基于三维模型的LNG船围护系统安装平台整体安装技术

2021-03-02戴伟夏勇峰罗金

船海工程 2021年1期

戴伟,夏勇峰,罗金

(1.上海江南长兴造船有限责任公司，上海 201913；2.沪东中华造船(集团)有限公司，上海 200129)

大型LNG动力船核心技术是LNG储存舱，目前最适用于该船型的LNG储存技术是GTT MARK Ⅲ薄膜型液货围护系统，该液货围护系统与GTT NO96薄膜型液货围护系统在建造材料、建造工艺和专用工艺装备等方面均有显著差异。LNG船围护系统安装平台是建造MARK Ⅲ薄膜型液货围护系统所需的关键工艺装备，其设计和建造难度极大，一般分成若干个小型模块独立建造。受公司高吊及模块吊排吊重限制，单个模块重量不超过25 t。LNG舱的舱容越大则模块数量越多，搭载周期越长，因此突破模块吊排吊重限制，将模块规模做大是减少模块数量最有效的解决手段，但模块规模变大之后，其安装难度成倍增加，尤其是吊装工艺及工艺装置的研发设计。考虑以某型LNG动力船为例，基于统一的围护系统安装平台三维模型进行整体安装技术分析。

1 统一三维模型设计流程

先在AutoCAD软件中进行围护系统安装平台的基本设计，建立一个初步的三维围护系统安装平台线框模型。

在详细设计阶段，将保存为IGS格式的三维线框模型文件导入到Patran中进行网格划分、材料属性定义；最后再利用Nastran强大的后处理功能完成有限元的分析。该阶段要通过有限元分析评估围护系统施工过程中平台在存储载荷、工作载荷作用下抬腿及不抬腿等各类工况下的强度，当强度不足或冗余时需要修改基本设计，重复上述过程即可快速实现有限元的迭代优化计算，从而建立最终的三维模型。而后，进入工艺设计阶段。

2 整体安装策划

该船LNG燃料舱舱容为6 700 m3，围护系统安装平台结构件数量约6 500件，胶合板约600张，合计总质量约112 t，须将这些零件拼成一个整体并安装到LNG舱内，而后开展围护系统安装工作。按照常规施工方案，整舱围护系统安装平台需划分成6个小模块，4个散装模块，如图1所示，单个模块质量不超过25 t，完成全部模块的进舱安装需耗费3 d时间。而将整个平台做成一个模块，只要一吊即可完成完整安装，整个安装过程耗时不到0.5 d，效率提升显著。

3 工艺设计

围护系统安装平台模块搭设位置、LNG燃料舱总段、800 t龙门吊三者间相对位置见图2。由于整舱单一模块质量达到了112 t，策划采用龙门吊直接吊装的方式整体进舱安装。

吊点布置。800 t龙门吊有3个钩，其中上小车1#钩和2#钩的钩距为16.5 m，每个钩分别配置有350 t吊排，3#钩位于龙门吊的梁中心，模块长43.7 m、宽10.4 m，成狭长型，采用龙门吊上小车的1#钩和2#钩进行吊装。吊环的安装位置和数量主要以模块的质量质心位置及强结构的位置为依据[1]，结合本项目整舱单一模块的质量、质心位置、强结构位置设计使用16个吊点，模块吊点布置见图3。

图3 吊点布置示意

索具配置及吊点受力计算。钢丝绳上段主索采用19 m钢丝绳对折，共8根，每根主索配2根副索，下段副索采用15 m钢丝绳，共8根，从吊钩至围护系统安装平台吊点高度约24.5 m，每根副索的2个接头与模块短边方向2个吊点相连，16个副索接头分别对应16个吊点。副索与吊点之间存在一定的横向斜拉角和纵向斜拉角，沿长边斜拉角度不超过17°，沿短边斜拉角度不超过12°，计算求得在该索具配置下单个吊点的竖直力为70 kN，沿长边水平最大分力为21 kN，沿短边水平最大分力为15 kN。

特殊吊环设计。模块吊装时，吊环通过索具与起重机相连，是进行模块吊装作业的强受力构件[2-3]，吊环受力大小在安装位置确定后通过静力平衡方程计算确定，即上述吊点受力值。为增加吊点强度，减少平台结构变形，特殊吊环和围护系统安装平台立柱的4根钢管装配连接，设计成一体框架结构。平台的立柱上设计吊环固定底座，吊环由眼板、保形面板构成，保形面板下方设置十字加强板，能够提高其设计承载力1倍以上，平台立柱的固定底座和吊环的十字加强板上均开有螺栓孔，使用时将二者通过螺栓连接固定，见图4。