LPG運輸船液化氣罐子吊裝的施工工藝研究

陳 鋒

（臺州五洲船業有限公司，浙江臺州 318016）

0 引言

臺州五洲船業（以下簡稱“公司”）是專業生產LNG/LPG產品的船舶制造廠，一直從事LNG、LPG船舶的建造，先后為國內外船東建造了二十余條/艘LNG/LPG船。建造中，貨罐吊裝是一項重要的生產節點，也是大件吊裝中技術含量較高的一項作業。前期建造中，船上安裝的液化氣罐子，在吊裝時使用過門式起重機、船用浮吊、履帶吊等多種吊裝設備進行作業。而本次需吊裝的設備是至今為止項目中罐子最重、吊裝難度最大的一件，且超出了廠內資源承受能力的極限，需尋找有該類吊裝資質和能力的公司對外發包。

本文重在分析研究目前市場上針對本次吊裝所需的設備規格型號。按照現有吊裝所需要素制定出大件設備的吊裝輔助方案：包括廠內現有配套使用的資源能否滿足本次吊裝要求，準備采取的輔助工藝措施，根據現場情況編制可行安全的吊裝實施方案，保證該項目順利完成，確保造船生產節點的實現，從而達到按期交船的目標。在吊裝完工后及時總結，結累經驗，分析不足，記錄重點要點，對吊裝過程實施重點監控，積累經驗便于下次作業。

1 配套設施及應對的工藝措施

現場場地為兩個相鄰的船臺，船臺均為5000噸級，船臺寬42m，長140m，配備80+80門式起重機1臺，兩側各有一根行車軌道梁，兩船臺間有約1.5m的通道，通道邊有約600mm寬的行車電纜溝槽。

兩只液化氣罐子已經制作完成，停放在60m外的相鄰場地，需要從相鄰船臺吊裝至另一船臺上正在建造的船貨艙內，兩個船臺中間還有 1.5m寬的通道，行車電纜滑槽、行車軌道（圖1）。

廠內提供本次吊裝使用的設備設施有二臺 8t叉車、一臺100t平板車、一臺80+80門式起重機，可以配合運輸吊車承重塊，壓鐵從事吊裝輔助工作。

圖1 現場設備布置圖

1.1 施工前工藝準備

吊裝場地為公司的三號造船船臺，船臺的設計承壓為5000噸級，根據本次需吊裝的液化氣罐子選擇的起吊設備主吊機整機重約1100t（包括超起、配重）、，吊載440t后總重為1540t。吊裝時為減少對地壓強，吊裝場地鋪設厚度為300mm、長6000mm、寬2800mm的路基箱，在吊機帶載行走的區域采取橫縱交錯鋪設路基板。

吊載后超起輪式配重將騰空，總重量將由6塊路基箱承擔，6塊路基箱面積A為：6×2.8×6=100.8(m2)，取 1.6倍動載系數，地基平均承載力約為：1540/100.8×1.6=24.4(t/m2)，為確保吊裝安全，地基承載力大于25t/m2較為安全。

此外還需在現場鋪 10cm～20cm 的黃砂，黃砂上再鋪設履帶吊行走的路基板，保證路基板的均勻承壓。5000噸級的船臺按設計標準滿足該區域承受25t/m2的壓力要求。

1.2 所承載行車行駛的西船臺軌道承重測算

經查詢軌道施工圖，行車承重為160t，行車梁樁位圖示（見圖2）每隔三米就有一根水泥樁打在硬基礎之上，承重要求能夠達到25t/m2。

圖2 行車梁樁位圖示

1.3 電纜溝的強度應對的工藝方法

電纜溝間距60mm寬，兩側均為水泥混凝土，下部無基礎。

應對工藝方案為：將電纜溝的電排斷電拆除，溝內填充砂包，沙包上由船臺延升鋪20cm的黃砂，上面再鋪路基板；盡可能不讓整車的最大負荷落在此處，將力點分散，壓強減小，盡量減小長時間在此位置負重，一旦作業完成立即撤離此區域。

1.4 現有設備配合

設備狀況：公司提供可配合的設備有2臺8t鏟車；1臺100t平板車；160t門式起重機。提供場地：3#船臺；制罐平臺。

應對工藝方案：檢查維修更換老化設備部件，檢查門式起重機剎車。

2 被吊設備吊裝要點測算

2臺2500 m3液化氣儲罐，重約430噸/只，高11.6m，長 28m，已經制作完成，停放在西邊罐子制造場地。根據吊裝公司的要求，罐子需停放在履帶吊車的吊點可以起吊到的位置，因此完工后的設備必須要移動到指定區域。其中2#罐子與船在一條直線上，履帶吊吊起原地旋轉，行走后就可以達到進艙的要求；另一只罐子需要移動到船臺的右側，這樣兩只罐子全部在吊機的吊裝范圍內，吊機減壓的路基板只需要直線鋪設，縮短鋪砂和鋪路基板的時間和工作量，可以在最短時間內實施吊裝作業。

