TÀU HÀNG LỎNG

1. Giới thiệu chung.

 Tàu chở dầu là một trong các nhóm tàu lớn nhất , vì vậy thị trường này được chú trọng một cách xứng đáng . Các điều kiện kinh tế và kỹ thuật của thị trường tàu dầu trong suốt thời gian qua liên tục thay đổi . Giá vận chuyển sản phẩm dầu , hóa chất và các hàng hóa khác cao hơn

 Các kiểu tàu dầu Phụ thuộc vào sản phẩm mà tàu dầu chở được , người ta chia ra thành : tàu chở hóa chất , tàu chở sản phẩm dầu , tàu chở dầu thô và tàu chở khí ga…

 Ảnh hưởng của hàng lỏng tới đặc điểm kết cấu

Hàng lỏng có mặt thoáng lớn , là loại hàng có tính linh động cao, nên khi tàu chòng chành trên sóng gây xô dạt hàng lỏng theo mọi phương , giảm chiều cao tâm nghiêng và gây nên ứng lực bổ sung tác dụng lên các kết cấu thân tàu .

Tàu thường được bốc xếp bằng bơm hút, tốc độ bốc xếp nhanh , thời gian đậu bến ngắn , chủ yếu thời gian khai thác là hành trình trên biển nên khi thiết kế chú ý ưu tiên cho tốc độ , bố trí khoang két , kết cấu thuận tiện cho việc khai thác tàu ,bốc xếp hàng hóa( như khoang bơm , khoang máy , thượng tầng … ) . Thường khoang máy đặt ở đuôi , thượng tầng đặt ở đuôi.

Do dầu là loại hàng có tính giãn nở vì nhiệt cao , thể tích thay đổi theo nhiệt độ nguy hiểm dễ gây cháy nổ nên khi thiết kế phải bố trí các khoang cách ly giữa khoang hàng và các khoang khác. Khi bố trí khoang chứa hàng lỏng phải có đủ dung tích dự trữ giãn nở , hệ thống cầu nối, cầu dẫn đi giữa thượng tầng mũi đến thượng tầng đuôi và bố trí các thiết bị an toàn khác .( Thượng tầng giữa khi có sự cố , dập tàn lửa khó nên với tàu lớn bố trí thêm thượng tầng nhỏ ).

2. Đặc điểm kết cấu.

 Thượng tầng và hầm hàng.

Tàu dầu có chiều cao mạn khô nhỏ hơn so với các tàu hàng khô cùng cỡ, vì thế để đảm bảo các tính năng hàng hải cần có thượng tầng mũi có độ loe mạn lớn và mạn giả mũi cao. Trước đây các tàu dầu ngoài thượng tầng mũi còn có thượng tầng giữa tàu và thượng tầng lái. Hiện nay loại bỏ thượng tầng giữa, mọi sinh hoạt và phục vụ được tập trung tại khu vực lái. Bố trí kiểu này cho phép cải thiện điều kiện bố trí hàng hóa, các hệ thống giao thông liên lạc, đường ống và cáp điện .

 Buồng máy và khoang cách ly

Bố trí chung của tàu dầu thông thường khoang máy bố trí ở đuôi tàu hạn chế sự ô nhiễm mặt boong và giảm nguy cơ cháy nổ do tàn lửa từ ống khói thoát ra, thượng tầng bố trí trên khu vực buồng máy. Khoang bơm hoặc khoang cách ly ngăn cách buồng máy với các khoang hàng . Khoang cách ly để trống khi tàu đầy tải cũng như khi tàu không tải đảm bảo cân bằng dọc tàu.

Tàu dầu được chia khoang theo quy tắc chặt chẽ nhằm tăng tính chống chìm. Tàu dầu có số vách ngăn tương đối nhiều so với tàu cùng cỡ để tránh sự va đập mạnh của hàng lỏng khi lắc dọc, khoảng cách giữa các vách ngăn nhỏ hơn nhiều so với tàu hàng khô .

