VLCC大型油輪綠色拆船工藝方案

郭 帥，高 峰，李雪明，林光明

（大連船舶重工集團(tuán)船務(wù)工程有限公司，遼寧大連 116300）

VLCC大型油輪綠色拆船工藝方案

郭 帥，高 峰，李雪明，林光明

（大連船舶重工集團(tuán)船務(wù)工程有限公司，遼寧大連 116300）

基于綠色拆船理念，以大連船舶重工集團(tuán)鋼業(yè)有限公司 VLCC拆船項(xiàng)目“NEW VICTORY”號為研究對象，以已經(jīng)生效的《歐盟（EU）1257/2013船舶回收法規(guī)》為準(zhǔn)則，提出一種VLCC綠色拆船工藝方案。方案按照法規(guī)要求做出了船舶有害材料（IHM）清單，考慮了拆解過程中穩(wěn)性變化對剩余船體的影響，制定了三條拆解原則，用PATRAN軟件對拆解剩余船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析，制定了安全拆解順序，達(dá)到了環(huán)境污染小，碼頭拆解不傾覆、不折斷，剩余船體順利進(jìn)塢拆解的預(yù)期效果。

VLCC；綠色拆船；IHM；拆解順序；有限元

0 引言

從2008年下半年開始，全球金融危機(jī)蔓延，國際消費(fèi)需求急劇下降，全球航運(yùn)市場遭遇重創(chuàng)。油輪市場受運(yùn)力過剩和需求萎靡影響，運(yùn)價(jià)也一直難以提升[1]。許多航運(yùn)企業(yè)因無法承受成本壓力，紛紛拋售舊船以自救，引發(fā)老舊船舶被加速淘汰，進(jìn)而帶來油輪拆解的復(fù)蘇回暖。

VLCC艙體深，主尺度大，拆解工程量繁重；危險(xiǎn)品及生活廢棄物較多；各油艙、機(jī)艙、燃油艙、滑油艙殘油較多；油腳、油泥、污油水不易清理。因而，在油船這類型船舶的拆解中，VLCC最具代表性。傳統(tǒng)的油船拆解大都是沖灘拆解。沖灘拆船對環(huán)境造成嚴(yán)重危害，施工所產(chǎn)生的污油以及有毒有害的化學(xué)品肆意排放，毫無環(huán)?？裳浴Ｒ虼?，油輪拆船工藝的重新設(shè)計(jì)是綠色環(huán)保的必要保證[2]，也是國際綠色拆船潮流的應(yīng)運(yùn)產(chǎn)物。

基于《歐盟（EU）1257/2013 船舶回收法規(guī)》對“綠色拆船”的規(guī)范與要求，以大型油輪“NEW VICTORY”號為研究對象，采用從上到下、從艏艉到船舯、從兩舷向船舯的對稱拆解思路，運(yùn)用PARTON軟件對拆解剩余船體進(jìn)行有限元分析，提出一種新型的VLCC大型油輪綠色拆船工藝方案，以期對傳統(tǒng)油輪的拆船工藝有所創(chuàng)新與改進(jìn)。

圖1 “NEW VICTORY”號目視/取樣檢驗(yàn)計(jì)劃

1 綠色措施

“NEW VICTORY”號是大連船舶重工集團(tuán)鋼業(yè)有限公司的一個(gè)單拆船項(xiàng)目，拆解方式采取靠泊碼頭浮態(tài)拆解與進(jìn)船塢拆解相配合的方式。船體總長328.045m，兩柱間長315.00m，型寬57m，型深30.8m，設(shè)計(jì)吃水21.6m，空船質(zhì)量39255Mt，載貨質(zhì)量285733Mt。

歐盟（EU）1257/2013船舶回收法規(guī)（以下簡稱《歐盟法規(guī)》）已于2013年12月30日正式生效，目的是在船舶整個(gè)生命周期內(nèi)促進(jìn)安全、保護(hù)人體健康和歐盟海洋環(huán)境，特別是確保對拆船產(chǎn)生的有害廢料進(jìn)行環(huán)境無害化管理，并旨在促進(jìn)《2009年香港國際安全與環(huán)境無害化拆船公約》盡早生效?！稓W盟法規(guī)》規(guī)定，非歐盟旗船舶自2020年12月31日起應(yīng)制訂有害物質(zhì)清單，且應(yīng)根據(jù)外觀/取樣檢查計(jì)劃編制[3]。2020年12月31日起，非歐盟旗船舶換成歐盟旗時(shí)（或換旗后 6個(gè)月內(nèi)，或初次/換證/附加/最終檢驗(yàn)時(shí)，取早者）應(yīng)持有有害物質(zhì)清單[3]。石棉、多氯聯(lián)苯（PCB）、臭氧破壞物質(zhì)、有機(jī)錫（TBT）等有害物質(zhì)必須在IHM中列出。

