LPG运输船液化气罐子吊装的施工工艺研究

2015-12-12陈锋

船舶标准化工程师 2015年2期

陈锋

（台州五洲船业有限公司，浙江台州 318016）

0 引言

台州五洲船业（以下简称“公司”）是专业生产LNG/LPG产品的船舶制造厂，一直从事LNG、LPG船舶的建造，先后为国内外船东建造了二十余条/艘LNG/LPG船。建造中，货罐吊装是一项重要的生产节点，也是大件吊装中技术含量较高的一项作业。前期建造中，船上安装的液化气罐子，在吊装时使用过门式起重机、船用浮吊、履带吊等多种吊装设备进行作业。而本次需吊装的设备是至今为止项目中罐子最重、吊装难度最大的一件，且超出了厂内资源承受能力的极限，需寻找有该类吊装资质和能力的公司对外发包。

本文重在分析研究目前市场上针对本次吊装所需的设备规格型号。按照现有吊装所需要素制定出大件设备的吊装辅助方案：包括厂内现有配套使用的资源能否满足本次吊装要求，准备采取的辅助工艺措施，根据现场情况编制可行安全的吊装实施方案，保证该项目顺利完成，确保造船生产节点的实现，从而达到按期交船的目标。在吊装完工后及时总结，结累经验，分析不足，记录重点要点，对吊装过程实施重点监控，积累经验便于下次作业。

1 配套设施及应对的工艺措施

现场场地为两个相邻的船台，船台均为5000吨级，船台宽42m，长140m，配备80+80门式起重机1台，两侧各有一根行车轨道梁，两船台间有约1.5m的通道，通道边有约600mm宽的行车电缆沟槽。

两只液化气罐子已经制作完成，停放在60m外的相邻场地，需要从相邻船台吊装至另一船台上正在建造的船货舱内，两个船台中间还有 1.5m宽的通道，行车电缆滑槽、行车轨道（图1）。

厂内提供本次吊装使用的设备设施有二台 8t叉车、一台100t平板车、一台80+80门式起重机，可以配合运输吊车承重块，压铁从事吊装辅助工作。

图1 现场设备布置图

1.1 施工前工艺准备

吊装场地为公司的三号造船船台，船台的设计承压为5000吨级，根据本次需吊装的液化气罐子选择的起吊设备主吊机整机重约1100t（包括超起、配重）、，吊载440t后总重为1540t。吊装时为减少对地压强，吊装场地铺设厚度为300mm、长6000mm、宽2800mm的路基箱，在吊机带载行走的区域采取横纵交错铺设路基板。

吊载后超起轮式配重将腾空，总重量将由6块路基箱承担，6块路基箱面积A为：6×2.8×6=100.8(m2)，取 1.6倍动载系数，地基平均承载力约为：1540/100.8×1.6=24.4(t/m2)，为确保吊装安全，地基承载力大于25t/m2较为安全。

此外还需在现场铺 10cm～20cm 的黄砂，黄砂上再铺设履带吊行走的路基板，保证路基板的均匀承压。5000吨级的船台按设计标准满足该区域承受25t/m2的压力要求。

1.2 所承载行车行驶的西船台轨道承重测算

经查询轨道施工图，行车承重为160t，行车梁桩位图示（见图2）每隔三米就有一根水泥桩打在硬基础之上，承重要求能够达到25t/m2。

图2 行车梁桩位图示

1.3 电缆沟的强度应对的工艺方法

电缆沟间距60mm宽，两侧均为水泥混凝土，下部无基础。

应对工艺方案为：将电缆沟的电排断电拆除，沟内填充砂包，沙包上由船台延升铺20cm的黄砂，上面再铺路基板；尽可能不让整车的最大负荷落在此处，将力点分散，压强减小，尽量减小长时间在此位置负重，一旦作业完成立即撤离此区域。

1.4 现有设备配合

设备状况：公司提供可配合的设备有2台8t铲车；1台100t平板车；160t门式起重机。提供场地：3#船台；制罐平台。

应对工艺方案：检查维修更换老化设备部件，检查门式起重机刹车。

2 被吊设备吊装要点测算

2台2500 m3液化气储罐，重约430吨/只，高11.6m，长 28m，已经制作完成，停放在西边罐子制造场地。根据吊装公司的要求，罐子需停放在履带吊车的吊点可以起吊到的位置，因此完工后的设备必须要移动到指定区域。其中2#罐子与船在一条直线上，履带吊吊起原地旋转，行走后就可以达到进舱的要求；另一只罐子需要移动到船台的右侧，这样两只罐子全部在吊机的吊装范围内，吊机减压的路基板只需要直线铺设，缩短铺砂和铺路基板的时间和工作量，可以在最短时间内实施吊装作业。

