27500m3LNG船無甲板液灌吊裝起浮方案研究

洪 俊,張振坤,項國飛

(1.揚州大洋造船有限公司，江蘇 揚州 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,項國飛2

(1.揚州大洋造船有限公司，江蘇 揚州 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域主甲板及頂邊艙的無甲板弱結構狀態下進行半船起浮，為保證船體在足夠強度的前提下安全起浮及生產有序的推進，首先采用NAPA軟件對半船起浮工況進行計算，其次利用BV-Mars規范軟件對半船弱結構進行強度計算，最后根據計算結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。該船設有3個貨艙，每個貨艙裝有1個9 000 m3的液罐；甲板設有2個800 m3供主機驅動的燃料罐。

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構狀態下臨時起浮以便于同批次進塢合攏散貨船下水。該船貨艙區域若在大開口、無甲板及頂邊艙結構狀態下臨時起浮，船體中段結構的總縱強度和剛度都會明顯削弱，使得船舶在臨時起浮過程中發生結構變形或更嚴重的后果，直接影響船體自身的安全性。因此，必須對要研究的半船的液罐建立NAPA模型并進行起浮工況計算分析；對半船弱結構利用BV-Mars規范軟件建立模型分析計算，并根據計算分析結果，制定合理的液罐吊裝及起浮方案。

1 船舶主要量度

總長

180.30 m

兩柱間長

170.80 m

型寬

26.60 m

型深

17.80 m

設計吃水

8.30 m

結構吃水

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，掛丹麥方便旗，入BV船級社。

2 起浮方案原則

根據總體生產計劃，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，而同批次進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，同時考慮下一批次散貨船入塢后和液化氣船落墩后同時再出塢的可行性，必須詳細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

根據船塢起浮方案原則要求，結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最大化、液灌吊裝的數量、船體半船起浮時的強度分析、船體結構局部加強方案、船舶起浮時縱傾和壓載狀態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)貨艙區底部分段、舭部分段、舷側分段合攏焊接結束。

(2)艏部區域F01總段合攏、焊接結束。

(3)艉部機艙區域合攏、焊接結束。

(4)主機未進艙，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上，按照液灌吊裝與否初步制定3個半船起浮方案。

方案1：半船起浮前完成1號、2號、3號共3個液罐吊裝進艙安裝。起浮前船體合攏狀態及液罐吊裝狀態如圖1所示。圖中，103、104為艉部分段號，E01、E02為艉機艙區域總段號，H01～H04為貨艙下部總段號，F01為艏部總段號。

方案2：半船起浮前僅2號液罐吊裝進艙安裝；起浮前船體合攏狀態及液罐吊裝狀態如圖2所示。

方案3：半船起浮前液罐不進艙安裝。起浮前船體合攏狀態及液罐吊裝狀態如圖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 船舶強度分析

根據制定的初步方案，分別利用NAPA軟件對各方案進行起浮計算，求出各方案浮態及船體承受的彎矩和應力；利用BV-Mars軟件計算無頂邊艙、無甲板弱結構狀態下的橫剖面模數和總縱彎矩；考慮船舶起浮時須留有一定量的船體強度安全系數。半船剖面模數計算示意圖如圖4所示，1～7為參與計算的縱向連續結構。計算結果對比分析見表1。

圖4 Mars半船剖面模數計算

表1 方案1～方案3半船起浮時船體彎矩、應力對比表

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

4.4 起浮優化方案

根據以上強度校核數據分析可知，船體受力最大區域為Fr60 ～ Fr120，其根本原因是因為艉部載荷較大引起的。 解決方法是減少艉部分段合攏數量，并重新校核強度，在原合攏方案的基礎上，艉部103、104分段不吊裝合攏，僅僅完成艉機艙區域E01、E02總段合攏。液灌吊裝方案如下。

方案4：即在原方案1的基礎上優化為艉部103分段、104分段不吊裝合攏，完成1號、2號、3號共3個液罐吊裝進艙安裝。

方案5：即在原方案2的基礎上優化為艉部103分段、104分段不吊裝合攏，完成2號液罐吊裝進艙安裝。

方案4、方案5船體強度計算見表2。

表2 方案4、方案5半船起浮時船體彎矩、應力對比表

從表2計算結果可知，方案4、方案5中船體許用應力和船體彎矩均遠小于許用值[σ]；安全系數大于1.5，滿足半船安全起浮要求。

5 船體結構局部加強方案

5.1 鞍座區域墩木布置

液罐主要依靠鞍座結構支撐，液罐吊裝進艙安裝在鞍座結構上。由于主船體頂邊艙、主甲板未合攏，船舶處于無甲板弱結構狀態，且液罐自重較重，鞍座區域的船體結構局部受力較大，因此可能會導致船體結構產生永久局部橫向變形，從而影響完工后的船體結構強度。如果變形發生在鞍座環氧未完全凝固期間，就會直接影響到鞍座與液罐之間的環氧質量。為了避免上述可能會發生的不利因素，必須制定出在鞍座區域增加塢墩和支柱加強方案。

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

圖5 Fr130鞍座區域增加墩木和支柱示意圖

半船起浮前，需臨時移除增加的支柱支撐；待半船落墩后重新復位。

5.2 艏艉部合攏口區域加強

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

圖6 Fr155鞍座區域增加墩木和支柱示意圖

圖7 貨艙與艏部連接處臨時加強示意圖

圖8 機艙與貨艙連接處臨時加強示意圖

6 半船起浮浮態分析

6.1 半船起浮浮態計算的考慮

為便于27 500 m3液化天然氣船半船起浮后兩次落墩，以及考慮到長江水位影響，半船起浮浮態計算時主要考慮以下方面。

(1)半船起浮縱傾小于0.5 m。

(2)起浮時最大吃水不超過4.5 m。

(3)通過合理調配加壓載水調整半船起浮浮態且使船體所受彎矩、應力值最小。

通過NAPA軟件對半船在方案4、方案5狀態下的浮態進行了多種起浮工況計算。

6.2 綜合考慮選出的最優方案

方案4在3號底壓載艙(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浮態計算結果可知，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，且船塢內水面相對較平靜，無涌浪,所以，半船起浮時艉軸孔不必采取臨時封閉措施。 由計算可知，半船起浮時船舶縱傾小于0.5 m，船舶縱傾較小有利于船舶起浮后落墩，避免了大縱傾狀態下船舶落墩時可能由于局部受力較大引起船體變形。

7 結論

通過對半船起浮時船體強度和起浮工況的計算分析結果如下。

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

(2)同時預報了船舶起浮時艉軸管孔不需要采取臨時封閉措施。

(3)針對液罐吊裝后，可能發生的局部變形問題做了增加塢墩及支柱的方案。

(4)對于局部容易發生應力集中處，采取增加臨時加強結構的方案。

經過27 500 m3液化天然氣船系列共6艘船的實際建造(4次吊裝3只液罐、2次吊裝1只液罐)，驗證了該船型液罐吊裝后無甲板弱結構的起浮方案是安全可行的，為生產實施提供了技術支持，推動了船舶建造計劃保障和船塢生產計劃的總體平衡。

[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構下水強度計算[J].江蘇船舶，2012，29(3):21-22.

2016-07-20

洪俊(1979—)，男，工程師，從事造船生產流程及建造工藝；張振坤(1980—)，男，工程師，從事船舶建造工藝；項國飛(1968—)，男，高級工程師，從事船舶與海洋工程設計及建造工作。

U671.5

A