鄭晨陽

[摘 要]隨著化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，原料運(yùn)輸量在逐漸增加。為適應(yīng)當(dāng)前市場(chǎng)環(huán)境，研究出9000噸不銹鋼化學(xué)品運(yùn)輸船。此船選取奧氏體一鐵素體雙金屬相不銹鋼材料（簡(jiǎn)稱雙相不銹鋼），保證了船內(nèi)裝運(yùn)高蒸氣表壓、高裝運(yùn)溫度、高貨品密度達(dá)到目標(biāo)要求，大幅度減少不銹鋼重量、降低了造船成本，并且使造船廠的不銹鋼施工工藝得到改良。本篇將從五個(gè)方面闡述在整體研發(fā)過程中所遇到的問題及注意事項(xiàng)。

[關(guān)鍵詞]結(jié)構(gòu)研發(fā)；化學(xué)品船；整體式液貨艙；雙相不銹鋼

中圖分類號(hào)：S904 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2018）08-0082-01

引言

作為當(dāng)前的新型化學(xué)品運(yùn)輸船，9000噸不銹鋼化學(xué)品船使用的是不銹鋼整體式液貨艙，獨(dú)立裝卸系統(tǒng)已經(jīng)在船內(nèi)各艙得到運(yùn)用，可以滿足高蒸氣壓表，高裝運(yùn)溫度，高貨品密度的裝運(yùn)，適裝性十分強(qiáng)。

該船主要尺寸如下：

總長(zhǎng)：LOA 115.50m

垂線間長(zhǎng)：LPP 108.00m

型寬：B 18.60m

型深：D 10.00m

設(shè)計(jì)吃水：T 7.80m

航區(qū)無限航區(qū)

本船的原型是成品油船及IMO Ⅱ型化學(xué)品運(yùn)輸船，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行重新研究并改造。船內(nèi)部共設(shè)計(jì)了12個(gè)相互獨(dú)立的液貨艙，各類化學(xué)品以及成品油將被散裝在這里。貨艙區(qū)共有10個(gè)液貨艙和2個(gè)污液艙，將完整的貨艙區(qū)由7道橫向艙壁和1道縱向艙壁分隔開，平面艙壁應(yīng)用于貨艙區(qū)的艏部和尾部，剩余部分為垂直槽型艙壁?？偛贾脠D見圖1，典型中橫剖面圖見圖2

9000噸新型不銹鋼化學(xué)品船內(nèi)部不銹鋼液貨艙選取的是具有更高的強(qiáng)度、抗腐蝕性、熱傳導(dǎo)系數(shù)和膨脹系數(shù)的雙相不銹鋼。

現(xiàn)在大部分的化學(xué)品運(yùn)輸船為液貨船，與現(xiàn)在的運(yùn)油船在結(jié)構(gòu)上有許多相似的地方。從結(jié)構(gòu)方面來講，化學(xué)品運(yùn)輸船要先要和油船看齊，達(dá)到運(yùn)油船的要求，如今化學(xué)品種類急劇增多，貨品的密度，裝運(yùn)溫度，蒸氣表壓，腐蝕能力，貨艙裝載限度等眾多條件都需要進(jìn)行周密的考慮以及計(jì)算。本文將從五個(gè)方面闡述在設(shè)計(jì)中需要注意的問題。

一、規(guī)范計(jì)算

進(jìn)行此項(xiàng)時(shí)要達(dá)到油船標(biāo)準(zhǔn)和各船級(jí)社對(duì)化學(xué)品運(yùn)輸船和散裝容器提出的標(biāo)準(zhǔn)。近幾年不銹鋼材料的價(jià)格持續(xù)上升，為了降低成本，需要注意貨艙結(jié)構(gòu)計(jì)算的優(yōu)化。因?yàn)樨浧贩N類多，貨艙結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確計(jì)算需要結(jié)合各種工況進(jìn)行計(jì)算，一般只選取比較典型的工況進(jìn)行計(jì)算。具備高蒸汽壓力的貨品，密度和溫度不會(huì)過高，如果一味將最高蒸氣壓力，最大貨品密度以及最高溫度整合在一起，以此作為設(shè)計(jì)工況，很有可能導(dǎo)致貨艙周界結(jié)構(gòu)重量的增加。因此，要對(duì)化學(xué)品的蒸氣壓力，密度，溫度進(jìn)行合理配置，找到最佳參數(shù)組合，以此整合出最佳數(shù)據(jù)。因?yàn)樵摯褂玫氖切滦偷牟讳P鋼材料，現(xiàn)在各個(gè)船級(jí)社對(duì)不同裝運(yùn)溫度下的材料系數(shù)有不同的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范計(jì)算時(shí)需要注意船級(jí)社的要求，要讓材料高強(qiáng)度的特征得到更好的利用。還要保證其特征得到充分利用的同時(shí)最大限度地節(jié)省不銹鋼的使用量?？己藭r(shí)需要注意對(duì)舷側(cè)、船底和甲板強(qiáng)框架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，因?yàn)樵摯邆溥\(yùn)輸高蒸氣壓以及高密度貨物的特點(diǎn)，必要時(shí)需要通過直接計(jì)算進(jìn)行考核。