Số liệu thống kê cho thấy chiều dài khoang hàng tối đa 0,12L ( L là chiều dài tàu ). Các khoang hàng, theo chiều dọc bị các vách ngang kín nước, kín dầu ngăn cách. Khoảng cách giữa các vách ngang không quá 15m. Ngoài các vách ngang như tàu hàng khô, tàu dầu thường có 1,2, 3 vách dọc. Các vách dọc nhằm giảm ảnh hưởng của mặt thoáng chất lỏng và giảm lực quán tính bổ sung. Số lượng các vách dọc phụ thuộc vào kích thước tàu .

Tàu thường có đáy đôi , mạn kép. Thông thường có một số dạng tàu như sau :

Tàu kiểu A kết cấu đáy đôi và 1 vách dọc tâm. Tàu kiểu B kết cấu đáy đôi và 2 vách dọc hai bên. Tàu kiểu C kết cấu đáy đôi, mạn kép, không vách dọc. Tàu kiểu D kết cấu đáy đôi, mạn kép, 1 vách dọc tâm. Tàu kiểu E kết cấu đáy đôi, mạn kép, 2 vách dọc

 Do ảnh hưởng của quá trình khai thác, các khoang hàng thường rộng và dài, chất lỏng di chuyển trong khoang không chỉ gây ra thay đổi trọng tâm hàng mà còn ảnh hưởng lớn đến ổn định do hiệu ứng mặt thoáng . Ảnh hưởng tĩnh do dịch chuyển hàng và ảnh hưởng động do hiệu ứng sloshing khá lớn đến kết cấu boong, vách khoang hàng . Trong khoang hàng, việc bố trí các vách dọc, vách ngang kín dầu, vách chặn đảm bảo sao cho khoảng cách giữa 2 vách dọc hoặc 2 vách ngang không quá 1,2 L . Chiều dài các khoang hàng không qúa 0,12L . Khoảng cách giữa các vách dọc không quá 0,6B . Khi khoang dài quá 0,1L và 15 m , lấy trị số lớn hơn thì giữa chiều dài khoang đặt vách ngăn lửng . Nếu chiều rộng của khoang hàng giữa lớn hơn 18m thì tại mặt phẳng dọc tâm tàu phải đặt vách dọc thứ ba. Tàu dầu có L<80m cho phép đặt 1 vách dọc kín dầu ở mặt phẳng dọc tâm.

 Nhận hàng vào tàu và đưa hàng ra khỏi tàu hoàn toàn nhờ hệ thống bơm hàng cùng hệ thống đường ống.Tại đầu và cuối khoang hàng , vùng giữa khoang hàng và khu vực sinh hoạt của thuyền viên phải bố trí khoang cách ly kín khí có đủ chiều rộng để đi lại. Các khoang cách ly trên có thể sử dụng để làm buồng bơm. Các khoang dầu đốt hoặc khoang nước dằn có thể được dùng đồng thời làm khoang cách ly. Tất cả các khu vực bố trí bơm dầu hàng và hệ thống đường ống dầu hàng phải được cách ly bằng vách kín khí với khu vực lò sưởi, nồi hơi, máy chính, thiết bị điện dễ gây cháy nổ hoặc máy móc thường xuyên phát tia lửa điện . Lối vào các khoang cách ly, các két dằn, khoang dầu hàng và các không gian khác trong khoang hàng phải đi trực tiếp từ boong lộ và kiểm tra được toàn bộ khoang

này. Lối vào dẫn đến khoang đáy đôi có thể đi qua buồng bơm hàng, buồng bơm, két sâu cách ly, hầm chứa ống hoặc các hầm tương tự nếu thông gió tốt .

