某油輪改造為半潛船關(guān)鍵工藝及方案分析研究

陳建林，陳自強(qiáng)

（上海交通大學(xué)，上海200240）

某油輪改造為半潛船關(guān)鍵工藝及方案分析研究

陳建林，陳自強(qiáng)

（上海交通大學(xué)，上海200240）

主要從船體及輪機(jī)兩部分研究油輪改造半潛船過程中的關(guān)鍵工藝技術(shù)，并根據(jù)改造過程的關(guān)鍵技術(shù)提出相應(yīng)的工藝方法，為國內(nèi)船舶企業(yè)同類改裝工程提供技術(shù)支撐和工藝指導(dǎo)。

油輪改造半潛船；輪機(jī)改造；船體改造；施工方案

隨著近年來市場(chǎng)行情的變化及海上運(yùn)輸貨物類型的變化使得高端船舶（如半潛船）的效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通商用船，市場(chǎng)對(duì)于半潛船等特殊船舶的需要也在不斷增加。相比較于完全新造一條半潛船的長周期及高成本，改造現(xiàn)有船舶為半潛船有一定的成本優(yōu)勢(shì)及時(shí)間優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，對(duì)于中國的修船廠而言，由于人力成本的上升，企業(yè)需要有一定技術(shù)含量及工程規(guī)模的改造項(xiàng)目來支撐企業(yè)的利潤來源，迄今為止的技術(shù)積累也使企業(yè)有能力承接類似的油輪改造為半潛船項(xiàng)目。

船廠在進(jìn)行船舶改造工程過程中，需要充分考慮自身的設(shè)備能力，結(jié)合船期等在保證工程質(zhì)量的前提下，制定相應(yīng)的施工工藝及施工方案。本文基于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[1]及相關(guān)工藝研究[2]，對(duì)油輪改造半潛船過程中的關(guān)鍵工藝及施工方案進(jìn)行分析研究，以便給后續(xù)類似工程提供借鑒。

1 研究背景

本改造項(xiàng)目為油輪改造為半潛船，母船為雙殼結(jié)構(gòu)的油輪，縱骨架式船體結(jié)構(gòu)，現(xiàn)需改裝為雙底雙殼半潛船，改裝工程涉及的主要內(nèi)容有：

（1）船體甲板改造，改造后型深由22.5 m變?yōu)?3.5 m，承重甲板長度17 m，設(shè)計(jì)載荷25 t/m2；

（2）增設(shè)壓載艙，將原第一層甲板室改為艉樓，首錨機(jī)移位至新增艏樓甲板上，錨鏈艙將做相應(yīng)改動(dòng)，系泊設(shè)備，應(yīng)急拖帶設(shè)備移動(dòng)艏、艉樓甲板上；

（3）起重設(shè)備、救生設(shè)備位置需依據(jù)改裝后的情況進(jìn)行重新布置；

（4）機(jī)艙輪機(jī)項(xiàng)目改造。

改造前后主尺度變化對(duì)比如表1所列。

表1 改造前后主尺度對(duì)照表

2 工藝研究

工藝研究包括船體改造工藝及輪機(jī)設(shè)備改造工藝兩個(gè)方面。

2.1 船體改造關(guān)鍵技術(shù)與工藝

（1）船體變形量的測(cè)量及控制

船舶改造時(shí)需要在工程的每個(gè)階段做好變形量的測(cè)量工作，記錄好相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析監(jiān)控船體的狀態(tài)，如果變形量超過工藝許可，就應(yīng)該暫停工程，采取補(bǔ)救措施糾正。船舶狀態(tài)的測(cè)量主要分為兩個(gè)方面：總縱變形及局部變形?？偪v變形：船舶進(jìn)廠后排空壓載水，讀取改裝前后首中尾吃水差，可以計(jì)算出船舶中拱值。局部變形：船舶改造過程中局部變形主要考慮船底的變形，測(cè)量方法可以在船舶內(nèi)底板處拉鋼絲，在鋼絲上選取若干測(cè)量點(diǎn)，測(cè)量鋼絲到縱骨面板的距離并做好記錄。

