是LNG船建造工藝優(yōu)化的一個(gè)主要方向。除了調(diào)整分段劃分方式外，建造工藝的優(yōu)化還應(yīng)包括吊裝時(shí)間優(yōu)化、施工便利性優(yōu)化、成型精度優(yōu)化、裝配焊接質(zhì)量優(yōu)化等多個(gè)層面。所以，建造工藝優(yōu)化是以分段劃分優(yōu)化為基礎(chǔ)，以安全、質(zhì)量、周期、施工適宜度為延伸的全面性課題。

本文主要介紹了我國建造的大型LNG系列船船在建造工藝上做出的多種優(yōu)化措施，以已經(jīng)交付完成的A系列和P系列兩型LNG船作為對比，對LNG船貨艙建造工藝優(yōu)化的方向、方法和思路予以探討，為未來船舶建造的進(jìn)一步優(yōu)化與開拓提供經(jīng)驗(yàn)。

2 分段劃分優(yōu)化方法簡介

2.1 分段劃分圖對比

我國最新建造的大型薄膜型LNG船是P系列，目前已完成交付3艘，船東方對建造質(zhì)量深表滿意。P系列的上一型船是A系列，該項(xiàng)目同樣深受船東好評，建造質(zhì)量方面沒有任何問題。但是，在建造過程中，成本控制、施工便利性等方面，從船廠內(nèi)控角度來說，A系列是不如P系列的。其根本原因就是P系列船在項(xiàng)目策劃時(shí)就已經(jīng)著手進(jìn)行了大量的工藝工法改進(jìn)，力求強(qiáng)化成本控制、減少返工浪費(fèi)、提高施工環(huán)境舒適性和施工模式可復(fù)制性。

以上兩型項(xiàng)目的貨艙區(qū)分段劃分方式是截然不同的（見圖1）。從圖中可以看出：（1）船長方向上，A系列船的橫隔艙與底部方箱子大接頭相對位置不確定。有的近有的遠(yuǎn)。P系列船，所有方箱子總段大接頭均包含在橫隔艙內(nèi)，統(tǒng)一化、規(guī)范化。（2）船寬方向和高度方向：A系列船穹頂、舷側(cè)、底部各帶一段隔艙進(jìn)行總組，再與中部隔艙對接。P系列則是將整個(gè)隔艙分為上下兩片總段，每個(gè)總段分為左中右三個(gè)分段，與貨倉環(huán)段的全部是角焊縫（見圖2）。（3）主要CM節(jié)點(diǎn)：貨艙典型橫剖面是八邊形，相應(yīng)的就存在8個(gè)折邊交點(diǎn)，這些點(diǎn)需要做全熔透焊處理，稱為CM節(jié)點(diǎn)，是船體內(nèi)殼建造最重要的質(zhì)量控制點(diǎn)。此外，舷側(cè)三角艙和舷頂總段的內(nèi)殼交界處雖然不屬于折角點(diǎn)，卻因?yàn)橹骷装迤脚_的影響，也作為CM節(jié)點(diǎn)嚴(yán)格控制，命名為四號節(jié)點(diǎn)。A系列船，穹頂總段進(jìn)行全寬型總組，四號節(jié)點(diǎn)作為搭載對接點(diǎn)。P系列船，穹頂整艙長度方向總組，將四號、CM5、CM6節(jié)點(diǎn)全部包含在分段階段制作。

2.2 改進(jìn)點(diǎn)分析

P系列船相對于A系列船的改進(jìn)是有的放矢的。結(jié)合上面介紹的劃分方式，可以總結(jié)出以下三個(gè)主要的改進(jìn)點(diǎn)：（1）船長方向：P系列船將所有方箱子總段大接頭都包含在橫隔艙內(nèi)，對工藝孔設(shè)計(jì)、安全管理、車間及勞務(wù)隊(duì)施工管理有很大幫助，提高了建造時(shí)的施工效率。這是管理方面的優(yōu)勢。（2）船寬方向和高度方向：相對于A系列的隔艙中體與其他邊隔艙平對接，P系列的角對接更易裝配。無論從精度控制還是從施工返修角度看，角對接都遠(yuǎn)優(yōu)于平對接。這相當(dāng)于將貨艙面的平整度問題轉(zhuǎn)化到了壓載艙的裝配上去。眾所周知，LNG內(nèi)殼平整度要求極高，要做到滿足GTT絕緣箱的安裝要求，3m內(nèi)硬檔平整度偏差不允許超過4mm。雖然能夠做到，但是經(jīng)常出現(xiàn)大量的返修對成本是極其不利的。而P系列轉(zhuǎn)化到壓載艙后，裝配工作相對輕松了很多，因?yàn)槭謱优c平整度不同，不容易出現(xiàn)問題，極大降低了橫隔艙裝配返修量。這是成本方面的優(yōu)勢。（3）主要CM節(jié)點(diǎn)：從裝配角度看，P系列船更佳。A系列穹頂甲板是精度誤差累計(jì)的最終受害者，全寬型的穹頂甲板總組，自身的擱置變形就很大、四號節(jié)點(diǎn)對接精度極難控制，大量開刀換板返工工作貫穿于整個(gè)建造過程中。重新裝配勢必影響板材尺寸和切口光潔度，裝配質(zhì)量受到影響。P系列船主要節(jié)點(diǎn)均在分段階段制作，比總裝階段難度低、精度高。

