LNG船围护系统安装平台设计浅析

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摘要：近几年，伴随液化天然气需求量的日益增长，lng船由于具备技术水平高、附加值高等优势，而引起业界的高度重视。LNG船包含3个关键系统，分别为蒸汽动力推进系统、围护系统和超低温液货驳运系统等；其中，围护系统不仅是LNG船最重要的系统，同样还是设计和安装最困难的系统。围护系统安装平台是专门用于安装绝缘板、柔性次屏蔽、上桥板、波纹板的平台，具有规模宏大、结构繁杂等特征。基于此，本文对LNG船围护系统安装平台进行深入地研究。

关键词：LNG船；围护系统；安装平台

0引言

伴随新发展理念的全面贯彻，液化天然气凭借其价廉、环保、清洁的特点成为能源行业的“新星”，LNG船在液化天然气运输领域发挥着极其重要的作用。近年来，全球各国的LNG船进口规模不断扩大，对LNG船也有着更大的需求。我国作为船舶制造大国，当前在LNG船制造方面依然存在较多不足，比如制造成本高、制造经验缺乏、围护系统建造技术落后等。以围护系统为例，目前LNG船常用的围护系统主要有薄膜型与自支撑型，围护系统安装平台是其必不可少的部分，是系统工作得以有序推进的核心所在。

1LNG船发展现状

液化天燃气贸易主要涉及气体液化、处理以及保存等过程；通过液化以后的天然气再利用LNG船运输到相应的国家；在需求国完成接收后，经由保存、再气化处理后，便能够进入到终端进行销售。所以，船运为液化天燃气的贸易提供着强大的保障，而LNG船是最为主要的运输工具[1]。截止2020年底，全球范围内总共有LNG船642艘，与2019年相比增加41艘（见图1）。从LNG船的承载能力角度来看，2020年，全球所有LNG船的承载容量高达9520×104m3，与2019年相比增加550×104m3；除此以外，LNG船的营运容量同样有较大幅度的增加，从2019年的8610×104m3增加至2020年的9340×104m3（见图2）。

2LNG船围护系统简介

LNG船的围护系统主要由支撑结构、隔热层以及屏蔽层等部分构成。此外，为了能够确保系统的稳定运行，其还包含有液货控制系统、加热系统、喷淋系统、泵送系统、监控系统以及惰性气系统等各类辅助系统。根据IMO的区分，当前LNG船围护系统的常见类型如图3所示。可知，目前常用的围护系统主要有薄膜型与自支撑型。其中，自支撑型又可划分成3种不同类型。其根本差异在于A型需全部次屏蔽，B型在系统化的数值分析基础上，只需部分次屏蔽，而C型则是承压设计，在设计过程中便应结合蒸发汽对压力造成的影响，按照设计要求承担运输时蒸发气所形成的压力[2]。1）A型。其代表性设计是ESSO双层壳形与Conch方形，因为其需完整的次屏蔽，所以制造成本高，LNG船极少应用此种类型。2）B型。其代表性设计主要有日本IHI的SPB型以及挪威Moss球形，其中Moss球型安全度最高，且有着较为广泛的应用；而因为SPB型的开发时间相对较晚，同时价格高昂，现阶段只有2艘LNG船使用此种类型的围护系统。3）C型。其主要有外保温层与真空罐2种类型，其中真空罐在较小体积的LNG储罐中有大量的运用，且有很多厂家都可以生产此种类型；而外保温层则以德国TGE研制的双圆筒型与圆筒型为主，此种围护系统主要适用于行驶在中小江河中的LNG船。最后，薄膜型是由法国GTT研制，主要包含No.系列、Mark系列、csi系列等。因为薄膜型无需额外的罐体结构仅需在船体上增加局部支撑架构，制造成本相对偏低，是现阶段应用最广泛的。

3LNG船围护系统安装平台设计

3.1结构强度计算

1）边界条件①底部支撑腿约束。对于底部支撑腿的各处位移加以相应的约束，其主要包含Y向的角位移和Z向的角位移、线位移。②第1~3层斜撑腿处理。安装平台前3层斜撑腿的重要作用在于对平台的延伸段结构进行巩固，在具体工作过程中应维持平台延伸段的稳定性。所以，需要在左侧和斜撑腿的相交位置处进行约束，主要包含Z向的角位移、线位移与Y向的角位移、线位移；在右侧和斜撑腿的相交位置处进行约束，主要包含Z向的角位移、线位移与Y向的角位移。③模型整体的纵向约束[3]。对模型端部某点的纵向进行约束，确保Y向的角位移、线位移与X向的线位移为0。④部分支撑腿抬起工况的约束。在殷钢铺设过程中，适当抬起底部的些许支撑腿，此处采取的方法主要是顺着舱长方向间隔特定的距离抬起支撑腿，同时对于没有抬起的支撑腿加以约束。2）载荷工况在对结构强度进行计算时，应当主要考虑以下几种不同的载荷工况：①平台自重LC1，其主要包含框架自身的重量、框架上各零件的重量以及焊接于框架中的扣件、配件等的重量；因为横剖面框架间需进行相应的连接，所以在所有的连接点处都需施加相应的重量。②胶合板与钢条板的重量LC2，其可以按照设计图纸内的具体安装状况予以施加，此处采取的是将其转化为节点力的方式而在结构上进行施加。③平台加载LC3~LC6参考表1根据具体情况进行选择。其中，LC3与LC5代表着施加所有可能外载30%的状况；LC4与LC6代表着施加所有可能外载70%的状况。当前，围护系统安装平台主要有以下3种作业类别：①每个支撑腿都可以稳定运用；②抬起部分支撑腿；③横向存在5°的倾角(算假设)，同时抬起部分支撑腿。各作业类别相应于3类不同的载荷工况：①无人作业情形：LB0=LC1+LC2；②1、2、3、4、10层同步作业情形：LB1=LC1+LC2+LC3+LC4；③3、5、6、8、10层同步作业情形：LB2=LC1+LC2+LC5+LC6。

