13 000 m3 LPG船液罐精度控制技術(shù)

黃 健，孫少華，徐 君

(江南造船集團(tuán)有限責(zé)任公司，上海 201913)

0 引 言

在液罐建造合龍過程中，采用常規(guī)測量和精度控制方法較難實現(xiàn)液罐與鞍座一次性精準(zhǔn)定位，無法提升液罐的總體精度和兩加強(qiáng)環(huán)硬木安裝的完整性。因此，在主罐體建造之初，考慮到以陳舊的手工測量無法對液罐結(jié)構(gòu)實施現(xiàn)場控制與數(shù)據(jù)檢查，提出采用將液罐整體吊裝[1]至主貨艙內(nèi)鞍座進(jìn)行精確定位的方案。整個合龍過程采用精度控制與測量技術(shù)[2]相結(jié)合的方法，為實現(xiàn)總體吊裝一次性與鞍座匹配、精確定位打下基礎(chǔ)。

1 液罐精度控制難點

液罐精度控制難點之一在于須根據(jù)液化氣船液罐主體建造工藝要求制定一套完整的液罐主體總組精度控制及兩個加強(qiáng)環(huán)間距控制方案，該方案必須考慮液罐主體結(jié)構(gòu)的主尺度、水平度、兩環(huán)角尺度及兩環(huán)垂直度的精度控制要求。

難點之二在于液罐主體為圓柱體，精度控制技術(shù)必須基于液罐主體結(jié)構(gòu)重點區(qū)域建立測量坐標(biāo)，使其與液化氣船主船體測量坐標(biāo)系相對應(yīng)，再結(jié)合全站儀(激光經(jīng)緯儀)，以現(xiàn)場采集+造船精度分析軟件的一體化，實現(xiàn)對液罐兩個加強(qiáng)環(huán)精準(zhǔn)定位及兩環(huán)安裝硬木半徑與鞍座半徑精準(zhǔn)匹配。必須制定一套完整的液罐主體建造精度控制要領(lǐng)，以保證液罐主體容量和兩環(huán)硬木安裝后的半徑尺寸。

2 液罐精度控制技術(shù)

2.1 技術(shù)原理

依照液罐主體要求，對液罐主體精度控制進(jìn)行細(xì)化，并結(jié)合測量技術(shù)，將其運(yùn)用到液罐主體建造總組、安裝固定活動加強(qiáng)環(huán)-氣室-止浮裝置、兩環(huán)安裝硬木等過程中，通過模擬分析、落實現(xiàn)場以及持續(xù)改進(jìn)，使液罐產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

2.2 主要技術(shù)內(nèi)容

2.2.1 液罐主體總組精度控制

為提高液罐主體合龍精度，使液罐快速與船臺鞍座精準(zhǔn)匹配，縮短船臺周期，分析13 000 m3LPG船的1#、2#液罐主體中間部分與艏艉封頭在8號平臺總組區(qū)域進(jìn)行合龍的拼接精度、固定活動加強(qiáng)環(huán)垂直度和止浮裝置氣室中心的精度，制定現(xiàn)場液罐建造精度控制的實施方案，使液罐主體滿足精度要求。

13 000 m3LPG船液罐主體精度控制項目的基本要素為中間罐體(基準(zhǔn)圓形片段)、艏艉封頭(合龍圓形片段)、固定活動加強(qiáng)環(huán)、止浮裝置和液罐氣室蓋頭。具體的結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示。

圖1 中間罐體

圖2 止浮裝置

運(yùn)用全站儀勘劃罐體中心線，并設(shè)置橫向距離液罐中心線7 m直剖線、氣室中心參考線以及液罐艏艉端點，制作液罐主體總組胎架為后續(xù)液罐主體吊裝定位用。

液罐總組胎架模板設(shè)置要求：根據(jù)液罐主體中心線向左或向右偏移5°；模板線型主要根據(jù)罐體線型數(shù)控切割而成；在強(qiáng)度方面需考慮液罐升高后安裝硬木的承重量。因此，模板材料選擇厚板(22～28 mm)，并在胎架周圍采用輔材進(jìn)行固定焊接[3]，確保液罐在整體吊裝結(jié)束后滿足安全條件。

液罐總組胎架精度要求：以液罐中心線與FR 100、FR 122固定活動加強(qiáng)環(huán)位置線來控制角尺度(見圖3)，控制精度為±1 mm；艉封頭端點、中部罐體及艏封頭端點總長度控制中，兩條環(huán)節(jié)縫拼接斷線考慮焊接收縮值為2～4 mm，其胎架地腳線精度控制[4]為±1 mm；液罐主體偏中7 m，氣室蓋頭中心參考線精度控制為±1 mm。

