針對液化天然氣船 B 型獨立艙穹頂區域穿艙件及支撐結構的應力分析

曹惠兵，汝寧寧，張雙泉，王國強

（安徽長江液化天然氣有限責任公司，安徽 蕪湖 241000）

根據中國船級社《低溫管路應力分析指南》2017 版、《鋼制海船入級規范》(后簡稱《鋼規》)和《散裝運輸液化氣體船舶構造與設備規范》2022 版(后簡稱《散液規》)第2 篇第20 章中附錄2 晃蕩評估流程，根據該船的B 型獨立液貨艙布置位置，綜合考慮選取NO.1 液貨艙作為穹頂穿艙件及支撐結構強度評估的目標液艙(NO.1 液貨艙運動加速度最大)，該目標艙布置如圖1 所示。

圖1 某1.4 萬方LNG 運輸船B 型獨立液貨艙布置

圖2 穹頂區域三維有限元模型示意圖

1 有限元建模

1.1 模型

基于NO.1 貨艙對穹頂區域穿艙件及支撐結構進行應力分析，有限元模型覆蓋整個穹頂區域。根據《鋼規》和《散液規》板和梁單元建模要求，目標分析區域使用50mm×50mm 的單元網格尺寸，對于管徑小于 DN50 的管子采用 10mm×10mm 單元網格尺寸進行建立。有限元模型詳見圖 2 。

1.2 坐標系

坐標系采用右手坐標系，原點O 位于FR0 號船底中線處，x 軸向船首為正，y 軸向左舷為正，z 軸向上為正。

1.3 荷載和邊界條件

目標穹頂結構有限元模型底部采用六個自由度的約束條件，穿艙件載荷施加在管系距甲板高度525mm的端部MPC 約束上，詳見圖3。

圖3 穹頂結構載荷及邊界條件示意圖

2 荷載工況

結合艙內以及甲板管系低溫應力載荷計算工況，針對B 型獨立艙穹頂區域穿艙件及支撐結構開展強度分析。結合中國船級社《低溫管路應力分析指南》2017版規范指南要求，針對穹頂穿艙件及其支撐結構受力主要考慮慣性力載荷、管系和罐體壓力載荷、溫度載荷以及位移載荷，其設計載荷組合工況詳見表1 所示。

表1 設計荷載組合工況

表2 316L 不銹鋼材料參數

其中 W：管道重量+絕緣重量+流體重量；

P1、P2：管道內壓；

T1、T2：管道溫度；

D1、D2：分別為最低、高溫度導致的端點附加位移(液罐等熱脹冷縮導致的管口位移)；

U1、U2、U3：分別為管道縱向、橫向和垂向加速度。

3 穹頂區域穿艙件及支撐結構強度校核

B 型獨立液貨艙穹頂區域穿艙件及支撐結構的主體結構采用316L 不銹鋼，其主要材料參數如表 2 所示。

《鋼規》第3 篇第2 章 2.2.2 節給出了鋼管的許用應力衡準，計算公式如下：

在規范中316L 材料許用應力衡準如表3 所示。

表3 316L 材料許用應力衡準

《散液規》第2 篇附錄1 第4 節 4.7.7 分別給出了細網格的許用應力衡準，詳見表4。

表4 細網格許用應力衡準

4 穹頂區域穿艙件及支撐結構強度計算結果

B 型獨立艙穹頂區域穿艙件及支撐結構加強后的最大應力及工況匯總至表5，穹頂穿艙件最大應力分布詳見圖4，所有穿艙件及其支撐結構的強度分析結果均滿足規范要求。

表5 穿艙件及支撐結構最大應力結果匯總

圖4 穹頂穿艙件最大應力分布示意圖

5 結論

參考中國船級社《鋼規》2021 版、《散液規》2022 版規范，以及《低溫管路應力分析指南》要求，結合14,000 立方米級液化天然氣加注運輸船B 型獨立艙穹頂區域穿艙件及支撐強度分析結果，可以得出以下結論：

目標B 型液貨艙穹頂區域穿艙件及支撐結構強度評估符合滿足船級社相關要求。