提出的新型綠色拆解工藝方案貫徹綠色拆船的理念。為保護(hù)安全和健康并能最大程度地控制環(huán)境污染，提供“NEW VICTORY”號船舶有害材料的具體信息，外觀/取樣檢查計(jì)劃（VSCP）與有害材料清單(IHM)如圖1和圖2所示。

IHM清單包括3個(gè)方面的內(nèi)容：第一部分是船舶結(jié)構(gòu)或設(shè)備包含的材料；第二部分是操作過程中產(chǎn)生的廢棄物；第三部分是物料。在拆解過程中，拆船設(shè)施可以根據(jù)清單提供的信息，決定如何處理有害材料清單列出的有害材料。

圖2 “NEW VICTORY”號部分有害材料清單

2 拆解前期準(zhǔn)備與清理

New Victory號系泊在公司2號碼頭，碼頭沿船縱向分布有16個(gè)可利用的導(dǎo)纜樁，間距為23m。2000kN的雙系纜樁有4對，1000kN的系纜樁有8個(gè)。根據(jù)“NEW VICTORY”號的船長與其靠泊碼頭的岸樁分布，確定了9個(gè)長期系纜點(diǎn)。不焊吊耳，直接在舷側(cè)強(qiáng)肋骨處開孔，用一段3.5m長的錨鏈環(huán)繞開孔處強(qiáng)肋骨，將纜繩系在錨鏈上。船首與船尾處可用一節(jié)錨鏈系纜。共用3節(jié)錨鏈、7條纜繩（直徑110mm），系纜點(diǎn)布置圖如圖1所示。

圖3 “NEW VICTORY”號系纜點(diǎn)布置圖

固定好船后，在艏艉至岸邊，敷設(shè)圍油欄；增設(shè)纜索和錨鏈緊以防遇到大風(fēng)浪，并可在迎力方向拋錨，以增強(qiáng)抗擊能力；經(jīng)常檢查系纜情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患；系纜留有一定伸張余地，以適應(yīng)漲潮或水位變化[4]；拆解過程中時(shí)時(shí)監(jiān)控艏艉吃水變化和橫傾情況，根據(jù)船舶浮態(tài)變化及時(shí)調(diào)整系纜的松緊度與判斷是否增加質(zhì)量。

拆除生活區(qū)內(nèi)裝材料過程中，對可利用的設(shè)備儀器及備品備件，進(jìn)行了仔細(xì)拆卸和吊運(yùn)，保持完整和配套；按照綠色措施清除機(jī)艙熱力管路，主輔機(jī)排氣管的保溫層及上層建筑的艙室隔板等部位的石棉制品；清除油艙、機(jī)艙、油箱、油柜、油管、液壓系統(tǒng)中剩余的和殘存的原油、燃油、潤滑油、液壓油和其他油料，以及含油壓載水、艙底水、洗艙水、油泥；清理含有機(jī)錫的油漆和涂料碎片；清理廢舊的電池、儀表中含有的鎘、汞以及油漆涂料中含有的鉛等重金屬；按照《含多氯聯(lián)苯廢物污染控制標(biāo)準(zhǔn)》的要求處置主要存在于船上設(shè)備、電纜線等材料中的多氯聯(lián)苯[4]。

3 拆解分段吊點(diǎn)位置

3.1 吊點(diǎn)分類

在船舶拆解過程中，吊點(diǎn)根據(jù)所在拆解分段的位置進(jìn)行分類。

1）拆解分段位于主甲板、上層建筑或者機(jī)艙平臺等結(jié)構(gòu)時(shí)，吊點(diǎn)選在甲板或者平臺下扶強(qiáng)材的腹板上開孔；確定吊點(diǎn)位置，使用AUTOCAD2013REG功能生成面域模塊，再用MASSPROP功能命令計(jì)算面積與質(zhì)心位置，根據(jù)質(zhì)心位置，定好吊點(diǎn)。

