洪 俊,張振坤,項(xiàng)國(guó)飛

(1.揚(yáng)州大洋造船有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225107；2.江蘇大洋海洋工程裝備有限公司，江蘇 泰州 225300)

27500m3LNG船無甲板液灌吊裝起浮方案研究

洪 俊1,張振坤1,項(xiàng)國(guó)飛2

(1.揚(yáng)州大洋造船有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225107；2.江蘇大洋海洋工程裝備有限公司，江蘇 泰州 225300)

27 500 m3液化天然氣船在未合攏貨艙區(qū)域主甲板及頂邊艙的無甲板弱結(jié)構(gòu)狀態(tài)下進(jìn)行半船起浮，為保證船體在足夠強(qiáng)度的前提下安全起浮及生產(chǎn)有序的推進(jìn)，首先采用NAPA軟件對(duì)半船起浮工況進(jìn)行計(jì)算，其次利用BV-Mars規(guī)范軟件對(duì)半船弱結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，最后根據(jù)計(jì)算結(jié)果及船塢周期確定最佳的起浮方案，解決了由于船塢周期原因引起的該船起浮難題。

液化天然氣船；液罐;吊裝；起浮方案

0 引言

27 500 m3液化天然氣船為大型半冷半壓式液化天然氣船，可以裝載最低-163 ℃多種液化天然氣貨物。該船設(shè)有3個(gè)貨艙，每個(gè)貨艙裝有1個(gè)9 000 m3的液罐；甲板設(shè)有2個(gè)800 m3供主機(jī)驅(qū)動(dòng)的燃料罐。

27 500 m3液化天然氣船在船塢建造期間，在完工下水前須在半船弱結(jié)構(gòu)狀態(tài)下臨時(shí)起浮以便于同批次進(jìn)塢合攏散貨船下水。該船貨艙區(qū)域若在大開口、無甲板及頂邊艙結(jié)構(gòu)狀態(tài)下臨時(shí)起浮，船體中段結(jié)構(gòu)的總縱強(qiáng)度和剛度都會(huì)明顯削弱，使得船舶在臨時(shí)起浮過程中發(fā)生結(jié)構(gòu)變形或更嚴(yán)重的后果，直接影響船體自身的安全性。因此，必須對(duì)要研究的半船的液罐建立NAPA模型并進(jìn)行起浮工況計(jì)算分析；對(duì)半船弱結(jié)構(gòu)利用BV-Mars規(guī)范軟件建立模型分析計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果，制定合理的液罐吊裝及起浮方案。

1 船舶主要量度

總長(zhǎng)

180.30 m

兩柱間長(zhǎng)

170.80 m

型寬

26.60 m

型深

17.80 m

設(shè)計(jì)吃水

8.30 m

結(jié)構(gòu)吃水

9.40 m

液罐艙容

27 500 m3

航速

16.0 kn

乘員

26人

27 500 m3液化氣船為2G船型，采用雙燃料單槳推進(jìn)，掛丹麥方便旗，入BV船級(jí)社。

2 起浮方案原則

根據(jù)總體生產(chǎn)計(jì)劃，27 500 m3液化氣船安排在船塢建造。由于液化氣船建造難度大、周期長(zhǎng)，而同批次進(jìn)塢合攏的散貨船合攏周期比液化天然氣船短，因此為配合散貨船正常下水出塢以保證散貨船的船塢建造周期，同時(shí)考慮下一批次散貨船入塢后和液化氣船落墩后同時(shí)再出塢的可行性，必須詳細(xì)編制液化氣船在船塢建造過程中液灌吊裝可行性的半船起浮建造方案，確保船塢使用的最大化。

3 起浮方案的確定

根據(jù)船塢起浮方案原則要求，結(jié)合舾裝工程最大化原則，27 500 m3液化氣船主要從分段搭載的狀態(tài)最大化、液灌吊裝的數(shù)量、船體半船起浮時(shí)的強(qiáng)度分析、船體結(jié)構(gòu)局部加強(qiáng)方案、船舶起浮時(shí)縱傾和壓載狀態(tài)等方面分析液灌吊裝起浮的可行性。

4 半船起浮方案確定

4.1 起浮前主船體建造狀況

(1)貨艙區(qū)底部分段、舭部分段、舷側(cè)分段合攏焊接結(jié)束。

(2)艏部區(qū)域F01總段合攏、焊接結(jié)束。

(3)艉部機(jī)艙區(qū)域合攏、焊接結(jié)束。

(4)主機(jī)未進(jìn)艙，艉軸及螺旋槳未安裝。

4.2 半船起浮初步方案的分析

在完成以上船體建造基礎(chǔ)上，按照液灌吊裝與否初步制定3個(gè)半船起浮方案。

方案1：半船起浮前完成1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)共3個(gè)液罐吊裝進(jìn)艙安裝。起浮前船體合攏狀態(tài)及液罐吊裝狀態(tài)如圖1所示。圖中，103、104為艉部分段號(hào)，E01、E02為艉機(jī)艙區(qū)域總段號(hào)，H01～H04為貨艙下部總段號(hào)，F(xiàn)01為艏部總段號(hào)。

