69000DWT原油船上甲板走橋及管支架設(shè)計(jì)

何琴琴 李傳靜 江靜 陳堯

摘? ? 要：步橋和管支架布置關(guān)系到上甲板整體布置合理性，其設(shè)計(jì)需要不斷優(yōu)化，直到施工方、使用方均滿意為止。本文主要是以69000DWT原油為例，簡要介紹其上甲板走橋及大型管支架的設(shè)計(jì)，在滿足主管路布置要求及橫橋間距規(guī)范要求的前提下，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造單元化，同時(shí)達(dá)到簡化現(xiàn)場施工工序的目的。

關(guān)鍵詞：油船;步橋;大型管支架;優(yōu)化設(shè)計(jì);單元化

中圖分類號(hào)：U663.6? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Design of Long Walk Bridge and Pipe Support of 69 000 DWT

Crude Oil Tanker

HE Qinqin1， Li Chuanjing2， JIANG Jing1， CHEN Yao1

（ 1. Guangzhou Shipyard International Company Limited， Guangzhou 511462.;

2. Guangzhou Interstellar offshore Engineering Co.，Ltd，? Guangzhou 511462 ）

Abstract： The Arrangement of long walk bridge and large pipe support are related to the rationality of the overall layout of the upper deck， and its design needs to be continuously optimized until the construction side and the user are satisfied. Taking the 69 000 DWT crude oil tanker as an example， this paper briefly introduces the design of upper deck long walk bridge and t large pipe support， and realizes the unit of design and manufacture under the premise of meeting the requirements of the main pipeline layout and the specification of the cross bridge spacing， and also achieves the purpose of simplifying the field construction procedure.

Key words： Oil tanker; Long walk bridge; Large pipe support; Optimization design; Unit

1? ? ?前言

中國船級(jí)社《法定檢驗(yàn)實(shí)施指南》對(duì)上甲板通道的要求中指出，對(duì)安裝于干舷甲板平面或以上、且位于船舶中心線或中心線附近的永久步橋，必須滿足以下要求：

（1）通道最小寬度為1.0 m的連續(xù)平臺(tái);

（2）在貫穿露天甲板的步橋通道范圍內(nèi)，在合適的位置設(shè)置開口及通至甲板的斜梯，其最大間距不超過40 m;

（3）如所穿越露天甲板長度大于70 m，步橋上應(yīng)設(shè)置堅(jiān)固遮蔽設(shè)施，且其間隔應(yīng)不超過45 m。每個(gè)類似的遮蔽設(shè)施應(yīng)至少能夠容納一人，并且其構(gòu)造應(yīng)足以經(jīng)得起來自船首和兩舷的風(fēng)浪作用。

2? ? ?69 000 DWT原油船簡介

某69 000 DWT原油船是一型設(shè)有一層連續(xù)上甲板、首部無首樓、適航于遠(yuǎn)洋航區(qū)并可進(jìn)入長江水域的油船?；谝?guī)范要求及船體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)考慮，在主甲板上中部設(shè)置一條1.3 m寬的走橋、兩側(cè)設(shè)置固定欄桿;走橋后端與第一層居住艙室甲板前端連接且等高，并連續(xù)通至主甲板首部升高甲板，如圖1所示。

3? ? 上甲板步橋及管支架設(shè)計(jì)

上甲板舾裝、管系的設(shè)計(jì)，需綜合考慮舾裝和管系的整合，并綜合考慮大型設(shè)備（貨油軟管吊、舷梯、系泊設(shè)備及附件）的協(xié)調(diào)布置，以達(dá)到最優(yōu)化設(shè)計(jì)效果：

3.1? 主管路策劃

首先策劃大型管支架上的管束和集管區(qū)的管系布置方案;統(tǒng)計(jì)油船上甲板涉及的系統(tǒng)管路，策劃貫穿上甲板的中心管束布置。此管系通常安裝于步橋下并設(shè)大型管支架，是甲板面整體布置的重中之重。