 Miệng hầm hàng tàu dầu có kích thước nhỏ (diện tích không quá 1m2 ), chỉ phục vụ việc cho đường ống đi qua và là chỗ vào khoang hàng cho người kiểm tra hầm hàng. Tuy nhiên kích thước miệng hầm phải bảo đảm đủ để cho phép một người có đeo thiết bị dưỡng khí và thiết bị bảo vệ chui lên hoặc xuống cầu thàng không bị cản trở và đồng thời phải có lỗ thoát để có thể nâng một người bị thương từ đáy khoang lên dễ dàng . Chiều cao thành miệng hầm chỉ từ 0,3m đến 0,75m . Nó có dạng tròn, ôvan hay elíp, chữ nhật hoặc hình vuông lượn góc.

 Kết cấu cầu nối phải đủ bền và có đủ số lượng các mối nối đàn hồi và trượt. Trên các đoạn boong trên hở và boong thượng tầng cần đặt mạn giả . Việc đặt mạn giả liên tục chỉ cho phép trong vùng ngoài khoang hàng , khi đó các cửa mạn của mạn giả không được đậy nắp . Trong vùng khoang hàng và vùng trung gian giữa các thượng tầng ,đặt hàng rào .

 Kết cấu của tàu chở dầu phải thỏa mãn các yêu cầu kết cấu của tàu chở hàng khô cùng kích thước, cùng kiểu kết cấu . Đội tàu dầu là tàu chuyên tuyến, chỉ chở hàng một chiều nên thường chuyến đi có hang còn chuyến về không hàng phải chạy theo chế độ dưới ballat .Tình trạng khai thác như vậy sẽ ảnh hưởng đến độ bền các kết cấu trên tàu . Vì vậy khi thiết kế phải bố trí khoang két dằn khi chạy không tải và tính toán kết cấu phải được kiểm nghiệm trong trạng thái không tải .

 Kết cấu đặc trưng của tàu dầu là hệ thống kết cấu dọc.Trên tàu dầu hiện nay, khu vực khoang hàng (đáy, mạn, boong) thường kết cấu hệ thống dọc (hình 4.2) hoặc kết cấu hệ thống liên hợp (hình 4.4) khi mạn và vách dọc kết cấu hệ thống ngang còn đáy và boong kết cấu hệ thống dọc.

DÀN ĐÁY

Hệ khung dàn đáy trong khu vực chứa hàng gồm sống chính ở mặt cắt dọc tâm và các sống đáy, dầm dọc đáy và đà ngang ( hình 4.3). Thành của sống chính ở khu vực giữa đà ngang đáy và vách ngăn ngang cần gia cường 2 phía bởi các tấm giằng đi tới các dầm dọc lân cận

Đà ngang đáy cách nhau không quá 3,75m. Chiều cao đà ngang ở khoang giữa tàu lớn hơn ở các khoang mạn. Đầu của đà ngang được liên kết với vách dọc và mạn nhờ mã hoặc thực hiện chuyển tiếp dần mặt cắt của chúng. Trường hợp mạn kết cấu hệ thống ngang, các mã là các tấm giằng kéo tới các sống dọc mạn thấp nhất và đến khung ngang thấp nhất của vách dọc (hình 4.4). Các khung khỏe gồm : đà ngang , sườn khỏe , xà ngang khỏe nằm cách nhau 3 ÷ 4 m .

HỆ THỐNG KẾT CẤU LIÊN HỢP

 Dàn mạn

Mạn thường kết cấu hệ thống ngang, một phần các sườn được đặt trong mặt phẳng cùng với các đà ngang đáy và các xà và liên kết với chúng nhờ mã. Một phần các sườn còn lại được liên kết với boong và đáy bằng các mã kéo tới dầm dọc đáy và mạn gần nhất (hình 1). Các sườn tựa trên các sống dọc mạn.

