超長C型液罐駁運技術及應用

陳 浩，王 嬌，尹志雙

（江南造船（集團）有限責任公司，上海 201913）

0 引言

隨著現代造船技術的不斷創新，為了減少船舶建造中生產環節對特殊場地和關鍵設備等資源的限制，重大件的中轉、駁運技術已成為造船企業又一項關鍵技術。自行式模塊運輸車（Self-Propelled Modular Transporter，SPMT）在船舶行業的總段運輸、環段移位、整船下水等環節得到廣泛應用。江南造船建造的28K FRU設置有2個近75 m長的C型液罐。根據C型液罐建工藝造流程，液罐結構合攏完成后需進行強度試驗。該實驗過程需要在液罐內加入大量水，對地基的承重有很高的要求，需在專用承重平臺區域進行。液罐強度試驗后需進行液罐表面絕緣敷設，該過程對環境溫度要求極高，需在風雨密的環境中進行以確保絕緣質量。絕緣成型后需駁運至龍門吊覆蓋的范圍內進行整體吊裝，該環節液罐僅剩余2個支撐座區域可以進行支撐受力，絕緣表面無法作為駁運支撐區域。后續需要進行 2次整體移位，第1次由強度試驗場地移位至室內跨間進行絕緣敷設，第2次由室內跨間移位至龍門吊覆蓋范圍內吊裝上船。該C型液罐近75 m 長，重近1 000 t，整個駁運過程路線長，風險高，且轉彎處回轉半徑大，極易與道路兩側的設施發生干涉。為保證整個駁運過程順利進行，開展相應的駁運工藝研究。

1 液罐相關技術參數

需駁運液罐為 2個單耳 C型罐，單個液罐長74.8 m，直徑16.3 m。液罐的總駁運重量近1 000 t。目前絕大部分C型液罐設計有1個支撐環和1個加強環，這2處設有結構加強。液罐詳細情況見圖1。僅可在支撐環和加強環處設置支撐結構用于強度試驗和液罐頂升等作用[1]，因此液罐駁運過程僅可在這2處設置頂升結構。

圖1 液罐示意圖

考慮到液罐形狀及重量，本次駁運有以下主要難點：

1）單耳C型罐外輪廓為成圓形，長度近75 m。絕緣完成后僅留支撐環和加強環2處鞍座區域可作為駁運支撐受力點，2處間跨距近43 m。支托架設計既要滿足液罐強度試驗要求，又要保證液罐駁運過程的受力分布合理；既要保證整個駁運過程的穩性，又要避免超長液罐變形控制。

2）液罐整體呈細長型，且重量近1 000 t。SPMT布置既要提供足夠的頂升力，同時要保證駁運路徑過程的順利通行。

3）液罐轉彎處回轉半徑近38 m，如何實現在障礙物拆除最小化的同時確保駁運過程順利完成。

2 駁運技術方案

本次液罐駁運方案利用液罐強度試驗托架進行優化設計，利用支撐環和加強環2個可加強區域作為支撐受力區域。托架兼顧液罐強度試驗承重及駁運使用，通過公司SPMT裝置頂升托架完成運輸。

2.1 S PMT布置方案

SPMT是一種自行式模塊運輸車，由帶驅動的2/3/4/6軸線模塊運輸車及動力模塊單元（Prime Power Unit，PPU）組成。模塊之間既可機械連接，又可自由定位，主要應用在大件物流領域，如船舶、化工、鋼結構和礦山等。

本次駁運液罐重1 000 t，結合公司SPMT的設備能力和PPU的數量確定了72軸線模塊單元和4個PPU的不對稱布置法。其中SPMT分為4組，第1組和第4組利用1個PUU帶12軸線的模塊單元；第2組和第3組利用1個PUU帶24軸線的模塊單元，分2列，每列各12軸線[2]。SPMT詳細的布置見圖2。

圖2 液罐駁運SPMT布置圖

2.2 駁運托架設計優化。

液罐結構完工后需進行強度試驗來驗證結構強度和釋放應力。目標液罐容積為14 000 m3，強度試驗過程加水14 000 t。該試驗過程設有專用的托架作為支撐。該托架設計既要保證液罐強度試驗過程對地面的壓力＜地面承載力（本次試驗地面承載力為100 t/m2）（1 kN/m2=10 t/m2），同時設置“牛腿”結構作為液罐頂升過程的頂升結構。目前C型液罐常見的強度試驗托架形式為框架式鋼結構，利用液罐外輪廓相同的面板與腹板結構作為主體，底板作為底座的同時可起到增加受力面積的作用，具體形式見圖3。由于液罐僅可在加強環和支撐環2處設置支撐托架，因此，液罐強度試驗托架必須兼顧駁運托架使用。