3.2? ?永久通道布置

在滿足規(guī)范和規(guī)格書要求的前提下，合理布置步橋的縱橫走向。其中，包括步橋上的防浪亭和泡沫炮平臺(tái)。

3.3? ?管系放樣

整個(gè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段需密切關(guān)注管系放樣，管系和舾裝是相輔相成的兩個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，通過不斷配合和優(yōu)化達(dá)到最優(yōu)方案。

3.4? ?設(shè)計(jì)優(yōu)化

設(shè)計(jì)優(yōu)化主要從以下幾個(gè)方面入手：步橋和大型管支架整體單元化、步橋標(biāo)準(zhǔn)化、欄桿片體化、大型管支架輕量化等;使工序盡可能前移，簡化現(xiàn)場安裝工藝，同時(shí)最大限度節(jié)約材料。

3.4.1 步橋和管支架整體單元化

合理劃分全船單元，將步橋、步橋欄桿、大型管支架按上甲板單元建立模型。其優(yōu)點(diǎn)是：因油船的上甲板管系和舾裝件較多，安裝的焊接工作量較大，采用整體單元化設(shè)計(jì)可減少船上安裝的吊裝和焊接工作量，步橋、大型管支架和管束單元化以后，可提前完成地面整體焊接組裝;整個(gè)單元提前在預(yù)舾裝階段預(yù)裝，實(shí)現(xiàn)工序前移、整體吊裝的目的，可減少對(duì)接接頭，避免不必要的施工誤差，使精度得到大幅度的提高。

步橋附屬平臺(tái)（泡沫炮平臺(tái)、防浪亭平臺(tái)、P/V閥平臺(tái)）等盡可能和走橋的橫橋合并，減少單個(gè)零碎舾裝件的船上焊接工作量。

3.4.2 步橋標(biāo)準(zhǔn)化和欄桿片體化

（1）步橋標(biāo)準(zhǔn)化

從設(shè)計(jì)和現(xiàn)場施工角度考慮，盡可能減少步橋型號(hào)。步橋單元片體的設(shè)計(jì)，需要結(jié)合船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)框架的凈距離，通過對(duì)以往各型船的船體結(jié)構(gòu)分析，可從以結(jié)構(gòu)定撐腳的思路，設(shè)置步橋的撐腳位，兩撐腳之間加強(qiáng)角鋼均勻布置。如圖2所示。

目前已編制走橋單元的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)268GSI-30，簡化了整體設(shè)計(jì)流程，同時(shí)現(xiàn)場安裝也實(shí)現(xiàn)了流水作業(yè)，如圖3所示。

（2）欄桿片體化

①以往船舶步橋欄桿采用全船散裝拉設(shè)，需要在船上焊接橫檔、扶手和立柱，不但工作量大而且材料浪費(fèi)嚴(yán)重。通過收集現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn)編制欄桿通用圖，實(shí)現(xiàn)欄桿片體單元化，減少現(xiàn)場焊接工作量;

② 以往船型欄桿斜撐的形式是常規(guī)的斜撐形式，焊接工作量大、材料需求量多;現(xiàn)考慮在滿足強(qiáng)度要求的前提下，取消斜撐改為整體式，不但節(jié)約材料和減少焊接工作量，同時(shí)欄桿和步橋整體性大大提高;

③ 對(duì)特殊節(jié)點(diǎn)的連接形式進(jìn)行優(yōu)化，在步橋欄桿轉(zhuǎn)角處采用預(yù)制彎頭形式，取代原有的現(xiàn)場火工彎管形式，減少了現(xiàn)場的火工和焊接工作量，縮短制作周期（見圖4）;

④ 斜梯和步橋欄桿扶手的連接通常是采用統(tǒng)一焊接形式，施工難度大和工作量大（需現(xiàn)場火工彎制）;經(jīng)優(yōu)化，上落步橋的斜梯的梯架和扶手統(tǒng)一采用螺栓連接，只需緊固連接螺栓即可實(shí)現(xiàn)斜梯和步橋的連接，減少了焊接工作量，提高了生產(chǎn)效率，也方便斜梯的拆卸和維修，如圖5所示。