圖3 固定活動加強(qiáng)環(huán)位置線

中間罐體基準(zhǔn)片段在定位時注意與模板位置精確吻合，特別是罐體對準(zhǔn)中心線對準(zhǔn)，艏艉端面接縫與地腳線重合，加強(qiáng)環(huán)拼接后按照地腳線上FR 100、FR 122位置，采用全站儀由下往上打垂直同面度，主要精度控制在±5 mm以內(nèi)，正確后用卡馬固定實施定位焊。

吊裝艏艉封頭與中間罐體合龍，封頭十字中心對準(zhǔn)地腳線中心線，封頭轉(zhuǎn)圓上下和水平中心分別對準(zhǔn)主罐體的十字中心位置，在拼接過程中采用全站儀進(jìn)行測量跟蹤，必須對準(zhǔn)液罐中心地腳線艏艉端點，總長度必須控制在+5 mm左右?？紤]到液罐主體的容積精度，在總組合龍時既須保證環(huán)縫對接間隙，又須控制正公差，這樣才能使液罐整體交驗容積符合產(chǎn)品最終要求。

在液罐主體成型焊接[5]后安裝氣室蓋頭部分，在吊裝定位過程中必須注意氣室蓋頭與整個罐體中心對中度，蓋頭上口水平度控制可以全站儀對準(zhǔn)地腳線氣室蓋頭參考線，檢測氣室中心蓋頭艏艉位置及水平度位置，參考基準(zhǔn)為主罐體偏移7 m中心線(見圖4)，精度控制范圍為±3 mm。

圖4 氣室偏中7 m參考線

2.2.2 測量技術(shù)應(yīng)用

在液罐主體建造過程中，惡劣的周圍作業(yè)環(huán)境等因素給精度過程控制帶來不同程度的影響。為更好地進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)和精確管理，采用精度測量技術(shù)有效地對液罐主體加強(qiáng)環(huán)間距、垂直度和兩環(huán)硬木安裝半徑進(jìn)行精度控制。

測量技術(shù)的應(yīng)用必須結(jié)合液罐總組區(qū)域的實際情況，確定實施測量技術(shù)的切入點，將液罐主體建造完成后的精度控制效果以測量坐標(biāo)系數(shù)據(jù)的形式來證明。應(yīng)用測量技術(shù)后的精度控制效果如下：

(1) 建立液罐主體設(shè)計坐標(biāo)系。在造船分析模擬軟件(叁銘軟件)中創(chuàng)建液罐主體的測量設(shè)計坐標(biāo)系(x,y,z)，坐標(biāo)系原點設(shè)置在液罐艏艉封頭中心端點處(x:0,y:0,z:7 750)，固定加強(qiáng)環(huán)FR 100和活動加強(qiáng)環(huán)FR 122分別由液罐底部中心點往左右兩舷偏移500 mm，與液罐中心R確定設(shè)計每個站點的高度值，兩環(huán)x值是肋位號在6 500 m3LPG整船坐標(biāo)系中換算得出的數(shù)據(jù)，最終確定液罐主體的空間測量坐標(biāo)值。

(2) 確定液罐主體精度控制基準(zhǔn)點。在對全站儀+掌上電腦PDA現(xiàn)場采集的實測數(shù)據(jù)與設(shè)計坐標(biāo)值進(jìn)行模擬前，須確定液罐主體基準(zhǔn)點：在液罐主體FR 100、FR 122肋位固定活動加強(qiáng)環(huán)底部中心安裝硬木位置分別設(shè)置第1和第2基準(zhǔn)點，配合輔助工具為十字貼片；第3基準(zhǔn)點為FR 100固定加強(qiáng)環(huán)止浮裝置焦距點。使用第1～第3基準(zhǔn)點分析液罐主體的艏艉封頭、固定活動加強(qiáng)環(huán)垂直度、兩環(huán)硬木安裝半徑精度以及氣室蓋頭止浮裝置項目的精度，便于液罐主體精準(zhǔn)化定位。

(3) 現(xiàn)場采集液罐主體數(shù)據(jù)。在合適的位置架設(shè)全站儀，現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，并利用造船分析軟件進(jìn)行模擬分析。采集的具體目標(biāo)為距離艏艉封頭端點7 750 mm中心點，F(xiàn)R 100、FR 122的固定活動加強(qiáng)環(huán)承壓硬木距中每500 mm測量點，氣室蓋頭及止浮裝置測量點(見圖5)。

