37 500 m3 LEG船液罐吊裝精度數(shù)字仿真分析

張 鵬， 林麗麗

(1.上海交通大學(xué) 船舶海洋與建筑工程學(xué)院，上海 200240； 2.江南造船(集團(tuán))有限責(zé)任公司，上海 201913)

0 引 言

37 500 m3液化乙烯氣(Liquefied Ethylene Gas，LEG)船共有3個(gè)液貨艙，貨艙內(nèi)各設(shè)有1個(gè)臥式雙耳型獨(dú)立C型液罐。液罐單體容積超過(guò)12 000 m3，屬于大型船用乙烯儲(chǔ)罐。1號(hào)液罐為錐形，重約800 t；2號(hào)和3號(hào)液罐為柱形，各重約1 000 t，因此需要使用1 600 t浮式起重機(jī)(簡(jiǎn)稱浮吊)進(jìn)行吊裝。

1 液罐吊裝前的干涉檢查

1.1 三維仿真干涉檢查

為避免現(xiàn)場(chǎng)吊裝發(fā)生干涉，在設(shè)計(jì)階段對(duì)每個(gè)液罐進(jìn)行三維仿真模擬吊裝，如圖1所示。針對(duì)發(fā)現(xiàn)的干涉問(wèn)題逐一排除，將距離較近但無(wú)法更改的區(qū)域?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行技術(shù)交底，以便在吊裝時(shí)引起重視。

圖1 三維仿真模擬吊裝

1.2 集液井區(qū)域干涉檢查

集液井區(qū)域干涉檢查需要重點(diǎn)考慮兩方面：(1)液罐集液井底部絕緣與船體結(jié)構(gòu)內(nèi)底板間距是否滿足規(guī)范要求；(2)集液井絕緣是否會(huì)與固定端鞍座加強(qiáng)肘板相碰。

根據(jù)絕緣厚度230 mm進(jìn)行評(píng)估，集液井底部絕緣與內(nèi)底板間距僅為26.5 mm，不滿足規(guī)范要求的最小50 mm距離。為滿足規(guī)范要求，經(jīng)液罐設(shè)計(jì)公司TGE Gas Engineering(簡(jiǎn)稱TGE公司)確認(rèn)，在確保熱量損失在允許范圍內(nèi)的前提下，將絕緣厚度由230 mm削減至160 mm，問(wèn)題得以解決。

在設(shè)計(jì)前期將TGE公司液罐圖紙與鞍座結(jié)構(gòu)圖紙進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)：1號(hào)液罐集液井距固定端鞍座較遠(yuǎn)，不會(huì)發(fā)生干涉情況；2號(hào)和3號(hào)液罐固定端鞍座加強(qiáng)肘板會(huì)與集液井絕緣發(fā)生干涉。經(jīng)船舶所有人、船舶檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)同意，在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下，采取取消、修割加強(qiáng)肘板的方案，提前消除干涉隱患，如圖2所示，其中：圖2(a)取消右側(cè)加強(qiáng)肘板；圖2(b)陰影部分為需要修割的區(qū)域。

圖2 取消、修割加強(qiáng)肘板

1.3 止浮裝置干涉檢查

根據(jù)TGE公司結(jié)構(gòu)圖紙，液罐止浮木塊分上下兩層，上層木塊厚100 mm，下層木塊厚150 mm，總厚度為250 mm，與船體結(jié)構(gòu)止浮裝置的高度進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)：存在55 mm的干涉區(qū)域(見(jiàn)圖3)。為保留20 mm的間隙，經(jīng)TGE公司確認(rèn)，下層木塊不變，將上層木塊厚度削減至45 mm，可滿足要求。

1.4 液罐絕緣與擋板干涉檢查

為防止液罐絕緣被鞍座擋板頂破進(jìn)而導(dǎo)致液罐無(wú)法吊裝到位，對(duì)固定端擋板與液罐絕緣可能存在干涉的情況進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。經(jīng)計(jì)算，在保證30 mm理論環(huán)氧厚度的情況下，擋板和絕緣之間的間隙為35 mm；若木塊與鞍座面板完全貼合，則該間隙僅為5 mm。在實(shí)際吊裝過(guò)程中，加上可能存在的其他誤差，很有可能出現(xiàn)干涉問(wèn)題。

為避免發(fā)生干涉情況，保證鞍座環(huán)氧理論厚度，需要在鞍座內(nèi)放置材質(zhì)為E級(jí)的鋼墊塊，與鞍座面板焊接牢固，如圖4所示。每個(gè)鞍座設(shè)置鋼墊塊的數(shù)量、位置及尺寸均由TGE公司提供。

2 液罐吊裝前的數(shù)據(jù)匹配

2.1 液罐層壓木與結(jié)構(gòu)鞍座的線型匹配

先在液罐落架前對(duì)液罐層壓木的線型進(jìn)行測(cè)量，鞍座結(jié)構(gòu)燒焊完畢再對(duì)鞍座面板上緣的線型進(jìn)行測(cè)量，從而形成液罐層壓木測(cè)量數(shù)據(jù)、鞍座面板測(cè)量數(shù)據(jù)，并將這兩組坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配。在得到數(shù)據(jù)后，將兩組數(shù)據(jù)分別擬合成曲線，放入船體坐標(biāo)系，并根據(jù)環(huán)氧厚度設(shè)計(jì)值、鞍座面板厚度形成5條曲線：(1)墊木下緣理論線；(2)墊木下緣實(shí)際線；(3)3字組(雙層底分段)鞍座面板上緣線；(4)3字組(雙層底分段)鞍座腹板上緣線；(5)4字組(舷側(cè)分段)鞍座腹板裕量修割線。這5條曲線組成裕量修割線型圖，如圖5所示。