方案2：半船起浮前僅2號(hào)液罐吊裝進(jìn)艙安裝；起浮前船體合攏狀態(tài)及液罐吊裝狀態(tài)如圖2所示。

方案3：半船起浮前液罐不進(jìn)艙安裝。起浮前船體合攏狀態(tài)及液罐吊裝狀態(tài)如圖3所示。

圖1 半船起浮方案1示意圖

圖2 半船起浮方案2示意圖

圖3 半船起浮方案3示意圖

4.3 船舶強(qiáng)度分析

根據(jù)制定的初步方案，分別利用NAPA軟件對(duì)各方案進(jìn)行起浮計(jì)算，求出各方案浮態(tài)及船體承受的彎矩和應(yīng)力；利用BV-Mars軟件計(jì)算無頂邊艙、無甲板弱結(jié)構(gòu)狀態(tài)下的橫剖面模數(shù)和總縱彎矩；考慮船舶起浮時(shí)須留有一定量的船體強(qiáng)度安全系數(shù)。半船剖面模數(shù)計(jì)算示意圖如圖4所示，1～7為參與計(jì)算的縱向連續(xù)結(jié)構(gòu)。計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析見表1。

圖4 Mars半船剖面模數(shù)計(jì)算

表1 方案1～方案3半船起浮時(shí)船體彎矩、應(yīng)力對(duì)比表

材料的屈服極限[σ]=235 MPa。從計(jì)算結(jié)果可知，方案1中最大彎矩為306 765 kN·m, 應(yīng)力為229.4 MPa, 船體所承受的彎矩、應(yīng)力與許用值相近；半船起浮過程中還會(huì)受到拖船拖力及其他不可預(yù)測(cè)的外力影響，所以方案1不滿足安全起浮生產(chǎn)要求；方案2、方案3中最大彎矩、應(yīng)力均超過許用值，更不符合安全起浮生產(chǎn)要求。鑒于以上結(jié)果，3種方案均不符合安全起浮生產(chǎn)要求。

4.4 起浮優(yōu)化方案

根據(jù)以上強(qiáng)度校核數(shù)據(jù)分析可知，船體受力最大區(qū)域?yàn)镕r60 ～ Fr120，其根本原因是因?yàn)轸翰枯d荷較大引起的。 解決方法是減少艉部分段合攏數(shù)量，并重新校核強(qiáng)度，在原合攏方案的基礎(chǔ)上，艉部103、104分段不吊裝合攏，僅僅完成艉機(jī)艙區(qū)域E01、E02總段合攏。液灌吊裝方案如下。

方案4：即在原方案1的基礎(chǔ)上優(yōu)化為艉部103分段、104分段不吊裝合攏，完成1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)共3個(gè)液罐吊裝進(jìn)艙安裝。

方案5：即在原方案2的基礎(chǔ)上優(yōu)化為艉部103分段、104分段不吊裝合攏，完成2號(hào)液罐吊裝進(jìn)艙安裝。

方案4、方案5船體強(qiáng)度計(jì)算見表2。

表2 方案4、方案5半船起浮時(shí)船體彎矩、應(yīng)力對(duì)比表

從表2計(jì)算結(jié)果可知，方案4、方案5中船體許用應(yīng)力和船體彎矩均遠(yuǎn)小于許用值[σ]；安全系數(shù)大于1.5，滿足半船安全起浮要求。

5 船體結(jié)構(gòu)局部加強(qiáng)方案

5.1 鞍座區(qū)域墩木布置

液罐主要依靠鞍座結(jié)構(gòu)支撐，液罐吊裝進(jìn)艙安裝在鞍座結(jié)構(gòu)上。由于主船體頂邊艙、主甲板未合攏，船舶處于無甲板弱結(jié)構(gòu)狀態(tài)，且液罐自重較重，鞍座區(qū)域的船體結(jié)構(gòu)局部受力較大，因此可能會(huì)導(dǎo)致船體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生永久局部橫向變形，從而影響完工后的船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。如果變形發(fā)生在鞍座環(huán)氧未完全凝固期間，就會(huì)直接影響到鞍座與液罐之間的環(huán)氧質(zhì)量。為了避免上述可能會(huì)發(fā)生的不利因素，必須制定出在鞍座區(qū)域增加塢墩和支柱加強(qiáng)方案。