⑤ 單元設(shè)計(jì)采用參數(shù)化建模，步橋和欄桿片體單元化和參數(shù)化以后，建模過程中只需設(shè)置加載相應(yīng)的設(shè)計(jì)編程程序、輸入相應(yīng)的參數(shù)即可生成模型;建模的速度大大提高，而且系統(tǒng)代替人工手動(dòng)修改模型，準(zhǔn)確度也得到了有效保證。

3.4.3 大型管支架輕量化

（1）優(yōu)化管束的綜合布置，縮短管支架長度;分析大型管支架在各種工況下的受力狀態(tài)，并經(jīng)有限元計(jì)算分析，選用適合的型號(hào)規(guī)格材料;

（2）以往油船設(shè)計(jì)其集油管區(qū)管支架布置零散且型號(hào)多，難以形成整體單元吊裝，浪費(fèi)人力、物力;經(jīng)優(yōu)化，現(xiàn)集油管區(qū)上甲板大型管支架改進(jìn)為聯(lián)排形式，強(qiáng)度得到大大提高，同時(shí)減少了現(xiàn)場吊裝、焊接工作量;單元組裝在地面完成，船上只需完成整個(gè)單元的船上安裝工作即可;

（3）蒸汽管的Ω彎原設(shè)計(jì)布置在外側(cè)，考慮節(jié)約材料現(xiàn)將其管束布置改在內(nèi)側(cè)（見圖6），充分利用走橋下方的空間并且對(duì)向Ω彎，可大大縮短管支架長度、節(jié)約材料;

（4）上甲板管束布置盡可能減少雙層管支架，雙層管支架增加了現(xiàn)場安裝的難度、施工工期較長;現(xiàn)優(yōu)化為在走橋下方增加側(cè)裝或吊裝形式的管碼（見圖6），走橋結(jié)構(gòu)可作為管支架基體，以減少空間、節(jié)省材料、降低施工難度;

（5）采用MSC.PANTRAN 軟件進(jìn)行建模和后處理，采用 MSC.NASTRAN 計(jì)算管支架以下幾種受力工況：正常工作狀態(tài)下管支架所承受的重力;建造過程中壓力試驗(yàn)（1.5倍工作壓力）產(chǎn)生的沖擊力;運(yùn)行過程中工作壓力產(chǎn)生的沖擊力;運(yùn)行過程中液體摩擦產(chǎn)生的力;運(yùn)行過程中風(fēng)浪對(duì)管子和管支架產(chǎn)生的力;維修過程中壓力試驗(yàn)產(chǎn)生的沖擊力;船體變形或熱脹冷縮導(dǎo)致管子與船體相對(duì)位移時(shí)產(chǎn)生的拉力。

圖7所示為面板HW200X200、支柱φ140X10的管支架設(shè)計(jì)方案在加載靜力和上浪工況下的受力狀態(tài)。

通過有限元分析可知，大型管支架設(shè)計(jì)存在較大余度，通過調(diào)整型材規(guī)格再次進(jìn)行有限元分析，以達(dá)到最優(yōu)的選型配置。最后選用了HW140X140、支柱φ140X8方案，全船約節(jié)約材料2.5 t，大大降低了施工的成本。

5? ? 結(jié)束語

油船主甲板上的大型管支架和步橋的布置，是整個(gè)甲板面舾裝設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。設(shè)計(jì)中需不斷優(yōu)化管束布置，并在滿足規(guī)范要求的前提下盡可能簡化管支架和走橋的結(jié)構(gòu)。

該優(yōu)化設(shè)計(jì)方案已在多型油船的生產(chǎn)設(shè)計(jì)中實(shí)施，并已達(dá)到了較成熟化階段，對(duì)提升設(shè)計(jì)效率和縮短生產(chǎn)周期具有明顯效果，后續(xù)將致力于大型管支架的標(biāo)準(zhǔn)化研究，逐步實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。

參考文獻(xiàn)

[1]? 中國船級(jí)社.法定檢驗(yàn)實(shí)施指南， 第1部分[S].