圖4 鞍座鋼墊塊工藝

圖5 裕量修割線型

在對(duì)該型船首制船1號(hào)液罐進(jìn)行模擬匹配時(shí)發(fā)現(xiàn)：滑動(dòng)端頂部層壓木距鞍座面板間隙過(guò)大，約為80 mm。根據(jù)2號(hào)和3號(hào)液罐環(huán)氧流掛嚴(yán)重、頂部無(wú)溢流現(xiàn)象，推測(cè)1號(hào)液罐出現(xiàn)同樣問(wèn)題的可能性較大。原因在于：1號(hào)液罐與2號(hào)和3號(hào)液罐有所不同，其在滑動(dòng)端鞍座位置橫截面是橢圓，船體鞍座切線部分按照橢圓切線設(shè)計(jì)，而TGE公司提供的木塊尺寸為正圓切線，兩者的理論值不同，導(dǎo)致木塊尺寸偏小、間隙偏大。為避免環(huán)氧流掛且無(wú)溢流的現(xiàn)象發(fā)生，采用嵌補(bǔ)加厚面板的方法以減小層壓木與面板之間的間隙。同時(shí)，根據(jù)數(shù)據(jù)匹配發(fā)現(xiàn)間隙的數(shù)值隨高度的降低而減小，因此所嵌補(bǔ)的面板需要在下口開(kāi)一定長(zhǎng)度的過(guò)渡斜至原面板的厚度。

2.2 液罐層壓木與結(jié)構(gòu)鞍座的中心距匹配

為確保液罐能夠順利落入擋板之間，應(yīng)分別對(duì)液罐層壓木與結(jié)構(gòu)鞍座的中心距進(jìn)行測(cè)量。在對(duì)2號(hào)液罐數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配時(shí)發(fā)現(xiàn)：2號(hào)貨艙跨越舯部，但未能考慮船體理論線方向在舯部的變化，導(dǎo)致液罐層壓木中心距與船體鞍座中心距設(shè)計(jì)理論距離不等，前者比后者大25 mm；同時(shí)，液罐層壓木實(shí)際中心距比理論值大15 mm，而船體鞍座實(shí)際中心距比理論值小30 mm。在這種情況下，累計(jì)誤差達(dá)70 mm，液罐無(wú)法落入擋板之間。

對(duì)此，修改固定端與滑動(dòng)端層壓木的間距是不可能的，即使固定端擋板在分段階段安裝完畢，移動(dòng)擋板位置也是較為簡(jiǎn)便可行的方案。在保證焊腳高度的基礎(chǔ)上，將靠艏部、艉部的擋板最大限度地向外移動(dòng)，同時(shí)根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)列出4處危險(xiǎn)點(diǎn)，即擋板與層壓木的間距小于或等于16 mm的位置(見(jiàn)圖6)，供吊裝人員在液罐吊裝時(shí)特別關(guān)注，以確保液罐能夠順利落入擋板之間。

圖6 危險(xiǎn)點(diǎn)監(jiān)控

3 液罐吊裝過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方案

液罐吊裝是一項(xiàng)復(fù)雜且精度要求很高的工程，尤其是在使用浮吊的情況下，吊裝難度愈發(fā)增大。即使在吊裝前進(jìn)行大量細(xì)致的干涉檢查和數(shù)據(jù)匹配工作，在吊裝時(shí)仍然有可能與理論狀態(tài)有所出入。在3號(hào)液罐吊裝時(shí)，吊裝前的匹配數(shù)據(jù)均顯示良好，但實(shí)際吊裝仍然出現(xiàn)頂部區(qū)域間隙過(guò)大的情況?；谇按?jīng)驗(yàn)，兩舷鞍座較陡，環(huán)氧流掛現(xiàn)象較嚴(yán)重，對(duì)兩舷頂端開(kāi)口處的間隙比較關(guān)注，不允許此處數(shù)據(jù)過(guò)大。由于鞍座結(jié)構(gòu)燒焊均已結(jié)束，如果采用前船嵌補(bǔ)面板的方案，則改動(dòng)工作量較大。因此在與現(xiàn)場(chǎng)各方溝通后，決定在鞍座面板上增加適當(dāng)厚度的墊板以減小層壓木與鞍座面板的距離，效果良好。

4 結(jié) 語(yǔ)

即使將經(jīng)過(guò)匹配的環(huán)氧厚度控制在設(shè)計(jì)理論值，在實(shí)際吊裝時(shí)間隙仍然會(huì)大于匹配值10 mm左右，造成頂端環(huán)氧厚度過(guò)大，流掛現(xiàn)象嚴(yán)重。原因在于：一是測(cè)量數(shù)據(jù)難以達(dá)到絕對(duì)精確；二是對(duì)于液罐這種重大件的吊裝，為確保液罐能夠落入擋板之間，在進(jìn)行裕量修割作業(yè)時(shí)，通常會(huì)采用正公差，即多修割一些，導(dǎo)致實(shí)際間隙大于理論間隙。根據(jù)模擬與實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)比的經(jīng)驗(yàn)，后續(xù)船在裕量修割時(shí)，將正公差調(diào)整為負(fù)公差(-5～0 mm)，并經(jīng)實(shí)船驗(yàn)證，可有效控制頂部區(qū)域間隙。