圖3 液罐強度試驗托架示意圖

原托架底板設計寬度為3 m，SPMT車板長16.7 m（12軸線）。如利用該托架，SPMT車板受力將集中于托架寬度范圍內單軸線的承載能力，不滿足駁運要求?？紤]將液罐重量盡可能均勻分布在更多軸線SPMT范圍內，托架地板寬度由原來的3 m增加到4.2 m，用于加大托架底板寬度方向的受力面積。托架沿液罐縱向設有12個“牛腿”，通過調整車輛布置，將該結構與車輛重合，作為支撐梁。為緩解液罐駁運過程SPMT車板集中載荷問題，增長“牛腿”的長度至8 m，在“托架牛腿”和平板車之間放置擱墩，使液罐的重量傳遞到平板車的兩端，平板車受力更均勻[3]，優化設計后的托架具體形式見圖4。

圖4 優化設計后托架示意圖

2.3 詳細方案

2.3.1 車輛布置

采用72軸線的SPMT和4個PPU進行不對稱布置。

2.3.2 技術方案

本次駁運詳細布置圖見圖5。

圖5 液罐駁運詳細布置示意圖

1）本次液罐駁運采用4點支撐，此種方式適合長距離運輸。

2）SPMT采用左右不對稱的布車方案，在保證每個支撐點不超重的情況下，最大程度減少對SPMT軸線的需求。

3）在車板上托架“牛腿”下橫向布置4根13 m縱梁，在增大受力面積的同時提供移位過程的穩定性；

4）在車板與托架“牛腿”間布置鋼支墩，用于保證運輸過程中“牛腿”不變形，并完成力的向下傳遞。

5）車輛穩定角達到17°，滿足運輸國際規范（規范要求大于7°）。

6）SPMT每軸線軸載控制在27 t以下，滿足車輛的載重要求。

本次駁運方案的相關具體數據見表1。

表1 SPMT相關數據

3 駁運路徑模擬

本次液罐駁運過程分為2個階段：第1階段由強度試驗平臺至室內跨間；第2階段由室內跨間至龍門吊覆蓋范圍內。整個駁運過程涉及2處十字路口轉彎。如何在移位前確保將整個移位路徑中的相關干涉及障礙物進行清除，同時實現相關障礙物清除改造工程的最小化。CATIA V 6系統具有強大的建模功能，在系統環境下將液罐駁運過程涉及的相關場地和液罐駁運系統進行實體建模，通過Simulation三維模擬仿真模塊對液罐在重要轉彎處的回轉路徑和整個駁運過程進行模擬。圖6為駁運過程第1處轉彎模擬，陰影處即為液罐轉向過程受干涉區域。圖7為整個駁運過程的模擬仿真。利用CATIA模擬仿真技術形成最優化的駁運路線和最優化的轉彎路徑，實現相關障礙物拆除改造工作量的最小化，實現經營效益的最大化。

圖6 液罐轉彎半徑模擬

圖7 液罐駁運過程模擬

4 實施效果

通過本次工藝技術的研究，順利完成這艘船 2個超長C型液罐的超長距離駁運。本次駁運技術的成功應用打破了液罐建造過程中對場地需求的限制，可為同類型的C型液罐的駁運提供技術參考。整個駁運過程順利，駁運現場見圖8。

圖8 液罐駁運實景照片

本文首次利用CATIA V6模擬仿真功能對駁運過程中的移位路徑及回轉半徑的最優化方案進行了驗證[4-5]，清晰直觀地確定了駁運過程中存在干涉的各類障礙物，為以最少成本順利完成液罐駁運提供了技術支持。對CATIA V6系統在船舶行業的應用提供了更多可行性的方向。

5 結論

本次駁運的液罐是目前國內最大尺寸的C型液罐，此次駁運方案充分結合該液罐的特點，通過合理的SPMT布局和駁運托架設計優化，確保液罐駁運過程的受力分布，保證駁運過程順利完成。本方案為C型液罐的駁運提供了完整的技術參考，同時對龍門吊大梁結構、筒狀鋼結構等駁運有一定的借鑒作用。對CATIA V6系統在船舶行業的應用，特別是工藝仿真環節的應用提供了更多可行性的方向。