駱仁山，譚祖勝

(1.交通運(yùn)輸部廣州打撈局，廣州 510260; 2.武漢南華工業(yè)設(shè)備工程股份有限公司，武漢 430223)

高溫瀝青船獨(dú)立貨艙隔熱墊塊安裝新技術(shù)

駱仁山1，譚祖勝2

(1.交通運(yùn)輸部廣州打撈局，廣州 510260; 2.武漢南華工業(yè)設(shè)備工程股份有限公司，武漢 430223)

考慮到高溫瀝青船獨(dú)立貨艙安裝的特殊性，為提供更便捷的安裝方法以提高工效并降低成本，通過(guò)實(shí)船設(shè)計(jì)，對(duì)比分析高溫瀝青船獨(dú)立貨艙隔熱墊塊傳統(tǒng)安裝技術(shù)，研發(fā)出新型的墊塊高度調(diào)整機(jī)構(gòu)和鎖緊機(jī)構(gòu)，解決了傳統(tǒng)安裝技術(shù)中因懸臂受力及鉆孔而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)應(yīng)力場(chǎng)惡化的問(wèn)題，安裝實(shí)踐表明技術(shù)可行。

瀝青船;獨(dú)立貨艙;隔熱墊塊;

瀝青船是國(guó)際三大主流船型之一的油船系列中科技含量和技術(shù)難度相對(duì)較高的一種船型。由于瀝青固有的物理特性，決定了其只能在高溫溶化狀態(tài)下才能裝卸和運(yùn)輸，一般都在150 ℃以上[1]，要求高的甚至在250 ℃以上。瀝青貨艙的高溫與船體之間的隔離技術(shù)是瀝青船發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，國(guó)際上瀝青船船型在發(fā)展中經(jīng)歷了不同的階段，如貨艙與船體構(gòu)成整體的整體液貨艙船型和貨艙與船體獨(dú)立的獨(dú)立液貨艙船型[2-3]。歷史上多次出現(xiàn)過(guò)因隔離技術(shù)和安裝技術(shù)不當(dāng)[4-5]，導(dǎo)致貨艙開(kāi)裂，瀝青泄漏到空艙固化，導(dǎo)致巨大經(jīng)濟(jì)損失，甚至整船報(bào)廢。用于支承獨(dú)立液貨艙的墊塊需要具備隔熱、耐熱和承受動(dòng)靜載荷的能力，目前其材料和安裝技術(shù)基本上依賴(lài)于進(jìn)口。為此，結(jié)合實(shí)船設(shè)計(jì)，針對(duì)高溫瀝青船獨(dú)立貨艙安裝的特殊性，通過(guò)對(duì)目前獨(dú)立貨艙隔熱墊塊安裝技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，研發(fā)更便捷的新型安裝方法。

1 技術(shù)研究背景

目前，國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)建造的瀝青船上，技術(shù)成熟并廣泛使用的獨(dú)立液貨艙的隔熱墊塊型式和安裝技術(shù)一般有如下兩種[5-7]。

1.1 層疊型

獨(dú)立液貨艙與船體完全獨(dú)立，僅限位、防浮裝置與船體接觸，貨艙通過(guò)一定數(shù)量的隔熱墊塊座落在船體“T”形結(jié)構(gòu)上，每塊隔熱墊塊由3種不同的材料組成，如熱塑性聚醚酰亞胺墊片、硅樹(shù)脂墊片和三元二丙橡膠墊片。在隔熱墊塊組的上方，有一塊必須現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量間隙后再加工并拂磨配合安裝的鋼質(zhì)調(diào)整墊塊。

該形式隔熱墊塊可以定位在船體“T”形結(jié)構(gòu)面板和腹板的交線(xiàn)上方，船體結(jié)構(gòu)受力均勻?qū)ΨQ(chēng)、局部應(yīng)力場(chǎng)分布較好。該安裝技術(shù)要求在獨(dú)立貨艙吊裝到位后，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量隔熱墊塊與獨(dú)立貨艙底部結(jié)構(gòu)間的間隙，配合加工并拂磨鋼質(zhì)調(diào)整墊塊。由于安裝作業(yè)空間狹小，需要現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、拂磨，所以，該形式隔熱墊塊的安裝對(duì)勞動(dòng)量需求大、對(duì)工人技術(shù)水平要求較高。如圖1。