2.1 設備要素

設備名稱：2500m3液化氣罐；設備外形尺寸：Φ11600×27822mm；設備重量：430t；就位標高：-5500mm；數量：2臺；安裝形式：臥式。應注意的是，安裝在液化氣罐子上的缷扣按孔徑 150mm制作，配與此適應的缷扣。

2.2 建造完工的氣罐移動方案

由氣囊將罐子移動至吊車可以起吊的位置，因此該區域的通道不能被堵，吊裝機械的停放也要考慮將其相應的位置留出來。

2.3 吊裝及準備工作所需的時間周期

預估施工時間為十天，吊機進場前廠方準備工作完成，吊機作業組裝六天時間，吊裝四天時間，前期準備工作自吊裝之日前十五天開始作業。

2.4 吊裝所需設備的吊距、高度測量

1）西船臺吊點至船外板距離實測。

現場測算出承載設備的吊車至船上貨艙中心的距離：腳手架至船西側外板，寬度距離0.7m；至軌道間距約2.3m，計3m；兩臺行車軌道間距5m，西邊軌道距實基0.78m，以上合計9m。船的半寬9m。經測算：從履帶吊的邊緣直至吊罐子上船至落點需有18m的間距；西邊軌道實基礎處距離船西側外板總尺寸約在17m～18m時，即吊機最前沿和船舯的距離為17m～18m時，不壓行車軌道。現場測量圖如圖3所示。

2）承載設備的高度、船只高度測算。

在建船主甲板高11m，塢墩高0.8m，被吊設備直徑11.6m，主甲板欄桿高1.2m，吊機高度需滿足25m，加上鋼絲繩高度30m，總高度需達到55m。

2.5 吊車起吊重量預估

根據上述測算分析，需要有起吊距離23m～24m，起吊高度 55m，起吊重量要達到 460t的履帶起重車方可滿足吊裝要求。

圖3 現場測量圖

3 履帶吊的市場預選型

結合測算出的被吊物距離、重量、高度，市場上德馬克CC5800、利伯海爾LR1750、美國托瓦克LR1800等800t以上的履帶式起重機吊機，從作業半徑、高度、起重能力等方面均可滿足吊裝的要求（見表1）。

建議吊裝方選擇在船的西邊 3#船臺將儲罐吊裝就位，位置如圖1所示。就安全性能來評判，起吊負荷大、作業半徑范圍大的移動式履帶車相對安全。但從經濟利益角度考慮，吊車功率越大，體積越大，會導致進場難度大，場地占用范圍大，對地基基礎要求也越高，成本費用也相對較高。為了保證工程施工的順利進行，吊裝方需編寫吊裝實施方案，主要對儲罐的吊裝作業過程進行詳細敘述。

表1 滿足本次設備吊裝需要的選型

4 風載荷計算

4.1 風載對吊機穩定性的影響

風載計算按照式（1）和（2）進行計算：

式中：Pw為作用于被吊物件的風荷載；C為體型系數，取C=0.5；Kh為風壓高度變化系數，取Kh=1；q為風壓值；A為最大迎風面積，A=322.48m2；γ為空氣容重；v為風速，m/s；g為重力加速度。當風速v=10.7m/s時，在標準大氣壓下γ=0.01225kN/m3，風壓值q=0.072kN/m2。

設備在風載作用下與吊機鉤頭垂線形成的最大夾角為：arc[tan(Pw/G)]≈0.158°，（備注：此處 G 為貨罐重量430噸）。即：在不超過五級風吊裝作業時，受風載的影響，被吊物件與吊機鉤頭垂線所形成最大夾角為0.158°，偏角小于3°，滿足安全要求。

4.2 風載對吊機吊裝能力的影響

為了充分保證吊裝安全，考慮風載對吊裝過程的最不利影響，將風載全部加到重直方向，吊裝載荷將增加1.16t，此時的吊裝重量為469.76t，吊機的最大負載率為91.2%，滿足安全要求。

液化氣儲罐起吊后，吊機旋轉、變幅，將作業半徑擴大至24m，完成設備就位。

5 吊裝設備選型

5.1 起重機M18000(750t)

經招議標，最終確定選用的起重機為美國托瓦克M18000(750t)，超起主臂工況，臂長L=54.9m及R=18m 時，最大起重量為562.80t，吊機負載率為90.1%。上述工況，結合現場測量，滿足吊裝的安全要求。吊裝性能參數如表2所示。

