超大型液化氣船甲板單元設(shè)計(jì)

(上海外高橋造船有限公司，上海 200137)

85 000 m3液化氣船為全冷式A型獨(dú)立棱型液艙[1]，是外高橋造船首次獨(dú)立設(shè)計(jì)建造的國(guó)內(nèi)最大的超大型液化氣船，該VLGC中附加值最高的部分為液貨系統(tǒng)，液貨系統(tǒng)甲板單元有布置復(fù)雜，設(shè)計(jì)、制作周期長(zhǎng)，精度要求高等特點(diǎn)。甲板單元制作及安裝的好壞直接影響造船成本及制造周期。針對(duì)85 000 m3液化氣船甲板單元的設(shè)計(jì)任務(wù)，介紹VLGC甲板單元布置、甲板單元?jiǎng)澐?、出圖模式及精度控制方案。制定出適合外高橋造船現(xiàn)場(chǎng)施工條件的、滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求且方便現(xiàn)場(chǎng)施工的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

1 甲板系統(tǒng)布置簡(jiǎn)介

VLGC甲板布置見(jiàn)圖1，甲板單元布置在船中靠左舷位置，由上建前壁延伸至艏部燃油艙。甲板單元縱深約165 m、高度約4 m、橫向?qū)挾茸畲筇幖s28 m，艉部寬度約8 m，艏部最小寬度約3 m。

圖1 甲板布置圖

85 000 m3液化氣船設(shè)有2套液相、2套氣相裝卸總管，布置于船舯壓縮機(jī)房之前的裝卸站位置，用于裝卸貨物。液貨系統(tǒng)管系材質(zhì)為不銹鋼，其壁厚較薄，管路連接形式為對(duì)接焊[2]，管段與管段之間需保證較高的對(duì)中要求。

甲板單元上布置有不銹鋼液貨管(包括氣相管、液相管、貨物冷凝管、液貨透氣管)、液貨輔助管系(氮?dú)夤堋⒇浳锟刂瓶諝夤?、閥門(mén)遙控控制管、應(yīng)急切斷管系等)、電纜管(為甲板及艏部設(shè)備電纜提供保護(hù))、干粉管(服務(wù)于2個(gè)干粉炮及8個(gè)干粉槍)、CO2管(服務(wù)于壓縮機(jī)間及馬達(dá)間)、消防管(為布置于甲板的16枚消防水槍服務(wù))、水噴淋管(服務(wù)于4個(gè)氣室、裝卸站、壓縮機(jī)間及馬達(dá)機(jī)間)、高壓水沖洗管、空氣管等眾多不同材質(zhì)及管徑的管系。還布置有安全通道(SOLAS要求需布置有通向艏部的安全通道)、遮蔽處所、電纜箱(分線)、干粉釋放箱(控制干粉槍釋放)、裝卸站儀表箱(用于放置貨物壓力表、傳感器等)等。

2 甲板單元?jiǎng)澐?/h2>

由于管架布置在主甲板，其在船塢階段安裝有利于單元安裝的精度控制，但其焊接容易導(dǎo)致液罐與明火接觸，施工風(fēng)險(xiǎn)大。為減少船塢階段焊接對(duì)船體的油漆破壞，降低液罐與明火接觸的風(fēng)險(xiǎn)，兼顧現(xiàn)場(chǎng)部門(mén)的施工精度，將甲板單元盡量放在總段階段安裝。

甲板單元?jiǎng)澐植贾靡?jiàn)圖2。

圖2 甲板單元布置示意

單元?jiǎng)澐质紫纫紤]安裝階段，由于甲板單元盡量在總段安裝，因此將單元在總段大接縫處劃分開(kāi)。由于裝卸站區(qū)域管路布置大多為橫向排列，將其單獨(dú)作為一個(gè)單元，但考慮到此單元太大，將其分為U54A和U54B兩個(gè)單元。由于U54A和U54B橫跨50A與50B總段，因此這兩個(gè)單元在船塢階段安裝?？紤]到制造場(chǎng)地、管子取段、單元吊裝、總組及搭載精度等因素，將甲板管架分為11個(gè)單元，每個(gè)單元長(zhǎng)約16 m。各單元編號(hào)及安裝階段見(jiàn)表1。