3 提高艙容控制水平

3.1 艙容控制標(biāo)準(zhǔn)

LNG船貨艙艙容控制的目的是為液貨圍護(hù)系統(tǒng)（下簡稱CCS）絕緣箱安裝鋪平道路。當(dāng)艙容控制不利，偏差超標(biāo)時(shí)，將不得不制作特殊尺寸的絕緣箱才能滿足安裝需要，時(shí)間和成本的損失是比較嚴(yán)重的?；谝陨显?，艙容控制標(biāo)準(zhǔn)必須來源于GTT給出的CCS裝箱標(biāo)準(zhǔn)并高于此標(biāo)準(zhǔn)。

A系列的艙容控制標(biāo)準(zhǔn)基本上參照GTT裝箱標(biāo)準(zhǔn)，即全長、全寬、全高在-60mm至+40mm之間。建造完工后發(fā)現(xiàn)，有一些區(qū)域仍然需要制作非標(biāo)準(zhǔn)絕緣箱。究其原因，主要是CCS標(biāo)準(zhǔn)與船體標(biāo)準(zhǔn)不完全等同造成的。CCS的測量方法和結(jié)構(gòu)精度的測量方法完全不同，這也就導(dǎo)致在長寬之間、長高之間或?qū)捀咧g具有關(guān)聯(lián)性的位置，按照-60mm至+40mm去建造船體，并不能完全滿足CCS裝箱需要。為了徹底解決制作非標(biāo)箱的問題，基于P系列船的建造工藝優(yōu)化對精度控制水平提高會(huì)有顯著影響的考慮，我們提出了一個(gè)比較高的控制標(biāo)準(zhǔn)，即全寬±30mm，全長±20mm，全高±20mm（見圖3）。實(shí)際建造后，各艙艙容除特例外，基本達(dá)到了預(yù)期控制目標(biāo)（見圖4）。

3.2 精度控制改進(jìn)點(diǎn)

結(jié)合P系列的建造工藝優(yōu)化成果，艙容精度控制方面取得了很大的成功?？偨Y(jié)下來主要分為三個(gè)方面：

3.2.1 橫隔艙同面度

橫隔艙作為貨艙首尾起止端，與其他八個(gè)貨艙面都有連接，可以說是艙容控制的第一要點(diǎn)。橫隔艙控制點(diǎn)很多，其中又以同面度控制最為重要。同面是指整個(gè)橫隔艙的頂部、底部、左右兩側(cè)是否在一個(gè)鉛垂平面內(nèi)度的含義是如果不在一個(gè)平面內(nèi)，那么偏差是多少？可以想見，偏差愈多，整個(gè)貨艙的所圍成的十面體就越扭曲，艙容也就偏差越大。因?yàn)闄M隔艙與其他八個(gè)面都相接觸，只要橫隔艙不垂直或者左右不同步，起碼影響到4個(gè)面的精度，因此說橫隔艙精度控制的意義十分重要。就P系列同A系列對比而言（見圖5），P系列的橫隔艙片段數(shù)量明顯要少于A系列。這就使得橫隔艙具有了整體性，控制時(shí)只需要嚴(yán)控上下兩片總段的垂直度和左右同步度即可。而A系列控制起來就非常困難，因?yàn)橐ＷC整個(gè)艙容的同時(shí)還要保證橫隔艙艙壁的平整度，所以每一個(gè)片段都要嚴(yán)格控制，每一個(gè)片段都有四個(gè)控制點(diǎn)，加在一起共有24個(gè)控制位置，出現(xiàn)累積或者錯(cuò)誤的可能性是P系列的3倍。