圖1 層疊型隔熱墊塊定位及安裝形式

1.2 獨(dú)立可調(diào)型

獨(dú)立液貨艙與船體完全獨(dú)立，除限位、防浮裝置與船體接觸外，獨(dú)立貨艙通過(guò)一定數(shù)量的由特殊材料制成的單塊隔熱墊塊座落在船體“T”形結(jié)構(gòu)上。隔熱墊塊高度通過(guò)在船體“T”結(jié)構(gòu)面板上加工兩個(gè)螺紋孔，用頂升螺釘調(diào)節(jié)，并通過(guò)在船體“T”結(jié)構(gòu)面板上鉆孔，用螺栓、螺母安裝鎖緊隔熱墊塊。墊塊定位后，在墊塊和“T”結(jié)構(gòu)面板之間澆注環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行最終定位和固定。

該形式克服了對(duì)工人技術(shù)水平要求高的問(wèn)題，但由于要求加工螺紋孔和螺栓孔，必須避開(kāi)“T”結(jié)構(gòu)腹板。隔熱墊塊一般以“T”結(jié)構(gòu)腹板對(duì)稱(chēng)安裝，且“T”結(jié)構(gòu)面板寬度尺寸加大，并有懸臂受力，“T”結(jié)構(gòu)面板甚至腹板要求加厚，同時(shí)，在船體結(jié)構(gòu)上鉆孔對(duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力場(chǎng)產(chǎn)生破壞[8]，從而結(jié)構(gòu)尺寸和形式應(yīng)加大和改變，增加材料的使用。如圖2。

圖2 獨(dú)立可調(diào)型隔熱墊塊定位及安裝形式

由于隔熱墊塊數(shù)量多，為了獲得更準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)尺寸和形式，必須進(jìn)行嚴(yán)格的計(jì)算，一般均采用結(jié)構(gòu)建模和有限元計(jì)算[9-10]，來(lái)分析其對(duì)局部強(qiáng)度等方面的影響。

2 隔熱墊塊安裝新技術(shù)研究

綜合比較層疊型和獨(dú)立可調(diào)型兩種隔熱墊塊形式及安裝技術(shù)，選擇保障性好，對(duì)工人水平要求低的形式，是新技術(shù)研究的前提。通過(guò)比較，選擇獨(dú)立可調(diào)型隔熱墊塊安裝技術(shù)，作為該安裝新技術(shù)研究的基礎(chǔ)。

按“獨(dú)立可調(diào)墊塊型”技術(shù)，瀝青貨艙通過(guò)一定數(shù)量的隔熱墊塊安裝在船體底部“T”形結(jié)構(gòu)上。按傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)安裝方法，必須在“T”結(jié)構(gòu)面板上遠(yuǎn)離船體肋骨和縱桁腹板的位置加工安裝孔和頂升孔。這就要求面板寬度加大，如此則受力懸臂尺寸加大，加之鉆孔對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞，使該處的受力條件急劇惡化。為滿(mǎn)足船舶行業(yè)規(guī)范要求，面板必須加厚，并在面板下加肘板支撐。應(yīng)力計(jì)算分析表明，該部分的結(jié)構(gòu)重量增加約1/3；為定位安裝墊塊，每個(gè)墊塊處的“T”面板上必須鉆一個(gè)安裝孔，并加工兩個(gè)頂升螺釘孔。根據(jù)油漆涂裝標(biāo)準(zhǔn)要求，孔沿還必須打磨成至少R2的圓角，這都將導(dǎo)致巨大的勞動(dòng)量。

分析貨艙墊塊的最終安裝狀態(tài)，即墊塊調(diào)整到與獨(dú)立貨艙底部強(qiáng)力結(jié)構(gòu)接觸，然后在墊塊與船體結(jié)構(gòu)之間澆注環(huán)氧樹(shù)脂作為支撐和固定，并采用螺栓和螺母鎖緊。鑒于此，要解決傳統(tǒng)技術(shù)存在的問(wèn)題，又能達(dá)到貨艙墊塊的最終安裝狀態(tài)，新型安裝技術(shù)研究必須解決如下問(wèn)題：

1)墊塊安裝受力中心在結(jié)構(gòu)中心。

2)墊塊高度調(diào)整機(jī)構(gòu)。

3)墊塊鎖緊機(jī)構(gòu)。

2.1 墊塊安裝受力中心在結(jié)構(gòu)中心

墊塊安裝受力中心在結(jié)構(gòu)中心，即受力點(diǎn)在“T”結(jié)構(gòu)面板與腹板的交線(xiàn)上。如果采取傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)鉆孔方式安裝，則必須在腹板上開(kāi)永久工藝孔，對(duì)結(jié)構(gòu)仍然有破壞，結(jié)構(gòu)加強(qiáng)等仍然增加鋼材的消耗量，且施工量及施工難度仍然很大。通過(guò)對(duì)螺紋聯(lián)接形式的對(duì)比分析，決定采用在面板上焊接螺柱用于安裝貨艙隔熱墊塊，以避免在結(jié)構(gòu)面板上加工螺栓孔帶來(lái)的負(fù)面影響。螺柱的規(guī)格以及焊接規(guī)格應(yīng)經(jīng)過(guò)計(jì)算，以保證能承受規(guī)定的彎曲應(yīng)力和剪切應(yīng)力。一般，螺柱的規(guī)格與傳統(tǒng)安裝形式的螺栓相同，但螺柱的長(zhǎng)度應(yīng)考慮到貨艙隔熱墊塊的最大和最小調(diào)節(jié)高度。該安裝形式只要求船體自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿(mǎn)足規(guī)范要求的總強(qiáng)度和局部強(qiáng)度要求，而不必考慮因安裝形式帶來(lái)的結(jié)構(gòu)形式改變和局部結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。見(jiàn)圖3。

