超大型液化气船甲板单元设计

(上海外高桥造船有限公司，上海 200137)

85 000 m3液化气船为全冷式A型独立棱型液舱[1]，是外高桥造船首次独立设计建造的国内最大的超大型液化气船，该VLGC中附加值最高的部分为液货系统，液货系统甲板单元有布置复杂，设计、制作周期长，精度要求高等特点。甲板单元制作及安装的好坏直接影响造船成本及制造周期。针对85 000 m3液化气船甲板单元的设计任务，介绍VLGC甲板单元布置、甲板单元划分、出图模式及精度控制方案。制定出适合外高桥造船现场施工条件的、满足设计要求且方便现场施工的最优设计方案。

1 甲板系统布置简介

VLGC甲板布置见图1，甲板单元布置在船中靠左舷位置，由上建前壁延伸至艏部燃油舱。甲板单元纵深约165 m、高度约4 m、横向宽度最大处约28 m，艉部宽度约8 m，艏部最小宽度约3 m。

图1 甲板布置图

85 000 m3液化气船设有2套液相、2套气相装卸总管，布置于船舯压缩机房之前的装卸站位置，用于装卸货物。液货系统管系材质为不锈钢，其壁厚较薄，管路连接形式为对接焊[2]，管段与管段之间需保证较高的对中要求。

甲板单元上布置有不锈钢液货管(包括气相管、液相管、货物冷凝管、液货透气管)、液货辅助管系(氮气管、货物控制空气管、阀门遥控控制管、应急切断管系等)、电缆管(为甲板及艏部设备电缆提供保护)、干粉管(服务于2个干粉炮及8个干粉枪)、CO2管(服务于压缩机间及马达间)、消防管(为布置于甲板的16枚消防水枪服务)、水喷淋管(服务于4个气室、装卸站、压缩机间及马达机间)、高压水冲洗管、空气管等众多不同材质及管径的管系。还布置有安全通道(SOLAS要求需布置有通向艏部的安全通道)、遮蔽处所、电缆箱(分线)、干粉释放箱(控制干粉枪释放)、装卸站仪表箱(用于放置货物压力表、传感器等)等。

2 甲板单元划分

由于管架布置在主甲板，其在船坞阶段安装有利于单元安装的精度控制，但其焊接容易导致液罐与明火接触，施工风险大。为减少船坞阶段焊接对船体的油漆破坏，降低液罐与明火接触的风险，兼顾现场部门的施工精度，将甲板单元尽量放在总段阶段安装。

甲板单元划分布置见图2。

图2 甲板单元布置示意

单元划分首先要考虑安装阶段，由于甲板单元尽量在总段安装，因此将单元在总段大接缝处划分开。由于装卸站区域管路布置大多为横向排列，将其单独作为一个单元，但考虑到此单元太大，将其分为U54A和U54B两个单元。由于U54A和U54B横跨50A与50B总段，因此这两个单元在船坞阶段安装。考虑到制造场地、管子取段、单元吊装、总组及搭载精度等因素，将甲板管架分为11个单元，每个单元长约16 m。各单元编号及安装阶段见表1。

表1 甲板单元划分及安装阶段

3 甲板单元的设计

3.1 甲板单元管架结构

甲板单元管架采用类门字形片体形式。片体由160×160×8的方钢管立柱加140×140×14的角钢横档组成。由于船体甲板结构每4档肋位有1个强横档，即2个强横档间大约有3.2 m。根据液货厂家的ISO图纸及管系SDP对管卡间距的要求，确定在主甲板强横档的位置设置管架片体。由于液货系统管系均为不锈钢管，壁厚比较薄，为便于单元吊装及防止管架纵向变形，在片体左侧纵向加一路140×140×14角钢作为纵向支撑。

3.2 甲板单元布置

甲板单元管架片体截面见图3。

图3 甲板单元片体截面

由于管架上需要布置的管系繁多，考虑到管架强度、人员在甲板左右通行、甲板设备及系泊布置限制等因素，将管架布置为三层结构。管架立柱落在甲板的纵骨和横梁的交叉位置，以防止甲板变形，为管架单元提供足够的强度支撑。