3.2.2 穹頂總段半寬

穹頂總段作為全貨艙最后搭載的總段，所有的精度誤差累積都會(huì)向這里匯總，最后導(dǎo)致穹頂搭載時(shí)出現(xiàn)精度不良問題。為了與結(jié)構(gòu)對準(zhǔn)，有時(shí)就不得不犧牲艙容。P系列以前，所有LNG船的船體建造都深受這個(gè)問題的困擾，后經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，穹頂半寬偏差的根本原因是全寬型總段搭載時(shí)，因?yàn)樽陨碜冃魏拖蟼?cè)三角艙略有內(nèi)傾，導(dǎo)致外斜旁先接觸到主甲板，而后因自重導(dǎo)致半寬放大，直至內(nèi)斜旁也接觸到主甲板。這個(gè)過程的變形可達(dá)到單邊14mm，全寬28mm。又因?yàn)榇L方向上變化各有不同，內(nèi)斜旁平整度矯正等因素，此處經(jīng)常被迫制作非標(biāo)準(zhǔn)絕緣箱才能完成CCS安裝。相對而言，P系列徹底解決了這個(gè)問題。P系列的總組方式是整艙長度方向總組，將穹頂甲板總段與舷頂總段分割開來，各自搭載。這樣，就將斜面對接問題轉(zhuǎn)化為了平面對接。將因主甲板影響而難以約束和控制的四號節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)化到了穹頂甲板面控制，而穹頂甲板是可以通過梳妝馬、約束焊等手段輕易控制下沉的。既減少了裝配返修量，又減小了控制難度，提高了艙容控制水平。

3.2.3 舷側(cè)直線度

舷側(cè)直線度控制也是艙容控制的重要環(huán)節(jié)。舷側(cè)作為由底部向頂部總段的過渡段，具有承上啟下的作用。一般來說，底部總段由于平直，精度尺寸一向較好，但頂部總段一向存在問題，究其原因，除了誤差累積之外，舷側(cè)的精度控制不利也是重要原因。P系列將整艙舷側(cè)總組，在塢墩上就可以控制直線度，搭載時(shí)一步到位。A系列則是搭載時(shí)還需要做前后對接，多了很多控制點(diǎn)。此外，P系列還將三角艙劃給了舷頂總段，舷側(cè)總段只剩“方箱子”，這也一定程度上避免了以往舷側(cè)內(nèi)傾現(xiàn)象，為穹頂總段精度控制提供了便利。

4 縮減搭載吊裝時(shí)間

搭載吊裝時(shí)間指的并不是吊車的行程時(shí)間，而是從與總段連接開始，一直到松開連接為止的總時(shí)間。這里面除了行程時(shí)間之外，還包括其他影響吊裝的因素，比如：部分腳手在吊裝之前需要拆除或者搭設(shè)，一些探出結(jié)構(gòu)邊界可能影響對接的附屬件（管子、法蘭、支架等）需要割除，吊車松鉤前需要燒約束焊保證總段的安全性和防止位置出現(xiàn)挪動(dòng)，第一次定位精度不良的總段需要吊車一直配合不斷調(diào)整總段位置直到滿意為止等等。與這些因素所耗費(fèi)的時(shí)間比起來，行程時(shí)間幾乎是可以忽略不計(jì)的。

以上的各項(xiàng)因素中，對吊裝時(shí)間影響最大的是精度定位復(fù)位，耗時(shí)是無法估計(jì)的。當(dāng)總段狀態(tài)很差時(shí)，甚至一天一夜不能松鉤。對比A系列和P系列的吊裝時(shí)間可以發(fā)現(xiàn)（以底部總段為例，見圖8），P系列的搭載吊裝平均時(shí)間遠(yuǎn)低于A系列。由此可見，分段劃分的改變，建造工藝工法的優(yōu)化，對節(jié)省建造周期起到了極其重要的作用。

帶來這種進(jìn)步的具體原因，還是要回到分段劃分優(yōu)化上找：（1）A系列底部總段多數(shù)帶有橫隔艙小片段，增加額外的施工定位時(shí)間。（2）A系列的搭載接頭數(shù)量多于P系列，相應(yīng)的，每一個(gè)接頭都要安排精度測量、定位、劃線等工作，時(shí)間成倍增加（見圖9）。

5 結(jié)束語

（1）在前期策劃進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)劃分，開發(fā)出最優(yōu)化的總段形式能使總段完整性大大提高，并且可以將部分搭載工序前移至總組階段，在總組階段多做，縮短搭載周期。

（2）搭載平對接的控制難度、裝配難度和焊接難度都遠(yuǎn)高于角接。將貨艙接頭向壓載艙轉(zhuǎn)化，將難控制的位置向容易控制或者控制標(biāo)準(zhǔn)偏低的位置轉(zhuǎn)化，將難控制的接頭形式向易控制的接頭形式轉(zhuǎn)化，是降低裝焊成本的有效途徑。

（3）關(guān)鍵CM節(jié)點(diǎn)簡化：CM節(jié)點(diǎn)一向是難點(diǎn)。P系列的節(jié)點(diǎn)形式并未做出改變，只是將大多數(shù)節(jié)點(diǎn)劃分到分段階段制造，總裝階段就已經(jīng)節(jié)省了很多周期。

LNG貨艙建造工藝的優(yōu)化，是我國大型薄膜型LNG船建造史上船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一大變革，這種改進(jìn)對未來LNG的成本控制、訂單承接都具有重要意義。

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