Fr130(Fr58、Fr81、Fr107相似)、Fr155(Fr179相似)鞍座區(qū)域增加墩木和支柱示意圖分別如圖5、圖6所示。

圖5 Fr130鞍座區(qū)域增加墩木和支柱示意圖

半船起浮前，需臨時(shí)移除增加的支柱支撐；待半船落墩后重新復(fù)位。

5.2 艏艉部合攏口區(qū)域加強(qiáng)

半船起浮時(shí)，由于貨艙甲板分段未合攏，貨艙舷側(cè)分段合攏上口和艏艉部分段聯(lián)接處不在同一平面，呈階梯狀。為了避免半船起浮時(shí)艏艉部合攏口局部應(yīng)力集中，在艏艉部合攏口處增加臨時(shí)起浮加強(qiáng)裝置。加強(qiáng)方案分別如圖7、圖8所示。

圖6 Fr155鞍座區(qū)域增加墩木和支柱示意圖

圖7 貨艙與艏部連接處臨時(shí)加強(qiáng)示意圖

圖8 機(jī)艙與貨艙連接處臨時(shí)加強(qiáng)示意圖

6 半船起浮浮態(tài)分析

6.1 半船起浮浮態(tài)計(jì)算的考慮

為便于27 500 m3液化天然氣船半船起浮后兩次落墩，以及考慮到長(zhǎng)江水位影響，半船起浮浮態(tài)計(jì)算時(shí)主要考慮以下方面。

(1)半船起浮縱傾小于0.5 m。

(2)起浮時(shí)最大吃水不超過4.5 m。

(3)通過合理調(diào)配加壓載水調(diào)整半船起浮浮態(tài)且使船體所受彎矩、應(yīng)力值最小。

通過NAPA軟件對(duì)半船在方案4、方案5狀態(tài)下的浮態(tài)進(jìn)行了多種起浮工況計(jì)算。

6.2 綜合考慮選出的最優(yōu)方案

方案4在3號(hào)底壓載艙(左舷和右舷)100%加滿壓載水，共加壓載水1 179.8 t；船舶艏部吃水為2.247 m，艉部吃水為2.066 m。

方案5在3號(hào)底壓載艙(左舷和右舷)各加50%艙容壓載水，共加壓載水590 t；艏部吃水為1.835 m，艉部吃水為2.066 m。

由方案4、方案5浮態(tài)計(jì)算結(jié)果可知，艉部吃水分別為2.066、2.066 m；半船起浮前艉軸未安裝，艉軸孔下邊緣距基線2.925 m；艉軸孔下邊緣超過水線面0.8 m，且船塢內(nèi)水面相對(duì)較平靜，無涌浪,所以，半船起浮時(shí)艉軸孔不必采取臨時(shí)封閉措施。 由計(jì)算可知，半船起浮時(shí)船舶縱傾小于0.5 m，船舶縱傾較小有利于船舶起浮后落墩，避免了大縱傾狀態(tài)下船舶落墩時(shí)可能由于局部受力較大引起船體變形。

7 結(jié)論

通過對(duì)半船起浮時(shí)船體強(qiáng)度和起浮工況的計(jì)算分析結(jié)果如下。

(1)27 500 m3液化天然氣船半船起浮采用方案4、方案5實(shí)施液灌吊裝均是安全可行的。

(2)同時(shí)預(yù)報(bào)了船舶起浮時(shí)艉軸管孔不需要采取臨時(shí)封閉措施。

(3)針對(duì)液罐吊裝后，可能發(fā)生的局部變形問題做了增加塢墩及支柱的方案。

(4)對(duì)于局部容易發(fā)生應(yīng)力集中處，采取增加臨時(shí)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的方案。

經(jīng)過27 500 m3液化天然氣船系列共6艘船的實(shí)際建造(4次吊裝3只液罐、2次吊裝1只液罐)，驗(yàn)證了該船型液罐吊裝后無甲板弱結(jié)構(gòu)的起浮方案是安全可行的，為生產(chǎn)實(shí)施提供了技術(shù)支持，推動(dòng)了船舶建造計(jì)劃保障和船塢生產(chǎn)計(jì)劃的總體平衡。

[1] 張振坤，劉文斌，黃巍巍，等. 16 500 m3液化石油氣船無甲板弱結(jié)構(gòu)下水強(qiáng)度計(jì)算[J].江蘇船舶，2012，29(3):21-22.

2016-07-20

洪俊(1979—)，男，工程師，從事造船生產(chǎn)流程及建造工藝；張振坤(1980—)，男，工程師，從事船舶建造工藝；項(xiàng)國(guó)飛(1968—)，男，高級(jí)工程師，從事船舶與海洋工程設(shè)計(jì)及建造工作。

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