Số lượng các sống dọc mạn phụ thuộc chiều cao mạn tàu. Các sống dọc mạn có thể được liên kết với các thanh nằm ngang của các vách dọc nhờ các thanh giằng có vai trò như cột chống đối với sống dọc boong. Vì vậy có thể giảm được kích thước của sống dọc mạn và giảm chiều cao mã của sườn khỏe ( hình 2)

Các mã hông phải phủ hết khu vực hông tàu , liên kết sườn với đà ngang nên kéo dài tới dầm dọc đáy dưới cùng.

Mạn kết cấu hệ thống dọc thường áp dụng cho tàu dầu cỡ lớn. Tàu dầu lớn thường có 2 vách dọc, các khoang mạn thường dùng để chứa lỏng hoặc nước dằn. Tàu loại này có chiều cao mạn lớn hơn chiều dài khoang. Nẹp dọc mạn bố trí trong cùng mặt phẳng với nẹp ngang của vách dọc và vách ngang. Các nẹp dọc có thể gián đoạn tại các vách ngang và được liên kết mã có chiều cao và chiều dài không nhỏ hơn 2 lần chiều cao profin của nẹp.

 Dàn boong

Kết cấu tàu nhóm này là tàu một boong và thường là boong bằng, không dâng về mũi và lái . Khung dàn boong của tàu dầu kết cấu hệ thống dọc với số lượng lớn các nẹp dọc cứng có khoảng cách bằng khoảng cách giữa các dầm dọc đáy và phụ thuộc chiều dài tàu. Các nẹp dọc boong đi xuyên qua xà ngang bong khỏe và được hàn với chúng tại vách ngăn ngang. Tuy nhiên các nẹp dọc cũng có thể bị gián đoạn. khi đó chúng liên kết với vách ngăn ngang bằng mã có chiều cao và chiều dài bằng 2 lần chiều cao xà dọc.

Trên các tàu dầu có 2 vách dọc, ở mặt cắt dọc giữa tàu dưới boong có đặt tấm vách lửng (1) được gia cường bởi các nẹp đứng (7). Tấm này đóng vai trò là sống dọc boong có tác dụng giảm tác dụng va đập của hàng lỏng lên vách dọc( hình 4.9). Các xà ngang boong khỏe liên kết với các sườn khỏe và nẹp đứng vách dọc bằng các mã hoặc chuyển dần từ xà ngang boong khỏe đến sườn khỏe.

Trên các tàu dầu nhỏ không có thượng tầng giữa, phía trên boong thường có két dự trữ giãn nở chạy theo chiều dài hầm hàng. Boong của két dự trữ dãn nở được gia cường bởi hệ thống khung giống như boong chính

 Dàn vách

Trên tàu dầu, các vách kín dầu có thể dạng phẳng hoặc sóng. Chỉ có vách phẳng được phép khoét lỗ còn vách sóng không được phép khoét lỗ trừ vách dọc thứ ba tại mặt phẳng dọc tâm có thể có lỗ khoét .

Tàu hàng lỏng phải đặt các vách ngang cách nhau không quá 24 khoảng sườn nếu D≤ 2,5 m và cách nhau không quá 36 khoảng sườn nếu D>2,5m.

Vách dọc chạy suốt chiều dài khoang hàng, tham gia vào thành phần các kết cấu tăng cường độ bền chung (kể cả khoang bơm và khoang đệm) phải kín dầu.

Ở những tàu có tỷ số B/D >3,5 cùng với vách dọc tâm phải đặt them những dàn dọc. Khoảng cách giữa các vách dọc, từ dàn dọc tới mạn không lớn hơn 2,5m.

Với tàu dầu có mạn kết cấu hệ thống dọc ở vùng giữa tàu và hệ thống ngang ở buồng máy, các vách dọc kết thúc tại vách ngăn buồng máy. Các lien kết dọc của buồng máy như boong lửng, các sống dọc boong và đáy dưới bệ máy… kết thúc tại vách dọc này.Tuy nhiên trên các tàu dầu lớn, các vách dọc hầm hàng cũng như boong lửng không kết thúc ngay tại vách ngăn buồng máy

mà chạy tiếp một khoảng dưới dạng các mã.

