水平槽型不銹鋼化學品船設計建造技術研究

蔡貝云，李 森，華元祿，徐 圳

(江蘇新時代造船有限公司，江蘇 靖江 214518)

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水平槽型不銹鋼化學品船設計建造技術研究

蔡貝云，李 森，華元祿，徐 圳

(江蘇新時代造船有限公司，江蘇 靖江 214518)

為了給營運化學品船帶來可觀的經濟效益，33 000 t不銹鋼化學品船貨艙區采用水平槽型、碳鋼槽型背面加強的結構設計方案。同時，為確保船舶結構的可靠和安全，在船舶重要位置進行了結構加強。在此基礎上，采用了槽型與槽型背面加強平地優先施工、再總組的施工工藝。該工藝提高了船舶生產質量，降低了生產勞動強度，節約了生產成本。

不銹鋼；化學品船；水平槽型；造船工藝

0 引言

通?；瘜W品船均采用垂直槽型設計，在生產建造中一般采用槽型獨立建造，塢內槽型分段單獨吊裝的施工工藝。此類槽型一般采用斜向肘板反面加強的設計方案，即先將貨艙內的槽型定位安裝好，然后再根據結構檢驗線來調整、安裝槽型背面的斜向反面加強。該施工工藝雖較易實施，但由于頂墩和底墩的存在導致部分艙容損失，營運中的洗艙也極不方便。針對常規建造方案的不足，本文提出了無頂墩和底墩的水平槽型，且槽型背面加強也為碳鋼槽型對位的結構設計。此設計形式最大化的考慮到艙容和洗艙方便性，但是給局部結構設計和現場生產帶來了難度。在對局部細網格進行有限元分析時發現，水平槽型的兩端存在巨大的局部應力，因而利用其結構特點，制訂了一套優化工藝方案。

1 船型介紹與結構設計細節特點

本文討論的33 000 t不銹鋼化學品船，其結構設計形式為：雙層底、雙舷側結構；中縱位置設置了1.1 m寬的貫通貨艙區的縱向隔離空艙，把船舶貨艙分割為左右舷貨艙。貨艙區共計11道水平橫向槽型，4號和10號貨艙位置設置邊縱隔離空艙將其各分割成橫向4個獨立的艙室，全船共計28個貨艙。槽型上/下、左/右不帶頂墩和底墩，直接與甲板、內底、舷側和中縱艙壁連接。

(1)客戶要求壓載艙內碳鋼槽型折彎件與貨艙內不銹鋼槽型折彎件對齊安裝，且貨艙周界均要求全熔透焊接。

(2)壓載艙內靠近貨艙內殼設計了0.5 m寬、厚度約為28 mm的碳鋼槽型加厚板，在不銹鋼舷側內殼板槽型位置設置了跨整個槽高的加厚板(寬度約1.5 m，厚度為30 mm)。此結構設計類似于在水平槽型的兩端，借助壓載艙和中縱空艙箱體設置了一個“埋入式”的底墩結構。

(3)在不銹鋼水平槽型兩端，舷側設置了從上到下1 m寬、30 mm厚的不銹鋼板材，中縱端設置了0.5 m寬、30 mm厚的不銹鋼板材，而舷側內殼和中縱壁在非槽型位置的不銹鋼板厚為9～12 mm。為了避免30 mm的內殼加厚不銹鋼板材與10 mm左右的薄板單面對接，從而帶來多達80 mm的過渡斜，同時可能影響結構受力的均勻傳遞。理論線設置階段將整個30 mm的厚板向船中偏移了8 mm，這樣薄板與厚板的結構中心線基本對齊。這種結構設計又帶來了一個新的問題，貨艙內殼縱骨和中縱隔離空艙縱骨在槽型端部厚板與普通位置薄板位置存在10 mm左右的高度差。綜合比較生產的方便性和經濟性，最終確定在此厚薄板位置型材采用切斷后焊接的設計方案。

典型水平槽型橫艙壁結構示意圖如圖1所示。

2 建造方針策劃

2.1 常規建造方案

2.1.1 常規建造方案內容

船體結構建造按分段劃分和總組合攏進行。

第1步分段劃分和制作：槽型獨立制作；舷側獨立制作；中縱分段獨立制作；甲板獨立制作[1]。

第2步總組和船塢合攏：總組一般會考慮分左右側分別進行。左側總段采用以舷側分段為胎，吊裝槽型分段，然后吊裝甲板分段，最后吊裝中縱隔離空艙分段的方案進行總組。而另外一側的總組也采用舷側為胎進行總組。此時，只有槽型分段和甲板分段一起總組，缺少中縱隔離空艙分段，使總段翻身時需要增加大量的結構支撐。塢內合攏階段雙艙底分段吊裝后，將左右舷側總段分別吊裝合攏。

2.1.2 常規建造方案面臨的不足

(1)在槽型分段總組時，為確保槽型與舷側內的碳鋼槽型的CM點對位，前期碳鋼槽型加工、安裝測量以及貨艙內殼不銹鋼板材的劃線需要嚴格控制。只有在這些工作充分可控的情況下才能確保此位置的槽型對接槽型的質量得以確保。同時，在分段劃分過程中，部分舷側分段存在2個槽型，壓載艙內還存在水密肋板。這樣在總段吊裝后，從舷側內殼不銹鋼板材的上/下來量取槽型對位與否存在較大困難。