圖3 新技術(shù)條件下隔熱墊塊定位及安裝型式

2.2 墊塊高度調(diào)整機(jī)構(gòu)

貨艙隔熱墊塊將通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂最終定位和固定，其高度調(diào)整機(jī)構(gòu)只能在隔熱墊塊之下，所以也處在環(huán)氧樹(shù)脂之中。考慮環(huán)氧樹(shù)脂的物理、化學(xué)特性，特別是在高溫高壓工作條件下，決定了其工作厚度范圍，避免厚度過(guò)大，內(nèi)部蓄熱加劇老化。在如此范圍內(nèi)的高度調(diào)節(jié)裝置，除考慮調(diào)節(jié)必須的操作空間外，還應(yīng)考慮其作為定位裝置將長(zhǎng)期留在澆注的環(huán)氧樹(shù)脂中，所以其結(jié)構(gòu)形式和尺寸不能導(dǎo)致環(huán)氧樹(shù)脂應(yīng)力變化超過(guò)允許的范圍，而致使環(huán)氧樹(shù)脂支撐和固定作用失效。利用螺母在螺柱上旋轉(zhuǎn)而具有的軸向位移特性，作為解決該問(wèn)題的首選。但是，螺母的外部結(jié)構(gòu)形式，如六角形、圓形、普通厚度型、薄型等，應(yīng)根據(jù)墊塊高度調(diào)節(jié)范圍內(nèi)環(huán)氧樹(shù)脂最大和最小厚度，以及局部應(yīng)力破壞許可范圍來(lái)確定。見(jiàn)圖3

2.3 墊塊鎖緊機(jī)構(gòu)

由于改變了安裝形式和調(diào)節(jié)方式，原鎖緊方式也發(fā)生了變化。同樣采用螺紋聯(lián)接具有的鎖緊功能，在原隔熱墊塊上方螺栓頭處改用螺母安裝在螺柱上，與墊塊下的高度調(diào)節(jié)螺母共同形成了墊塊鎖緊機(jī)構(gòu)。見(jiàn)圖3。

3 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合實(shí)船設(shè)計(jì)情況，通過(guò)計(jì)算確定螺柱的規(guī)格及長(zhǎng)度、螺柱焊接規(guī)格、墊塊鎖緊螺母和高度調(diào)節(jié)螺母的型式和規(guī)格、高度調(diào)節(jié)范圍等，提供了一種具備簡(jiǎn)潔、安全可靠、節(jié)省材料、節(jié)省工時(shí)、對(duì)工人技術(shù)水平要求低等特點(diǎn)的新型安裝技術(shù)。經(jīng)實(shí)船設(shè)計(jì)和安裝對(duì)比，鋼材消耗量相對(duì)傳統(tǒng)安裝技術(shù)減少了近1/3，而勞動(dòng)力和工時(shí)消耗也減少到傳統(tǒng)安裝技術(shù)的近1/3，且更容易保證安裝質(zhì)量。

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New Installation Technology of Insulation Pads for Independent Cargo Tank of High Temperature Asphalt Tanker

LUO Ren-shan1, TAN Zu-sheng2

(1. Guangzhou Salvage Bureau of Ministry of Communication, Guangzhou 510260, China;2. Wuhan Nanhua Industrial Equipments Engineering Co., Ltd., Wuhan 430223, China)

Considering the particularity of independent cargo tank installation for the high temperature asphalt tanker, the convenient installation method is investigated to improve work efficiency and lower the cost. Based on the actual design and relative analysis of the normal installation technology of the insulation pad for the independent cargo tank of high temperature asphalt tanker, a new pad location and lock device is developed to avoid the stress worsen caused by cantilever force and hole cutting, and the technical feasibility is testified in actual installation.

asphalt tanker; independent cargo tank; insulation pad

10.3963/j.issn.1671-7953.2015.06.003

2015-08-14

駱仁山(1982-)，男，學(xué)士，工程師

U674.13

A

1671-7953(2015)06-0010-03

修回日期：2015-09-11

研究方向:船舶與海洋工程

E-mail: jake623@126.com