表2 M18000參數表

5.2 主吊機起升高度驗算校核

工作半徑為18m時最大起升高度為56.4m，吊裝總高度H等于船的高度h1、設備的高度h2、吊索具高度h3、吊鉤限位高度h4和吊鉤鉤頭的高度h5的總和，則總高度H為：＜56.4(m)，因此，起升高度滿足2.4中的2）吊裝高度的要求。

5.3 主吊機起升距離驗算校核

根據2.4節的測算，吊機最前沿和船舯的距離為17m～18m時不壓行車軌道。履帶吊站在就位中心的直線上側面起吊罐體，起吊半徑17m。起吊完成后，漲桿至半徑為18m，帶載向船體方向行走，距離滿足吊裝前測算的要求。

5.4 吊索具的選用

5.4.1 主吊鋼絲繩的校核

主吊鋼絲繩：φ120mm(8×61+IWR)×20m 的圈繩4根，鋼絲繩抗拉強度1960MP，查表得破斷拉力P=8380(kN)，吊裝過程中每根鋼絲繩受力按以下公式計算：

式中：F為單根鋼絲繩的拉力，kN；k1為動載荷系數，取1.10；G為設備重量，G=440.00t；N為鋼絲繩的根數，N=8；g=9.8(N/kg)。

因此，F=1.10×440×9.8/8=605.06(kN)，則安全系數K=P/F=8380/605=13.8＞6，故鋼絲繩選擇完全滿足吊裝要求。

5.4.2 卸扣的校核

起吊設備時卸扣工作載荷：440×1.1/4=121(t)，吊裝選取150t卸扣，其安全承載力150t＞121t，故選用卸扣滿足安全吊裝要求。卸扣規格尺寸如下：美式螺栓插銷型號型卸扣4個，額定載荷150t。

5.5 路基板鋪設、試吊檢查

根據罐體擺放位置，預先按吊機參數及吊機站位位置鋪設路基板。履帶吊行走到預定的作業半徑，將所用的吊索具及相關物件檢查、復查后，開始試吊作業。使用輔助吊車將鋼絲繩懸掛到吊鉤上，安裝4個150t卸扣，并確認銷軸絲扣旋轉靈活；同時在罐體兩側吊耳位置連接2根40m長的風繩，確保罐體離開支承座后能有效控制其轉動，不要撞到吊臂等。吊索安裝完畢后，所有人員離開罐體吊裝區域。

履帶吊起升吊鉤回轉到罐體上方適當位置，50t汽車吊分別吊起鋼絲繩扣與卸扣并與罐體吊耳連接，指揮人員指揮吊機行走、扒桿、起鉤等動作，將吊鉤處于船罐的中心位置并保證起吊半徑在18m左右。

超起配重安裝完畢后，檢查確保吊機各裝置正常與否，緩慢起鉤，同時監視吊機力矩限制器上顯示的重量，當顯示重量為300t左右時，停止起升，全面檢查吊機重要部件、船罐吊耳、鋼絲繩扣等重要部位，確認安全后繼續起升罐體，罐體快離開支承座時再次確認起吊平穩后，方能起升罐體離開支承座，并指揮兩邊拉風繩人員控制拉力，以保證離開支承座后穩定。罐體離開支承座 200mm后懸停20min后吊機緩緩回轉，檢查回轉的穩定性，同時檢查所有的機具是否正常。觀察地基、路基板、船罐、吊機、吊耳等無異常情況后試吊完畢。

5.6 施工過程

根據現場條件，吊車站位于路基板上，將1#罐體擺放到指定位置，750t履帶吊在18m作業半徑起吊，回轉至正方向后，向船體方向行走，同時兩邊拉風繩的人員控制拉力始終保持罐體與船體方向平行。當罐體到達船體邊緣后，起升吊鉤讓罐體超過船臺高度，繼續向就位方向行走，直至罐體位于就位中心后，吊機通過緩慢局部回轉、變幅、落鉤等微調動作使罐體在船艙內就位。

2#罐子的擺放中心與船艙的就位中心不在一條直線上，履帶吊需站在就位中心的直線上側面起吊罐體，起吊半徑17m。起吊完成后，漲桿至半徑為18m，帶載向船體方向行走，同1#罐體方法進行吊裝就位。

6 結論

按上述方案吊裝公司編制吊裝方案，對液化氣罐子進行吊裝作業，在準備工作充分，施工方的吊裝方案編制詳細的情況下，工程進展較為順利。在預定的時間內將2只罐子安全、順利地吊運進船艙，滿足了安裝進度要求。同時為該型號設備吊裝作業積累了經驗，也為同類產品的吊裝提供參考。

[1]GB50009, 建筑結構荷載規范.中華人民共和國城鄉建設部/國家質量監督檢疫總局聯合發布: 2012.

[2]徐格寧.機械裝備金屬結構設計.機械工業出版社:2009.

[3]董達善.起重機械金屬結構.上海交通大學出版社:2011.