高温沥青船独立货舱隔热垫块安装新技术

骆仁山，谭祖胜

(1.交通运输部广州打捞局，广州 510260; 2.武汉南华工业设备工程股份有限公司，武汉 430223)

高温沥青船独立货舱隔热垫块安装新技术

骆仁山1，谭祖胜2

(1.交通运输部广州打捞局，广州 510260; 2.武汉南华工业设备工程股份有限公司，武汉 430223)

考虑到高温沥青船独立货舱安装的特殊性，为提供更便捷的安装方法以提高工效并降低成本，通过实船设计，对比分析高温沥青船独立货舱隔热垫块传统安装技术，研发出新型的垫块高度调整机构和锁紧机构，解决了传统安装技术中因悬臂受力及钻孔而导致结构应力场恶化的问题，安装实践表明技术可行。

沥青船;独立货舱;隔热垫块;

沥青船是国际三大主流船型之一的油船系列中科技含量和技术难度相对较高的一种船型。由于沥青固有的物理特性，决定了其只能在高温溶化状态下才能装卸和运输，一般都在150 ℃以上[1]，要求高的甚至在250 ℃以上。沥青货舱的高温与船体之间的隔离技术是沥青船发展的关键技术之一，国际上沥青船船型在发展中经历了不同的阶段，如货舱与船体构成整体的整体液货舱船型和货舱与船体独立的独立液货舱船型[2-3]。历史上多次出现过因隔离技术和安装技术不当[4-5]，导致货舱开裂，沥青泄漏到空舱固化，导致巨大经济损失，甚至整船报废。用于支承独立液货舱的垫块需要具备隔热、耐热和承受动静载荷的能力，目前其材料和安装技术基本上依赖于进口。为此，结合实船设计，针对高温沥青船独立货舱安装的特殊性，通过对目前独立货舱隔热垫块安装技术优缺点进行对比分析，研发更便捷的新型安装方法。

1 技术研究背景

目前，国内外设计建造的沥青船上，技术成熟并广泛使用的独立液货舱的隔热垫块型式和安装技术一般有如下两种[5-7]。

1.1 层叠型

独立液货舱与船体完全独立，仅限位、防浮装置与船体接触，货舱通过一定数量的隔热垫块座落在船体“T”形结构上，每块隔热垫块由3种不同的材料组成，如热塑性聚醚酰亚胺垫片、硅树脂垫片和三元二丙橡胶垫片。在隔热垫块组的上方，有一块必须现场测量间隙后再加工并拂磨配合安装的钢质调整垫块。

该形式隔热垫块可以定位在船体“T”形结构面板和腹板的交线上方，船体结构受力均匀对称、局部应力场分布较好。该安装技术要求在独立货舱吊装到位后，现场测量隔热垫块与独立货舱底部结构间的间隙，配合加工并拂磨钢质调整垫块。由于安装作业空间狭小，需要现场测量、拂磨，所以，该形式隔热垫块的安装对劳动量需求大、对工人技术水平要求较高。如图1。

图1 层叠型隔热垫块定位及安装形式

1.2 独立可调型

独立液货舱与船体完全独立，除限位、防浮装置与船体接触外，独立货舱通过一定数量的由特殊材料制成的单块隔热垫块座落在船体“T”形结构上。隔热垫块高度通过在船体“T”结构面板上加工两个螺纹孔，用顶升螺钉调节，并通过在船体“T”结构面板上钻孔，用螺栓、螺母安装锁紧隔热垫块。垫块定位后，在垫块和“T”结构面板之间浇注环氧树脂进行最终定位和固定。

该形式克服了对工人技术水平要求高的问题，但由于要求加工螺纹孔和螺栓孔，必须避开“T”结构腹板。隔热垫块一般以“T”结构腹板对称安装，且“T”结构面板宽度尺寸加大，并有悬臂受力，“T”结构面板甚至腹板要求加厚，同时，在船体结构上钻孔对结构的应力场产生破坏[8]，从而结构尺寸和形式应加大和改变，增加材料的使用。如图2。

图2 独立可调型隔热垫块定位及安装形式

由于隔热垫块数量多，为了获得更准确的结构尺寸和形式，必须进行严格的计算，一般均采用结构建模和有限元计算[9-10]，来分析其对局部强度等方面的影响。

2 隔热垫块安装新技术研究

综合比较层叠型和独立可调型两种隔热垫块形式及安装技术，选择保障性好，对工人水平要求低的形式，是新技术研究的前提。通过比较，选择独立可调型隔热垫块安装技术，作为该安装新技术研究的基础。

按“独立可调垫块型”技术，沥青货舱通过一定数量的隔热垫块安装在船体底部“T”形结构上。按传统的标准安装方法，必须在“T”结构面板上远离船体肋骨和纵桁腹板的位置加工安装孔和顶升孔。这就要求面板宽度加大，如此则受力悬臂尺寸加大，加之钻孔对结构的破坏，使该处的受力条件急剧恶化。为满足船舶行业规范要求，面板必须加厚，并在面板下加肘板支撑。应力计算分析表明，该部分的结构重量增加约1/3；为定位安装垫块，每个垫块处的“T”面板上必须钻一个安装孔，并加工两个顶升螺钉孔。根据油漆涂装标准要求，孔沿还必须打磨成至少R2的圆角，这都将导致巨大的劳动量。