2.1 设备要素

设备名称：2500m3液化气罐；设备外形尺寸：Φ11600×27822mm；设备重量：430t；就位标高：-5500mm；数量：2台；安装形式：卧式。应注意的是，安装在液化气罐子上的缷扣按孔径 150mm制作，配与此适应的缷扣。

2.2 建造完工的气罐移动方案

由气囊将罐子移动至吊车可以起吊的位置，因此该区域的通道不能被堵，吊装机械的停放也要考虑将其相应的位置留出来。

2.3 吊装及准备工作所需的时间周期

预估施工时间为十天，吊机进场前厂方准备工作完成，吊机作业组装六天时间，吊装四天时间，前期准备工作自吊装之日前十五天开始作业。

2.4 吊装所需设备的吊距、高度测量

1）西船台吊点至船外板距离实测。

现场测算出承载设备的吊车至船上货舱中心的距离：脚手架至船西侧外板，宽度距离0.7m；至轨道间距约2.3m，计3m；两台行车轨道间距5m，西边轨道距实基0.78m，以上合计9m。船的半宽9m。经测算：从履带吊的边缘直至吊罐子上船至落点需有18m的间距；西边轨道实基础处距离船西侧外板总尺寸约在17m～18m时，即吊机最前沿和船舯的距离为17m～18m时，不压行车轨道。现场测量图如图3所示。

2）承载设备的高度、船只高度测算。

在建船主甲板高11m，坞墩高0.8m，被吊设备直径11.6m，主甲板栏杆高1.2m，吊机高度需满足25m，加上钢丝绳高度30m，总高度需达到55m。

2.5 吊车起吊重量预估

根据上述测算分析，需要有起吊距离23m～24m，起吊高度 55m，起吊重量要达到 460t的履带起重车方可满足吊装要求。

图3 现场测量图

3 履带吊的市场预选型

结合测算出的被吊物距离、重量、高度，市场上德马克CC5800、利伯海尔LR1750、美国托瓦克LR1800等800t以上的履带式起重机吊机，从作业半径、高度、起重能力等方面均可满足吊装的要求（见表1）。

建议吊装方选择在船的西边 3#船台将储罐吊装就位，位置如图1所示。就安全性能来评判，起吊负荷大、作业半径范围大的移动式履带车相对安全。但从经济利益角度考虑，吊车功率越大，体积越大，会导致进场难度大，场地占用范围大，对地基基础要求也越高，成本费用也相对较高。为了保证工程施工的顺利进行，吊装方需编写吊装实施方案，主要对储罐的吊装作业过程进行详细叙述。

表1 满足本次设备吊装需要的选型

4 风载荷计算

4.1 风载对吊机稳定性的影响

风载计算按照式（1）和（2）进行计算：

式中：Pw为作用于被吊物件的风荷载；C为体型系数，取C=0.5；Kh为风压高度变化系数，取Kh=1；q为风压值；A为最大迎风面积，A=322.48m2；γ为空气容重；v为风速，m/s；g为重力加速度。当风速v=10.7m/s时，在标准大气压下γ=0.01225kN/m3，风压值q=0.072kN/m2。

设备在风载作用下与吊机钩头垂线形成的最大夹角为：arc[tan(Pw/G)]≈0.158°，（备注：此处 G 为货罐重量430吨）。即：在不超过五级风吊装作业时，受风载的影响，被吊物件与吊机钩头垂线所形成最大夹角为0.158°，偏角小于3°，满足安全要求。

4.2 风载对吊机吊装能力的影响

为了充分保证吊装安全，考虑风载对吊装过程的最不利影响，将风载全部加到重直方向，吊装载荷将增加1.16t，此时的吊装重量为469.76t，吊机的最大负载率为91.2%，满足安全要求。

液化气储罐起吊后，吊机旋转、变幅，将作业半径扩大至24m，完成设备就位。

5 吊装设备选型

5.1 起重机M18000(750t)