表1 甲板單元?jiǎng)澐旨鞍惭b階段

3 甲板單元的設(shè)計(jì)

3.1 甲板單元管架結(jié)構(gòu)

甲板單元管架采用類(lèi)門(mén)字形片體形式。片體由160×160×8的方鋼管立柱加140×140×14的角鋼橫檔組成。由于船體甲板結(jié)構(gòu)每4檔肋位有1個(gè)強(qiáng)橫檔，即2個(gè)強(qiáng)橫檔間大約有3.2 m。根據(jù)液貨廠家的ISO圖紙及管系SDP對(duì)管卡間距的要求，確定在主甲板強(qiáng)橫檔的位置設(shè)置管架片體。由于液貨系統(tǒng)管系均為不銹鋼管，壁厚比較薄，為便于單元吊裝及防止管架縱向變形，在片體左側(cè)縱向加一路140×140×14角鋼作為縱向支撐。

3.2 甲板單元布置

甲板單元管架片體截面見(jiàn)圖3。

圖3 甲板單元片體截面

由于管架上需要布置的管系繁多，考慮到管架強(qiáng)度、人員在甲板左右通行、甲板設(shè)備及系泊布置限制等因素，將管架布置為三層結(jié)構(gòu)。管架立柱落在甲板的縱骨和橫梁的交叉位置，以防止甲板變形，為管架單元提供足夠的強(qiáng)度支撐。

圖3中，標(biāo)記B的管子為液貨管系，由液貨廠家提供設(shè)計(jì)，其余管子由船廠提供。標(biāo)記A的管子為電纜管，由于電纜管數(shù)量較多且相對(duì)獨(dú)立，將其布置在安全走道的左側(cè)，在每個(gè)氣室位置設(shè)置1個(gè)分線箱，為每個(gè)液艙內(nèi)的用電設(shè)備供電；標(biāo)記C的管子為干粉管，由于干粉釋放箱需要布置在安全走道旁邊以便于操作，因此將干粉管也布置在安全通道旁，使管子靠近用戶(hù)；標(biāo)記D的管子為常規(guī)管系，包括高壓水沖洗管、壓縮空氣管等，由于常規(guī)管系為整個(gè)甲板面服務(wù)，因此將其布置在船中位置，便于兼顧左右舷的用戶(hù)；標(biāo)記E的管子為閥門(mén)遙控控制管系，控制管系綁扎在電纜托架上，將其布置在最低一層，為便于左右通行，將控制管布置在管架的最左側(cè)；標(biāo)記F的平臺(tái)為安全走道，根據(jù)SOLAS要求，安全走道盡量布置在船中的位置，因此將其布置在管架的右側(cè)。[3]

4 甲板單元出圖模式

4.1 甲板單元管架出圖模式

甲板單元管架鐵舾件由兩類(lèi)舾裝件組成，一類(lèi)為普通鐵舾件，包括平臺(tái)、欄桿、遮蔽處所、基座等；一類(lèi)為特殊鐵舾件，包括打孔角鋼，方鋼管等。由此，管架單元圖紙共分四份：是①管架單元附件制作圖；②管架單元普通鐵舾件制作圖；③管架單元組裝圖；④管架單元普通鐵舾件組裝圖。由于普通鐵舾件均為常規(guī)做法，這里不再贅述，以下僅對(duì)特殊鐵舾件進(jìn)行介紹。

“管架單元附件制作圖”主要包括片體制作和縱向連接件下料，在內(nèi)頁(yè)中附上每種型號(hào)管夾的開(kāi)孔尺寸，在片體制作圖上僅需要標(biāo)明管夾的型號(hào)，不需要在模型上打孔，節(jié)省打孔工時(shí)。

片體及縱向連接件均做到面漆，避免以后由于面漆施工而引起的管路二次拆裝。縱向連接件均為散件，采用自動(dòng)編號(hào)軟件抽取規(guī)格長(zhǎng)度后[4]，要求鐵舾件廠家將編號(hào)標(biāo)在每根角鋼上，在組裝圖上同樣標(biāo)明，方便現(xiàn)場(chǎng)施工[5]。“管架單元組裝圖”中將各片體及連接件組裝為管架單元。