图3中，标记B的管子为液货管系，由液货厂家提供设计，其余管子由船厂提供。标记A的管子为电缆管，由于电缆管数量较多且相对独立，将其布置在安全走道的左侧，在每个气室位置设置1个分线箱，为每个液舱内的用电设备供电；标记C的管子为干粉管，由于干粉释放箱需要布置在安全走道旁边以便于操作，因此将干粉管也布置在安全通道旁，使管子靠近用户；标记D的管子为常规管系，包括高压水冲洗管、压缩空气管等，由于常规管系为整个甲板面服务，因此将其布置在船中位置，便于兼顾左右舷的用户；标记E的管子为阀门遥控控制管系，控制管系绑扎在电缆托架上，将其布置在最低一层，为便于左右通行，将控制管布置在管架的最左侧；标记F的平台为安全走道，根据SOLAS要求，安全走道尽量布置在船中的位置，因此将其布置在管架的右侧。[3]

4 甲板单元出图模式

4.1 甲板单元管架出图模式

甲板单元管架铁舾件由两类舾装件组成，一类为普通铁舾件，包括平台、栏杆、遮蔽处所、基座等；一类为特殊铁舾件，包括打孔角钢，方钢管等。由此，管架单元图纸共分四份：是①管架单元附件制作图；②管架单元普通铁舾件制作图；③管架单元组装图；④管架单元普通铁舾件组装图。由于普通铁舾件均为常规做法，这里不再赘述，以下仅对特殊铁舾件进行介绍。

“管架单元附件制作图”主要包括片体制作和纵向连接件下料，在内页中附上每种型号管夹的开孔尺寸，在片体制作图上仅需要标明管夹的型号，不需要在模型上打孔，节省打孔工时。

片体及纵向连接件均做到面漆，避免以后由于面漆施工而引起的管路二次拆装。纵向连接件均为散件，采用自动编号软件抽取规格长度后[4]，要求铁舾件厂家将编号标在每根角钢上，在组装图上同样标明，方便现场施工[5]。“管架单元组装图”中将各片体及连接件组装为管架单元。

4.2 甲板单元管系出图模式

为便于不同材质的管件管理,将碳钢管和不锈钢管制作图分开。其中，液货系统管为不锈钢管，连接为对接焊，焊缝需要无损检测[6]。为便于管理焊缝，液货系统管路制作图采用ISO图纸，由设计部门提供品质部门焊缝管理清单,用于精度部门检测焊缝质量[7]。

5 甲板单元精度控制

为防止管架安装对甲板油漆的破坏，管架复板需要分段预装，为保证管架立柱精准的落在复板上，需要控制复板及管架的安装精度[8]。对于液货系统管的连接，对中要求为±1 mm，因此，需要控制甲板单元的制作及安装精度。

5.1 管架复板安装精度控制

管架复板的安装是保证管架单元安装精度的第一步。由于主甲板复板数量很大，为便于减少测量误差积累，安装图中所有复板安装尺寸均由分段基准线量取[9]，见图4。

图4 复板安装定位

由于主甲板有梁拱，现场无法水平测量，复板安装横向定位尺寸均需要平行于主甲板测量。

5.2 管架片体制作精度控制

片体制作时，所有尺寸均以一个点作为基准量取，避免误差累积[10]。为保证液货管的垂向精度，片体高度方向基准在液货系统管路所在水平面。要求片体制作厂家严格控制制作精度，管夹开孔定位尺寸误差在0.5 mm以内，其余尺寸误差在1 mm以内。

管架上的管卡开孔均为腰圆孔，单边扩大5 mm，便于管卡横向调整。

5.3 甲板单元组装精度控制

1)为保证管架片体的纵向定位尺寸及管架垂直度，选取单元中间位置的一个片体为基准，其余管架片体定位均以此为基准，避免误差积累。

2)管架片体组装侧视图见图5。管架单元组装时，由精度人员以液货系统管路所在的水平面作为垂向基准拉线或打激光，其余定位尺寸均以此基准量取，以此保证液货系统管路的垂向安装精度。此基准线需要一直保留至管架吊装焊接结束为止,完工后需精度部门检查此平面水平度，要求该平面平整偏差最大为±3 mm。

5.4 甲板单元总段安装精度控制

为方便管架在船上安装时的高度定位，片体的方钢管下缘均放50 mm余量。对于跨总段的纵向连接件放50 mm余量，由现场部门根据搭载精度切割。复板尺寸比方钢管单边大30 mm，便于单元安装时水平方向调整。对于液货系统管系，高度方向也可通过垫片调整。

5.5 甲板总段合拢后精度控制

总段搭载处设置1 m的合拢管，便于结构定位后管子的调整。在不锈钢管与碳钢管发生干涉时，尽可能保证不锈钢管的走向，将碳钢管改道。

装卸站所在单元跨了50A与50B两个总段，可作为50A总段与50B总段管架单元之间的调整单元。

图5 管架片体组装侧视图