37 500 m3 LEG船液罐吊裝精度數字仿真分析

張 鵬， 林麗麗

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

0 引 言

37 500 m3液化乙烯氣(Liquefied Ethylene Gas，LEG)船共有3個液貨艙，貨艙內各設有1個臥式雙耳型獨立C型液罐。液罐單體容積超過12 000 m3，屬于大型船用乙烯儲罐。1號液罐為錐形，重約800 t；2號和3號液罐為柱形，各重約1 000 t，因此需要使用1 600 t浮式起重機(簡稱浮吊)進行吊裝。

1 液罐吊裝前的干涉檢查

1.1 三維仿真干涉檢查

為避免現場吊裝發生干涉，在設計階段對每個液罐進行三維仿真模擬吊裝，如圖1所示。針對發現的干涉問題逐一排除，將距離較近但無法更改的區域對現場進行技術交底，以便在吊裝時引起重視。

圖1 三維仿真模擬吊裝

1.2 集液井區域干涉檢查

集液井區域干涉檢查需要重點考慮兩方面：(1)液罐集液井底部絕緣與船體結構內底板間距是否滿足規范要求；(2)集液井絕緣是否會與固定端鞍座加強肘板相碰。

根據絕緣厚度230 mm進行評估，集液井底部絕緣與內底板間距僅為26.5 mm，不滿足規范要求的最小50 mm距離。為滿足規范要求，經液罐設計公司TGE Gas Engineering(簡稱TGE公司)確認，在確保熱量損失在允許范圍內的前提下，將絕緣厚度由230 mm削減至160 mm，問題得以解決。

在設計前期將TGE公司液罐圖紙與鞍座結構圖紙進行對比發現：1號液罐集液井距固定端鞍座較遠，不會發生干涉情況；2號和3號液罐固定端鞍座加強肘板會與集液井絕緣發生干涉。經船舶所有人、船舶檢驗機構同意，在保證結構強度的前提下，采取取消、修割加強肘板的方案，提前消除干涉隱患，如圖2所示，其中：圖2(a)取消右側加強肘板；圖2(b)陰影部分為需要修割的區域。

圖2 取消、修割加強肘板

1.3 止浮裝置干涉檢查

根據TGE公司結構圖紙，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，與船體結構止浮裝置的高度進行對比發現：存在55 mm的干涉區域(見圖3)。為保留20 mm的間隙，經TGE公司確認，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而導致液罐無法吊裝到位，對固定端擋板與液罐絕緣可能存在干涉的情況進行重點關注。經計算，在保證30 mm理論環氧厚度的情況下，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。在實際吊裝過程中，加上可能存在的其他誤差，很有可能出現干涉問題。

為避免發生干涉情況，保證鞍座環氧理論厚度，需要在鞍座內放置材質為E級的鋼墊塊，與鞍座面板焊接牢固，如圖4所示。每個鞍座設置鋼墊塊的數量、位置及尺寸均由TGE公司提供。

2 液罐吊裝前的數據匹配

2.1 液罐層壓木與結構鞍座的線型匹配

先在液罐落架前對液罐層壓木的線型進行測量，鞍座結構燒焊完畢再對鞍座面板上緣的線型進行測量，從而形成液罐層壓木測量數據、鞍座面板測量數據，并將這兩組坐標數據進行匹配。在得到數據后，將兩組數據分別擬合成曲線，放入船體坐標系，并根據環氧厚度設計值、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

在對該型船首制船1號液罐進行模擬匹配時發現：滑動端頂部層壓木距鞍座面板間隙過大，約為80 mm。根據2號和3號液罐環氧流掛嚴重、頂部無溢流現象，推測1號液罐出現同樣問題的可能性較大。原因在于：1號液罐與2號和3號液罐有所不同，其在滑動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計，而TGE公司提供的木塊尺寸為正圓切線，兩者的理論值不同，導致木塊尺寸偏小、間隙偏大。為避免環氧流掛且無溢流的現象發生，采用嵌補加厚面板的方法以減小層壓木與面板之間的間隙。同時，根據數據匹配發現間隙的數值隨高度的降低而減小，因此所嵌補的面板需要在下口開一定長度的過渡斜至原面板的厚度。

2.2 液罐層壓木與結構鞍座的中心距匹配

為確保液罐能夠順利落入擋板之間，應分別對液罐層壓木與結構鞍座的中心距進行測量。在對2號液罐數據進行匹配時發現：2號貨艙跨越舯部，但未能考慮船體理論線方向在舯部的變化，導致液罐層壓木中心距與船體鞍座中心距設計理論距離不等，前者比后者大25 mm；同時，液罐層壓木實際中心距比理論值大15 mm，而船體鞍座實際中心距比理論值小30 mm。在這種情況下，累計誤差達70 mm，液罐無法落入擋板之間。

對此，修改固定端與滑動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，移動擋板位置也是較為簡便可行的方案。在保證焊腳高度的基礎上，將靠艏部、艉部的擋板最大限度地向外移動，同時根據測量數據列出4處危險點，即擋板與層壓木的間距小于或等于16 mm的位置(見圖6)，供吊裝人員在液罐吊裝時特別關注，以確保液罐能夠順利落入擋板之間。

圖6 危險點監控

3 液罐吊裝過程出現的問題及解決方案

液罐吊裝是一項復雜且精度要求很高的工程，尤其是在使用浮吊的情況下，吊裝難度愈發增大。即使在吊裝前進行大量細致的干涉檢查和數據匹配工作，在吊裝時仍然有可能與理論狀態有所出入。在3號液罐吊裝時，吊裝前的匹配數據均顯示良好，但實際吊裝仍然出現頂部區域間隙過大的情況。基于前船經驗，兩舷鞍座較陡，環氧流掛現象較嚴重，對兩舷頂端開口處的間隙比較關注，不允許此處數據過大。由于鞍座結構燒焊均已結束，如果采用前船嵌補面板的方案，則改動工作量較大。因此在與現場各方溝通后，決定在鞍座面板上增加適當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 語

即使將經過匹配的環氧厚度控制在設計理論值，在實際吊裝時間隙仍然會大于匹配值10 mm左右，造成頂端環氧厚度過大，流掛現象嚴重。原因在于：一是測量數據難以達到絕對精確；二是對于液罐這種重大件的吊裝，為確保液罐能夠落入擋板之間，在進行裕量修割作業時，通常會采用正公差，即多修割一些，導致實際間隙大于理論間隙。根據模擬與實際數據對比的經驗，后續船在裕量修割時，將正公差調整為負公差(-5～0 mm)，并經實船驗證，可有效控制頂部區域間隙。