4.2 甲板單元管系出圖模式

為便于不同材質(zhì)的管件管理,將碳鋼管和不銹鋼管制作圖分開(kāi)。其中，液貨系統(tǒng)管為不銹鋼管，連接為對(duì)接焊，焊縫需要無(wú)損檢測(cè)[6]。為便于管理焊縫，液貨系統(tǒng)管路制作圖采用ISO圖紙，由設(shè)計(jì)部門(mén)提供品質(zhì)部門(mén)焊縫管理清單,用于精度部門(mén)檢測(cè)焊縫質(zhì)量[7]。

5 甲板單元精度控制

為防止管架安裝對(duì)甲板油漆的破壞，管架復(fù)板需要分段預(yù)裝，為保證管架立柱精準(zhǔn)的落在復(fù)板上，需要控制復(fù)板及管架的安裝精度[8]。對(duì)于液貨系統(tǒng)管的連接，對(duì)中要求為±1 mm，因此，需要控制甲板單元的制作及安裝精度。

5.1 管架復(fù)板安裝精度控制

管架復(fù)板的安裝是保證管架單元安裝精度的第一步。由于主甲板復(fù)板數(shù)量很大，為便于減少測(cè)量誤差積累，安裝圖中所有復(fù)板安裝尺寸均由分段基準(zhǔn)線量取[9]，見(jiàn)圖4。

圖4 復(fù)板安裝定位

由于主甲板有梁拱，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法水平測(cè)量，復(fù)板安裝橫向定位尺寸均需要平行于主甲板測(cè)量。

5.2 管架片體制作精度控制

片體制作時(shí)，所有尺寸均以一個(gè)點(diǎn)作為基準(zhǔn)量取，避免誤差累積[10]。為保證液貨管的垂向精度，片體高度方向基準(zhǔn)在液貨系統(tǒng)管路所在水平面。要求片體制作廠家嚴(yán)格控制制作精度，管夾開(kāi)孔定位尺寸誤差在0.5 mm以?xún)?nèi)，其余尺寸誤差在1 mm以?xún)?nèi)。

管架上的管卡開(kāi)孔均為腰圓孔，單邊擴(kuò)大5 mm，便于管卡橫向調(diào)整。

5.3 甲板單元組裝精度控制

1)為保證管架片體的縱向定位尺寸及管架垂直度，選取單元中間位置的一個(gè)片體為基準(zhǔn)，其余管架片體定位均以此為基準(zhǔn)，避免誤差積累。

2)管架片體組裝側(cè)視圖見(jiàn)圖5。管架單元組裝時(shí)，由精度人員以液貨系統(tǒng)管路所在的水平面作為垂向基準(zhǔn)拉線或打激光，其余定位尺寸均以此基準(zhǔn)量取，以此保證液貨系統(tǒng)管路的垂向安裝精度。此基準(zhǔn)線需要一直保留至管架吊裝焊接結(jié)束為止,完工后需精度部門(mén)檢查此平面水平度，要求該平面平整偏差最大為±3 mm。

5.4 甲板單元總段安裝精度控制

為方便管架在船上安裝時(shí)的高度定位，片體的方鋼管下緣均放50 mm余量。對(duì)于跨總段的縱向連接件放50 mm余量，由現(xiàn)場(chǎng)部門(mén)根據(jù)搭載精度切割。復(fù)板尺寸比方鋼管單邊大30 mm，便于單元安裝時(shí)水平方向調(diào)整。對(duì)于液貨系統(tǒng)管系，高度方向也可通過(guò)墊片調(diào)整。

5.5 甲板總段合攏后精度控制

總段搭載處設(shè)置1 m的合攏管，便于結(jié)構(gòu)定位后管子的調(diào)整。在不銹鋼管與碳鋼管發(fā)生干涉時(shí)，盡可能保證不銹鋼管的走向，將碳鋼管改道。

裝卸站所在單元跨了50A與50B兩個(gè)總段，可作為50A總段與50B總段管架單元之間的調(diào)整單元。

圖5 管架片體組裝側(cè)視圖