2）拆解分段位于舷側(cè)、壓載水艙或者邊油艙，并且該分段的橫向維度小于縱向時(shí)，吊點(diǎn)選在外板或者縱向艙壁上直接開孔。

3.2 吊點(diǎn)開孔高度

兩類吊點(diǎn)位置均涉及到鋼板的開孔，開孔高度決定吊運(yùn)的安全性。在拆解分段吊運(yùn)過程中，吊點(diǎn)所在鋼板應(yīng)力值必須同時(shí)滿足材料的的許用正應(yīng)力[σ]與許用切應(yīng)力[τ][5]。

式中：σ為正應(yīng)力，N/mm2；P為允許載荷，N；Fmin為垂直于P方向的最小截面積，mm2；Amin為平行于P方向的最小截面積，mm2；σs為材料的屈服點(diǎn)，N/mm2；K為安全系數(shù)；[σ]為材料許用正應(yīng)力，N/mm2；[τ]為材料許用切應(yīng)力，N/mm2。

方案根據(jù)材料力學(xué)原理并考慮到“New Victory”號船板的腐蝕程度，安全系數(shù)K取3，計(jì)算出允許載荷在10t~50t范圍內(nèi)吊點(diǎn)開孔的高度（表1），進(jìn)而可以確定吊點(diǎn)位置，對現(xiàn)場的吊運(yùn)具有指導(dǎo)意義。

表1 鋼板開孔高度計(jì)算表

4 拆解順序

4.1 上層建筑拆解順序

“NEW VICTORY”號是艉機(jī)型船，重心靠后，方案首先拆除上層建筑。凱旋號上層建筑從上到下有6層，分別為：羅經(jīng)甲板、駕駛甲板、D甲板、C甲板、B甲板、A甲板。其拆解原則為從上到下，立體分段吊運(yùn)。上層建筑各個(gè)甲板的吊點(diǎn)選在甲板下扶強(qiáng)材的腹板上，并在吊點(diǎn)上方的甲板或平臺開孔。其拆解原則為從上到下，立體分段吊運(yùn)。

以C甲板為例，先根據(jù)C甲板基本結(jié)構(gòu)圖，統(tǒng)計(jì)甲板板材與型材質(zhì)量，并實(shí)際登船進(jìn)行檢測，如發(fā)現(xiàn)有不符的情況以現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)為準(zhǔn)（表2）。

表2 C甲板質(zhì)量統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)碼頭塔吊額定載荷（50t），結(jié)合C甲板結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將A甲板及其下圍壁劃分為（1）~（11）共11個(gè)分段（圖4）。C甲板分段的吊點(diǎn)屬于1）類吊點(diǎn)，在甲板縱桁的腹板開孔，開孔高度按照3.2小節(jié)進(jìn)行計(jì)算。

圖4 C甲板模塊劃分與吊點(diǎn)分布

4.2 主船體拆解順序

凱旋輪系油船，可燃性氣體濃度較大，切割作業(yè)時(shí)為了便于通風(fēng)透氣與安全操作，主甲板工藝孔開9個(gè)。每個(gè)工藝孔的尺寸大小為7m×8m。切割位置如圖5所示。

圖5 主甲板拆解順序圖

上層建筑切割吊運(yùn)后開始切割主甲板。主甲板拆解順序分為6個(gè)步驟，遵循從船首尾向船舯的拆解原則：1）船首（FRO-FR44）與船尾（FR103-AFT）同時(shí)拆解；2）FR44-距FR60 4035mm處與FR98-103同時(shí)拆解；3）距FR60 4035mm處-FR65與FR93-98同時(shí)拆解；4）FR65-71與FR87-93同時(shí)拆解；5） FR71-76與FR81-87同時(shí)拆解；6）FR76-81。

4.3 進(jìn)塢拆解階段

這是拆解的最后階段，按照順序進(jìn)行拆解后，剩余船體預(yù)留部分：1）主甲板下6.4m結(jié)構(gòu)全部切割吊運(yùn)；2）縱向第一層：71#橫艙壁-84#肋位處結(jié)構(gòu)保留24.6m；3）縱向第二層：59#-71#，84#-93#均保留17.96m；4）縱向第三層：15#-59#，93#-船首保留11.46m。