圖5 氣室蓋頭及止浮裝置測量點

(4) 消除測量數(shù)據(jù)采集的不利因素。液罐主體左右兩側(cè)搭設(shè)腳手架，艏艉封頭中心端點無登高點，固定活動加強(qiáng)環(huán)底部中心點較低并且有胎架模板遮擋，承壓硬木測量點受腳手管遮擋距中500 mm等距點，液罐主體現(xiàn)場作業(yè)人員較多且施工設(shè)備的震動影響數(shù)據(jù)采集。解決和協(xié)調(diào)方案：將全站儀架設(shè)于液罐胎架地腳線偏移中心7 m參考線區(qū)域，同時將轉(zhuǎn)站標(biāo)靶設(shè)置在全站儀的視線范圍內(nèi)；對于艏艉封頭中心端點的測量，采用移動斜梯使測量點在作業(yè)范圍內(nèi)；針對固定活動加強(qiáng)環(huán)底部中心角度較小、不在全站儀瞄視作業(yè)范圍的問題，通過小直角尺與十字貼片配合借位的形式完成采點，如圖6所示；針對承壓硬木等距測量點受阻的問題，采用卷尺量圍長借位的形式獲得數(shù)據(jù)，分析液罐主體坐標(biāo)系設(shè)計數(shù)據(jù)與實際測量數(shù)據(jù)的不同進(jìn)行操作上的調(diào)整；為將液罐主體精度控制的情況用測量數(shù)據(jù)顯示出來，匯總大量數(shù)據(jù)(見表1和表2)，并與液罐主體結(jié)構(gòu)施工圖[6]、LPG船NO.1和NO.2貨艙結(jié)構(gòu)圖尺寸匹對并換算，使液罐鞍座的測量數(shù)據(jù)與鞍座的實際位置相一致。

圖6 艏艉封頭中心端點手工放點

表1 FR 100液罐主體精度控制情況數(shù)據(jù)顯示 mm

表2 FR 122液罐主體精度控制情況數(shù)據(jù)顯示 mm

3 液罐精度控制技術(shù)研究項目創(chuàng)新性

液罐主體總組精度控制的創(chuàng)新點：液罐主體總組編劃胎架合龍定位地腳線及其所需參考線，運(yùn)用全站儀逐步取代常規(guī)二維手工技術(shù)，并制定相應(yīng)的精度控制方案；根據(jù)液罐主體形狀特點和建造工藝流程，編制現(xiàn)場實施精度控制技術(shù)的切入點；液罐主體管理的重點為中間罐體與艏艉封頭對接，固定活動加強(qiáng)環(huán)垂直度，氣室蓋頭止浮裝置以及兩環(huán)安裝承壓硬木半徑等控制項目。

液罐主體測量技術(shù)的創(chuàng)新點：提出液罐主體的主尺寸、固定活動加強(qiáng)環(huán)垂直度、氣室蓋頭止浮裝置、兩環(huán)安裝承壓硬木半徑精度過程控制方案，并建立液罐測量坐標(biāo)系進(jìn)行模擬。以實際數(shù)據(jù)反映液罐主體吊裝至船臺之前的精度情況，便于達(dá)成其與液罐主貨艙鞍座精準(zhǔn)性定位一次成功的效果。

4 結(jié) 語

LPG船液罐主體合龍精度控制與測量技術(shù)的結(jié)合，保證了液罐主體在合龍后主尺寸的精度和安裝承壓硬木半徑的精度，縮短了吊裝定位周期。實施液罐主體結(jié)構(gòu)總組精度控制與測量技術(shù)相結(jié)合是一項工藝突破，通過精度控制介入管理，與之前缺乏管理進(jìn)行有效地對比可知：液罐主體精度得到提升，整個建造周期提前一周，有利于提高勞動效率、縮短液罐主體船臺搭載定位時間，并有效避免因精度不良導(dǎo)致大量返工而造成人力、物力資源的浪費(fèi)。

液罐主體總組精度控制與測量技術(shù)應(yīng)用相結(jié)合的方法是國內(nèi)對液罐主體精度控制進(jìn)行的創(chuàng)新探索，該方法的實施取得了良好的效果，最終形成建造基準(zhǔn)的施工作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)書，提高了勞動效率，降低了建造投入成本，為建造不同類型船舶產(chǎn)品積累了寶貴的經(jīng)驗。