分析货舱垫块的最终安装状态，即垫块调整到与独立货舱底部强力结构接触，然后在垫块与船体结构之间浇注环氧树脂作为支撑和固定，并采用螺栓和螺母锁紧。鉴于此，要解决传统技术存在的问题，又能达到货舱垫块的最终安装状态，新型安装技术研究必须解决如下问题：

1)垫块安装受力中心在结构中心。

2)垫块高度调整机构。

3)垫块锁紧机构。

2.1 垫块安装受力中心在结构中心

垫块安装受力中心在结构中心，即受力点在“T”结构面板与腹板的交线上。如果采取传统标准钻孔方式安装，则必须在腹板上开永久工艺孔，对结构仍然有破坏，结构加强等仍然增加钢材的消耗量，且施工量及施工难度仍然很大。通过对螺纹联接形式的对比分析，决定采用在面板上焊接螺柱用于安装货舱隔热垫块，以避免在结构面板上加工螺栓孔带来的负面影响。螺柱的规格以及焊接规格应经过计算，以保证能承受规定的弯曲应力和剪切应力。一般，螺柱的规格与传统安装形式的螺栓相同，但螺柱的长度应考虑到货舱隔热垫块的最大和最小调节高度。该安装形式只要求船体自身结构设计满足规范要求的总强度和局部强度要求，而不必考虑因安装形式带来的结构形式改变和局部结构加强。见图3。

图3 新技术条件下隔热垫块定位及安装型式

2.2 垫块高度调整机构

货舱隔热垫块将通过环氧树脂最终定位和固定，其高度调整机构只能在隔热垫块之下，所以也处在环氧树脂之中。考虑环氧树脂的物理、化学特性，特别是在高温高压工作条件下，决定了其工作厚度范围，避免厚度过大，内部蓄热加剧老化。在如此范围内的高度调节装置，除考虑调节必须的操作空间外，还应考虑其作为定位装置将长期留在浇注的环氧树脂中，所以其结构形式和尺寸不能导致环氧树脂应力变化超过允许的范围，而致使环氧树脂支撑和固定作用失效。利用螺母在螺柱上旋转而具有的轴向位移特性，作为解决该问题的首选。但是，螺母的外部结构形式，如六角形、圆形、普通厚度型、薄型等，应根据垫块高度调节范围内环氧树脂最大和最小厚度，以及局部应力破坏许可范围来确定。见图3

2.3 垫块锁紧机构

由于改变了安装形式和调节方式，原锁紧方式也发生了变化。同样采用螺纹联接具有的锁紧功能，在原隔热垫块上方螺栓头处改用螺母安装在螺柱上，与垫块下的高度调节螺母共同形成了垫块锁紧机构。见图3。

3 结束语

结合实船设计情况，通过计算确定螺柱的规格及长度、螺柱焊接规格、垫块锁紧螺母和高度调节螺母的型式和规格、高度调节范围等，提供了一种具备简洁、安全可靠、节省材料、节省工时、对工人技术水平要求低等特点的新型安装技术。经实船设计和安装对比，钢材消耗量相对传统安装技术减少了近1/3，而劳动力和工时消耗也减少到传统安装技术的近1/3，且更容易保证安装质量。

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[7] 赵彩凤.独立液货舱型式沥青运输船设计特点[J].船海工程，2006(3):26-28.

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[10] 胡向忠，沈安阳.12 000 DWT沥青运输船的船体结构设计[J].船海工程，2014(9):124-127.

New Installation Technology of Insulation Pads for Independent Cargo Tank of High Temperature Asphalt Tanker

LUO Ren-shan1, TAN Zu-sheng2

(1. Guangzhou Salvage Bureau of Ministry of Communication, Guangzhou 510260, China;2. Wuhan Nanhua Industrial Equipments Engineering Co., Ltd., Wuhan 430223, China)

Considering the particularity of independent cargo tank installation for the high temperature asphalt tanker, the convenient installation method is investigated to improve work efficiency and lower the cost. Based on the actual design and relative analysis of the normal installation technology of the insulation pad for the independent cargo tank of high temperature asphalt tanker, a new pad location and lock device is developed to avoid the stress worsen caused by cantilever force and hole cutting, and the technical feasibility is testified in actual installation.

asphalt tanker; independent cargo tank; insulation pad

10.3963/j.issn.1671-7953.2015.06.003

2015-08-14

骆仁山(1982-)，男，学士，工程师

U674.13

A

1671-7953(2015)06-0010-03

修回日期：2015-09-11

研究方向:船舶与海洋工程

E-mail: jake623@126.com