Trên tàu dầu chạy sông , sà lan chở hàng lỏng thường chỉ đặt một vách dọc giữa tàu

Vách sóng được dùng phổ biến trên tàu dầu với ưu điểm là giảm khối lượng do các nếp uốn đồng thời vừa là tấm vách và là nẹp cứng. Đây là điểm đặc biệt quan trọng với các kết cấu tấm mỏng nhờ giảm được biến dạng hàn. Các vách sóng có khối lượng nhỏ hơn so với vách phảng trong cùng một điều kiện .Ngoài ra trên tàu dầu, vách sóng còn ưu điểm là bị ăn mòn ít hơn . Khi dùng kết cấu vách sóng phải đảm bảo liên tục của vết sóng vách dọc . Điều này cũng áp dụng cho các vách dọc vùng mũi và đuôi tàu

Lựa chọn kích thước, hình dáng và bố trí các phần tử của vách sóng phụ thuộc vào điều kiện khai thác, điều kiện bền. Kết cấu dàn đáy, boong và mạn có vai trò quyết định trong việc bố trí các nếp sóng, nẹp gia cường cũng như bước lượn sóng.

Trong thực tế, các vách dọc hầu như có lượn sóng nằm ngang, còn các vách ngang có lượn sóng chạy vuông góc mặt chuẩn

Tàu dầu kết cấu hệ thống dọc có vách ngang kín nước dạng sóng và hai vách dọc cũng dạng sóng hình thang .Tôn vách có thể được dập theo sóng hình sin , dựng đứng khi đưa vào vách

ngang và đặt nằm ngang cho hai vách dọc

Trường hợp các lượn sóng nằm ngang cần đặt các nẹp đứng đóng vai trò liên kết giằng khung dàn vách

 Phần mút tàu dầu

Tàu dầu thường áp dụng dạng mũi quả lê nhằm giảm sức cản sóng vì quả lê mũi giảm áp lực nước trong vùng tạo sóng mũi nên giảm được hệ thống sóng mũi.

Phần mút tàu dầu phần lớn kết cấu hệ thống kết cấu ngang để đảm bảo tăng cường bền độ cục bộ . Tuy nhiên trên một vài tàu dầu, hệ thống két cấu dọc được sử dụng cho các khung dàn mạn ở vùng buồng máy

 Kết cấu thân tàu vùng buồng máy

Cơ cấu khỏe , sàn trong khu vực buồng máy đặt ngang mức sống dọc mạn và tiếp tục cho đến hết phạm vi buồng máy. Các sống dọc mạn khác được kéo dài cho đến vòm đuôi của tàu . Bệ máy trong khu vực này có kết cấu cứng vững giống như kết cấu của tàu vận tải đi biển

Trong trường hợp thay đổi hệ thống kết cấu theo chiều dài tàu cần ưu tiên cho sự liên tục các cơ cấu dọc nhằm đảm bảo độ bền chung của tàu , tránh sự kết thúc đột ngột và đồng loạt các thanh dọc.

Một số tàu kết cấu đáy đôi, mạn kép, vách kép nhằm giảm khối lượng công việc vệ sinh hầm hàng , giảm cường độ ăn mòn các cơ cấu thân tàu.

Chiều rộng mạn kép không nhỏ hơn 760mm..

Các khung sống ngang phải đặt cách nhau không quá 3,5m và bố trí ở các vùng có bố trí đà ngang đặc và vùng hai bên của vách ngang.

Trong phạm vi 0,2D kể từ tôn đáy trên, dường kính của các lỗ khoét giảm trọng lượng ở khung sống ngang đặt ở nửa giữa của chiều dài khoang dầu hang không lớn hơn 1/5 chiều rộng của khung sống ngang.

MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM KHÁC

 Tàu dầu ven biển

Tàu chở dầu ven biển có xu thế được thiết kế cho mục đích vận tải riêng biệt và thường