剩余船體計(jì)劃切割工況側(cè)視圖如圖6所示，將剩余船體拖進(jìn)船塢拆解，海上浮態(tài)拆解船體的60%~70%，塢內(nèi)拆解或者拆船池內(nèi)拆解剩余30%~40%。

圖6 剩余船體側(cè)視圖

全部拆解完成后及時(shí)對碼頭、塢坑、沿岸水域及岸上拆解場地進(jìn)行清理。并對設(shè)施檢查維修，做好下一艘船舶的拆解準(zhǔn)備工作。

5 可行性分析

參考規(guī)范與指南要求，用三維有限元模型進(jìn)行拆船剩余船體主要構(gòu)件的強(qiáng)度直接計(jì)算時(shí)，模型范圍為半寬模型，模型的縱向范圍從首到尾，剩余船體網(wǎng)格劃分如圖7所示；垂向范圍為船底至甲板。舷外水壓力由靜水壓力和波浪水動(dòng)壓力組成[6]，全船應(yīng)力分析云圖如圖8所示。

圖7 剩余船體PATRAN網(wǎng)格劃分

圖8 剩余船體應(yīng)力分析云圖

“New Victory”拆解剩余船體橫艙壁、強(qiáng)框架和弱框架的最大應(yīng)力均小于許用應(yīng)力235MPa，最大值為159MPa，滿足要求。船體甲板和船底板的最大應(yīng)力值均在與切割斷面與舷側(cè)接壤的區(qū)域，主要是由于角隅應(yīng)力集中的體現(xiàn)。由PATRAN計(jì)算結(jié)果可知：方案作出的階梯型拆解是安全、可行的。

6 結(jié)束語

方案貫徹綠色拆船理念，嚴(yán)格遵循歐盟法規(guī)，對VLCC有害材料清單進(jìn)行了系統(tǒng)制作，對傳統(tǒng)的拆船工藝進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新。方案在拆解進(jìn)度中配合生產(chǎn)監(jiān)控達(dá)到了預(yù)期的效果，在安全、合理拆解順序的基礎(chǔ)上最大程度地保證減少對海洋環(huán)境的污染，適用于VLCC大型油船這一類型船舶的拆解。

[1] 金鴻祥, 建立綠色拆船業(yè)是企業(yè)新商機(jī)[J]. 中國水運(yùn), 2013, 13(3): 49-51.

[2] 周鑫, 王立坤. 中國拆船業(yè)可持續(xù)發(fā)展的相關(guān)建議[J].大連海事學(xué)報(bào), 2007(5): 53-57.

[3] REGULATION (EU) No 1257/2013 OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 20 November 2013 on ship recycling and amending Regulation (EC) No 1013/2006 and Directive 2009/16/EC(Text with EEA relevance)[S]. 2013.

[4] 任彌高. 拆船手冊[M]. 北京: 中國拆船總公司出版社, 1989.

[5] 劉鴻文. 材料力學(xué)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2011.

[6] 劉寅東. 船舶設(shè)計(jì)原理[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2010.

Green Ship-recycling Process of VLCC

Guo Shuai, Gao Feng, Li Xue-ming, Lin Guang-ming

(Dalian Shipbuilding Industry Marine Services Co., Ltd., Liaoning Dalian 116300, China)

It proposes a green dismantling process scheme based on EU 1257/2013 Ship Recycling Convention, which has entered into force. Taking New Victory as the study object, which is the ship-recycling project of Dalian Shipbuilding Industry, Ship Recycling Co., Ltd., it considers the stability in the dismantling process which affects the remaining hull, develops three dismantling principles, finishes finite element analysis of the remaining hull with PATRAN, determines the hanging position of the sub-block and develops a detailed dismantling order. It causes less pollution of the environment. The process realizes the expected effect that the ship is not be overthrow or broke in the pier dismantling process and the remaining hull is smoothly dismantled.

VLCC; green ship-recycling; IHM; dismantling sequence; FEA

U672.8

A

1005-7560 (2014) 06-0027-04

遼寧省引進(jìn)海外專家專項(xiàng)資金

郭帥（1987-），男，助理工程師，研究方向：綠色拆船工藝設(shè)計(jì)與優(yōu)化。