3.2基本结构与布置设计

1）基本准则从LNG船围护系统安装平台的本质来看，其属于特种装备，现阶段对于其基本结构的设计和布置还未形成较为成熟的指导规划。基本结构及其布置设计是对安装平台进行初期设计的根本前提，结构布置的种类对于后期的设计作业有着直接性的影响。在针对平台的基本结构展开设计及布置时，应当对多方面的因素引起重视，其主要涉及布置桩腿、角区板设计、通道和悬伸梁设计、斜坡设计以及（支）斜撑腿设计等。上述重点结构的布置通常互相产生影响，在具体设计环节，应当综合考虑，不仅需符合强度要求，确保安装平台能够稳定运行，而且还需符合应用要求，有利于提高操作施工的便利性[4]。2）关键技术①布置桩腿。桩腿在操作时应当以底面绝缘板作为支撑，并且需对绝缘板的受力程度加以全面考虑，桩腿不得安装在2个绝缘板的连接处。殷瓦钢与底面绝缘板的尺寸和布置方式对桩腿布置有着决定性影响，从而对全平台的布置状况产生影响。所以，在布置桩腿的具体环节，应当对殷瓦钢和绝缘板的尺寸、各通道分布等其他因素进行系统考虑，对于桩腿间的距离需展开多次计算，如此才可以获得更加科学的布置方案。②角隅设计。为了保证船舱内部角隅位置能够更加便捷的施工作业，应当对角区板实施科学、有效的设计。角区板在符合要求的前提下需尽可能采用正方形的框架，确保其能够覆盖角隅的所有施工区域，此便需对各方向通道和悬伸梁的宽度进行系统化的考虑。除此以外，因为角区板处在悬空的状态，在具体设计时应当考虑采用科学的强化举措。③通道和悬伸梁设计。为了提高舷侧壁作业的便利性，应当采用可调节形式的悬伸梁架构，其调节方式需要符合“简单、易行、便于操作”的要求。悬伸梁结构端与内舱壁之间的距离不得太小，防止对绝缘板、次屏蔽、上桥板、波纹板安装产生影响。平台两旁通道的根本功能在于人员通行以及货物输送，在对其宽度值展开设计时需要根据绝缘板的尺寸数据，从而确保其运输作业的便捷性和畅通性。针对船首位置处的液舱，由于遭受型线收缩带来的影响，悬伸梁结构端与内舱壁之间的距离需要按照角隅区域设计形式加以相应的变化。为了确保通道各处的宽度完全相同，可通过对舷侧周围框架的调整以达到此目的。④斜坡设计。在具体作业环节，电梯往往仅可以到1层，因此机械设备、平台部件以及绝缘板等均需从0层经由斜坡运输至1层，然后再由电梯进行输送。斜坡结构不得对绝缘板的安装作业产生影响，与此同时底部和斜坡间的角度不得太大，通常保持在6°～8°[5]。⑤支撑腿设计。支撑腿主要有斜支撑腿与垂直支撑腿2种形式，前者主要起支撑角隅的辅助作用，后者主要起到支撑底部的作用。其设计实际上是对调节机构进行设计，应当由微调与粗调2种结构而构成。在绝缘板安装过程中，首先应当利用微调结构来对支撑腿的纵向高度进行调整，不断降低支撑腿的承受重力，直至支撑腿无需承受任何重量，其次再利用粗调结构来对支撑腿的纵向高度进行大幅度的调整。两者的设计应当符合稳定性与强度方面的需求，并且需便于后续操作，仅需1～2人便可完成作业。

4结语

近年来LNG船在外界高度看好的环境下，保持着迅猛发展的态势，且已取得较好的发展成绩。围护系统安装平台作为LNG船不可或缺的部分，在LNG船中起着无可取代的重要作用，所以需对其引起高度重视，展开全面的结构强度计算分析，以确保结构的可靠性，从而提高围护系统安装的效率及质量。

参考文献：

[1]戴伟,夏勇峰,罗金.基于三维模型的LNG船围护系统安装平台整体安装技术[J].船海工程,2021,50(01):1-4.

[2]孙小伟,孙军坤,俞炜,等.LNG船货物围护系统用硬质聚氨酯绝热材料制备和性能研究[J].聚氨酯工业,2018,33(03):5-9.

[3]苗科,戎建俊,陈强.LNG船货舱围护系统的建造质量控制[J].船海工程,2015,44(06):41-44+49.

[4]华学明,蔡艳,吴毅雄,等.大型LNG船围护系统低温金属材料焊接技术现状及发展[J].电焊机,2015,45(05):28-35.

[5]余折,任伟曙,王德禹.LNG船液舱围护系统安装平台简化分析模型与优化[J].计算机辅助工程,2010,19(02):64-69.

作者:常浩 朱德云 杨新杰 单位:江南造船（集团）有限责任公司