(2)帶中縱舷側總段在總組過程中，槽型與中縱隔離空艙對位一樣存在困難，此時的施工工位為仰面施工。槽型與中縱總組的焊接形式為30 mm厚的不銹鋼全熔透角焊縫。

(3)不帶中縱的舷側總段在總組過程中，整個總段的結構穩定性差，分段翻身困難。在此總段總組過程中，存在槽型與中縱艙壁內的碳鋼槽型對位的困難，因此時為船塢內合攏階段槽對槽裝配，而且中縱槽型內的結構在分段階段需要焊接完成，否則在塢內施工難度更大。如果槽型出現錯位，只能在不銹鋼槽型對接縫上開刀。而不銹鋼槽型對接縫為埋弧自動水平焊縫，槽型端部的不銹鋼板材為30 mm厚的不銹鋼板材，所有不銹鋼材料的切割均需要施工特殊的等離子切割設備，開刀難度很大。同時，開刀后不銹鋼打磨難度也較碳鋼困難很多。

(4)不銹鋼的焊接工藝復雜，要求很高。優秀的不銹鋼焊工培養成本高，本身也是稀缺資源。不銹鋼焊接難度大，特別是厚板的焊接工作，對焊工的要求高。而且此時不帶中縱舷側總段的槽型與中縱壁焊接為立角焊，焊接工位隨槽型的變化而變化，同時此位置的不銹鋼板材為30 mm厚。不銹鋼立角焊的焊接工藝要求焊接寬度大于20 mm，需要分層焊接。不銹鋼立角焊的分層焊接難度非常高，其焊接質量和效率難以保證。

2.2 優化方案

綜合分析不銹鋼船舶結構特點，其真正的難點在于不銹鋼的操作、切割、打磨、裝配和焊接質量控制。為此，不銹鋼船舶建造要將關注點集中到這些難點上。而此船型的結構設計特點，又將這些難點進一步匯集到了槽型制作上。

根據不銹鋼船舶建造特點，對常規建造方案進行了優化。優化方案仍然按分段劃分和總組合攏兩大步進行，但對制作工藝進行了改進。

第1步分段劃分和制作：首先，不銹鋼槽型仍然獨立建造；將不銹鋼槽型端部的貨艙內殼加厚板和壓載艙內的縱骨(前文已經提到，此位置縱骨結構設計時為斷開)，以及碳鋼28 mm的槽型加厚板，合并制作成一個組件。將中縱槽型從船中位置分割成左右2部分，同時將槽型在中縱位置的加厚板，連同此位置的縱骨制作成類似舷側的組件。然后，將槽型和這兩端的組件在分段胎架上安裝、焊接完成。這樣，槽型制作成一個類似“啞鈴”的強結構。

第2步針對總組和船塢合攏：總組采用舷側分段為胎，吊裝槽型分段，再吊裝甲板分段，最后吊裝中縱壁板(此時中縱壁板已經分割為獨立的左右2個片體)。這樣左右2個獨立的舷側總段均帶一半的中縱隔離空艙的片體分段，總段具有更好的結構強度。船塢合攏階段左右舷側總段逐個吊裝，與槽型相關的施工僅剩中縱隔離空艙內的碳鋼結構。

分段劃分和總組圖如圖2所示。

3 方案對比

綜上所述，2種建造方針對比分析見表1。

表1 2種建造方針的對比

通過以上對比分析可以看出，優化后的建造方案明顯優于傳統的建造方案。

優化后的總體建造方針主要有以下優點：

(1)充分利用了結構本身的特點，中縱隔艙和舷側內的碳鋼槽型加強可以在分段階段方便施工，且施工工位均為平面作業。

(2)壓載艙內/中縱艙內碳鋼槽型和貨艙不銹鋼槽型的結構對位得到了有效的控制。

(3)槽型安裝了兩段的片體結構后，具有足夠的剛性，槽型精度得到控制，槽型不需要額外的加強保型，避免了因槽型對位困難的問題，導致不銹鋼槽型的開刀。

(4)槽型30 mm厚板的焊接工位保持一致，均為平焊。

(5)在塢內合攏階段，隔艙內施工對象均為碳鋼，避免大量不銹鋼施工作業。

(6)在塢內，貨艙下口的工作環境較好，無需高空作業，吊裝的時間不受腳手施工影響。

(7)舷側總段具有一定的剛性，便于分段吊運、翻身。

(8)減少了塢內合攏的工作量，縮短了塢內的生產周期。

4 結語

本文針對市場上對不銹鋼化學品船營運時的經濟性的需求，變更貨艙區垂直槽型帶底敦的設計為水平槽型的設計。同時，為了確保船舶的安全性，對船舶的重要位置節點均進行了有效的結構加強，并在此基礎上設計了一套可靠經濟的生產施工工藝。

通過上述方案的落實，33 000 t首制不銹鋼化學品船分段結構制作期量、總組期量和塢內搭載吊裝計劃、艙室完工計劃都得到了有效控制。首制船已于2016年6月順利交付。

[1] 王勇毅，毛勛銘，高萬盈，等．船舶建造工藝學[M]．北京：人民交通出版社，1985．

2016-08-29

蔡貝云(1983—)，男，工程師，主要從事船舶建造項目管理；李森(1983—)，男，工程師，主要從事船體結構設計與計算；華元祿(1978—)，男，助理工程師，主要從事船舶建造項目管理；徐圳(1986—)，男，助理工程師，主要從事船舶建造項目管理。

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