二、熱應(yīng)力計(jì)算

該船具有裝運(yùn)高溫貨品的特征，所以貨艙內(nèi)部的溫度會(huì)形成一個(gè)階梯，而這上下所形成的溫度差會(huì)對(duì)船體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，產(chǎn)生熱膨脹，內(nèi)應(yīng)力便從此產(chǎn)生，這會(huì)與裝貨物時(shí)產(chǎn)生的局部應(yīng)力和總縱彎矩和剪力迭加，也許會(huì)令結(jié)構(gòu)失效。目前技術(shù)的發(fā)展，將溫度作為載荷加載已經(jīng)不成問題，問題在于如何獲得溫度梯場(chǎng)，雖然一些軟件可以測(cè)得相關(guān)指數(shù)，但是如果考慮了介質(zhì)的對(duì)流系數(shù)和傳導(dǎo)系數(shù)，結(jié)果會(huì)與實(shí)際產(chǎn)生偏差。為避免設(shè)計(jì)過程中的熱應(yīng)力計(jì)算和結(jié)構(gòu)用鋼量偏差大，設(shè)計(jì)時(shí)不要輕易提高溫度。

三、貨艙晃蕩載荷計(jì)算

研發(fā)過程中，貨艙晃蕩載荷是不能忽視的重要指標(biāo)。例如：化學(xué)品船和油船相比，前者通常每一次需要運(yùn)載的貨物種類多但量少。而且在油船貨艙內(nèi)裝有橫向強(qiáng)框構(gòu)件，產(chǎn)生晃動(dòng)時(shí)會(huì)有阻力，而在化學(xué)品船中卻沒有，內(nèi)壁十分光滑，所以晃蕩沖擊載荷比油船要偏大。

在研發(fā)過程中，要通過計(jì)算和公式確定貨艙晃蕩載荷，目前確定該項(xiàng)指數(shù)的方法有兩種，一種是依據(jù)規(guī)范經(jīng)驗(yàn)公式，比如DNV以及BV的規(guī)范。另外一種是使用LR的“shiprightsloshing”程序通過模擬計(jì)算來得到相應(yīng)的值。評(píng)估分級(jí)后，程序會(huì)針對(duì)結(jié)果給出結(jié)構(gòu)最大能承受的晃蕩沖擊載荷，從而設(shè)計(jì)人員可以確定該結(jié)構(gòu)在出現(xiàn)晃蕩沖擊是能否保證船體安全。

四、總縱強(qiáng)度計(jì)算

與油船相比，理論上兩者的總縱強(qiáng)度計(jì)算沒有實(shí)質(zhì)上的區(qū)別，不過因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)以及材料的特殊性仍要注意以下問題。

（一）該船甲板和甲板縱骨、甲板縱桁使用的是不同的材料，前者為不銹鋼材料，后者使用的是船用低碳鋼。假如只對(duì)船體的梁剖面模數(shù)進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的校核，兩種材料的差異不能體現(xiàn)出來，以至于不能使不銹鋼材料得到更經(jīng)濟(jì)的使用。因?yàn)榇w甲板的上方是甲板縱骨和甲板縱桁，所以甲板板處的彎曲應(yīng)力是小于總縱彎曲在縱桁面板和甲板縱骨球頭處產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力的。

（二）計(jì)算總縱強(qiáng)度時(shí)，要分別計(jì)算甲板邊板、梁拱最高點(diǎn)處甲板板等結(jié)構(gòu)的實(shí)際彎曲應(yīng)力值，要讓材料所許用彎曲應(yīng)力值與實(shí)際值相對(duì)應(yīng)，這樣才能使材料得到更經(jīng)濟(jì)地使用。我們可以利用雙相不銹鋼高強(qiáng)度的特點(diǎn)將其運(yùn)用在甲板上，在甲板縱骨和甲板縱桁可以使用H32或H36的高強(qiáng)度船用低碳鋼，兩者進(jìn)行搭配。既經(jīng)濟(jì)還使板架的承載能力增強(qiáng)。

五、材料選擇和細(xì)節(jié)問題

雙相不銹鋼具備很強(qiáng)的耐腐蝕性和較高的強(qiáng)度，且膨脹系數(shù)相對(duì)較低，與結(jié)構(gòu)鋼類似，便于降低熱應(yīng)力。在焊接工藝上，它只使用一種焊接材料即可，更方便快捷。

設(shè)計(jì)時(shí)要減少對(duì)不銹鋼板除切割和刨邊以外的機(jī)械加工。焊接時(shí)要減少出現(xiàn)很小的焊縫交角，這會(huì)引起焊接缺陷。為了增大艙容，可以將前部線性設(shè)計(jì)成偏“U”型，還便于施工。該船在設(shè)計(jì)槽型艙壁時(shí)，只設(shè)計(jì)了一個(gè)折角角度，從而只需要開一次模，簡(jiǎn)化了加工工藝。設(shè)計(jì)槽單位寬度時(shí)考慮了生產(chǎn)商可以提供不銹鋼板的規(guī)格，寬度與其保持一致，方便了以后的加工。

在使用不銹鋼板材料時(shí)要了解其各種不同規(guī)格。研發(fā)時(shí)要提升材料利用率，根據(jù)船體尺寸選取合適的規(guī)格，還能使鋼結(jié)構(gòu)更堅(jiān)固。當(dāng)然不能一味的減少材料用量，如果選取的材料的載荷不同，拼接后不僅焊縫增多，還可能會(huì)出現(xiàn)變形和缺陷，所以選取不銹鋼板時(shí)減少厚度規(guī)格，可以提升效率。該船整體內(nèi)殼只有六種不同的板厚。

六、結(jié)語

由于不銹鋼化學(xué)品船的設(shè)計(jì)工藝復(fù)雜且原材料成本高，初期就要整體協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)出合理的內(nèi)殼線型。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)更要充分發(fā)揮不銹鋼的特性，選擇合理的工況，讓每一塊材料都使用的更有價(jià)值。只有這樣才能設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的不銹鋼化學(xué)品船。

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