经招议标，最终确定选用的起重机为美国托瓦克M18000(750t)，超起主臂工况，臂长L=54.9m及R=18m 时，最大起重量为562.80t，吊机负载率为90.1%。上述工况，结合现场测量，满足吊装的安全要求。吊装性能参数如表2所示。

表2 M18000参数表

5.2 主吊机起升高度验算校核

工作半径为18m时最大起升高度为56.4m，吊装总高度H等于船的高度h1、设备的高度h2、吊索具高度h3、吊钩限位高度h4和吊钩钩头的高度h5的总和，则总高度H为：＜56.4(m)，因此，起升高度满足2.4中的2）吊装高度的要求。

5.3 主吊机起升距离验算校核

根据2.4节的测算，吊机最前沿和船舯的距离为17m～18m时不压行车轨道。履带吊站在就位中心的直线上侧面起吊罐体，起吊半径17m。起吊完成后，涨杆至半径为18m，带载向船体方向行走，距离满足吊装前测算的要求。

5.4 吊索具的选用

5.4.1 主吊钢丝绳的校核

主吊钢丝绳：φ120mm(8×61+IWR)×20m 的圈绳4根，钢丝绳抗拉强度1960MP，查表得破断拉力P=8380(kN)，吊装过程中每根钢丝绳受力按以下公式计算：

式中：F为单根钢丝绳的拉力，kN；k1为动载荷系数，取1.10；G为设备重量，G=440.00t；N为钢丝绳的根数，N=8；g=9.8(N/kg)。

因此，F=1.10×440×9.8/8=605.06(kN)，则安全系数K=P/F=8380/605=13.8＞6，故钢丝绳选择完全满足吊装要求。

5.4.2 卸扣的校核

起吊设备时卸扣工作载荷：440×1.1/4=121(t)，吊装选取150t卸扣，其安全承载力150t＞121t，故选用卸扣满足安全吊装要求。卸扣规格尺寸如下：美式螺栓插销型号型卸扣4个，额定载荷150t。

5.5 路基板铺设、试吊检查

根据罐体摆放位置，预先按吊机参数及吊机站位位置铺设路基板。履带吊行走到预定的作业半径，将所用的吊索具及相关物件检查、复查后，开始试吊作业。使用辅助吊车将钢丝绳悬挂到吊钩上，安装4个150t卸扣，并确认销轴丝扣旋转灵活；同时在罐体两侧吊耳位置连接2根40m长的风绳，确保罐体离开支承座后能有效控制其转动，不要撞到吊臂等。吊索安装完毕后，所有人员离开罐体吊装区域。

履带吊起升吊钩回转到罐体上方适当位置，50t汽车吊分别吊起钢丝绳扣与卸扣并与罐体吊耳连接，指挥人员指挥吊机行走、扒杆、起钩等动作，将吊钩处于船罐的中心位置并保证起吊半径在18m左右。

超起配重安装完毕后，检查确保吊机各装置正常与否，缓慢起钩，同时监视吊机力矩限制器上显示的重量，当显示重量为300t左右时，停止起升，全面检查吊机重要部件、船罐吊耳、钢丝绳扣等重要部位，确认安全后继续起升罐体，罐体快离开支承座时再次确认起吊平稳后，方能起升罐体离开支承座，并指挥两边拉风绳人员控制拉力，以保证离开支承座后稳定。罐体离开支承座 200mm后悬停20min后吊机缓缓回转，检查回转的稳定性，同时检查所有的机具是否正常。观察地基、路基板、船罐、吊机、吊耳等无异常情况后试吊完毕。

5.6 施工过程

根据现场条件，吊车站位于路基板上，将1#罐体摆放到指定位置，750t履带吊在18m作业半径起吊，回转至正方向后，向船体方向行走，同时两边拉风绳的人员控制拉力始终保持罐体与船体方向平行。当罐体到达船体边缘后，起升吊钩让罐体超过船台高度，继续向就位方向行走，直至罐体位于就位中心后，吊机通过缓慢局部回转、变幅、落钩等微调动作使罐体在船舱内就位。

2#罐子的摆放中心与船舱的就位中心不在一条直线上，履带吊需站在就位中心的直线上侧面起吊罐体，起吊半径17m。起吊完成后，涨杆至半径为18m，带载向船体方向行走，同1#罐体方法进行吊装就位。