（2）船體結(jié)構(gòu)割除

在大面積割除船體結(jié)構(gòu)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)根據(jù)被切割鋼板的厚度，合理的選擇切割工具，并根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定好割嘴傾斜角度、切割速度、氣體壓力、切割順序等，以便能夠安全高效的完成工作任務(wù)。船體割除工藝包括：

1）切割方式的選取。等離子切割對(duì)于較薄板材，厚度＜25 mm，相較于氣割在速度上上更有優(yōu)勢(shì)，切口也更為整齊，但設(shè)備費(fèi)用過高，而且對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)施工，尤其涉及較厚板材的切割時(shí)，氣割更有優(yōu)勢(shì)。

2）提高助燃?xì)怏w氧氣的濃度及穩(wěn)定氧氣氣壓。一般氣壓根據(jù)割嘴類型及鋼板厚度要進(jìn)行調(diào)節(jié)，氣壓不足或氣壓過高都不利于切割斷面較好地成型[3]。隨著氧氣純度的提高，切割的速度以及切割質(zhì)量就會(huì)越好，反之，切割的速度及質(zhì)量就會(huì)下降，而且，由于燃燒不夠充分，會(huì)浪費(fèi)更多的氣體，切口變寬，焊渣增多，增加后續(xù)打磨及焊接的工作量。

3）切割工具的選擇：對(duì)于整個(gè)分段直線切割，一般采用半自動(dòng)火焰切割機(jī)，而對(duì)于小件結(jié)構(gòu)及其他非直線切口，則采用手工氣割。氣嘴的選擇與被切割鋼板的厚度是相關(guān)的，通常越厚的鋼板需要的氣嘴型號(hào)就越大[4]。相較而言，半自動(dòng)切割機(jī)切割速度及切割線路更易于控制。

4）切割操作：在實(shí)際切割過程中，需要控制好氣嘴與鋼板的距離、后拖量、切割傾角及切割速度。切割時(shí)氣嘴與鋼板的距離應(yīng)盡量保持均勻。

5）切割順序：合理的切割順序?qū)τ诳刂瓢宀募敖Y(jié)構(gòu)的變形量有重要影響，一般采用由上至下、由中間到兩邊、由內(nèi)到外、由整到零的切割順序，而且在切割過程中要盡量對(duì)稱作業(yè)。首先切割船殼及主甲板平直板，穿插切割小型扶強(qiáng)材，其次才是割除內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括邊倉內(nèi)縱壁板等。

（3）加裝結(jié)構(gòu)中平面分段劃分及余量設(shè)置

劃分分段時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量擴(kuò)大預(yù)制量，減少散裝，從而可以減少某些密閉空間的裝焊量，加快工程進(jìn)度。劃分分段時(shí)也應(yīng)充分考慮船廠的施工能力，尤其是吊裝設(shè)備能力及整體工期要求，同時(shí)設(shè)置好吊點(diǎn)，盡可能減小吊裝過程中導(dǎo)致的分段變形。制作分段時(shí)，為了保證之后分段的順利安裝，要考慮由于焊接收縮及其他作業(yè)導(dǎo)致的母船船體變形，在分段的四周邊緣的裝配處預(yù)留恰當(dāng)?shù)难b配余量，而不僅僅是只考慮板材利用率。

（4）焊接的順序及焊接工藝

合理的焊接順序及方法可以減少焊接時(shí)的熱量輸入，最小化被焊接部位的變形量，因而制定合理的焊接順序?qū)τ诳刂瓶傮w變形有重要的意義，通常根據(jù)應(yīng)力大小確認(rèn)先后焊接順序，先是高應(yīng)力區(qū)域，其次對(duì)于低應(yīng)力區(qū)域，即先焊接收縮量大的的焊縫，然后再收縮量小的焊縫。根據(jù)規(guī)范要求，控制好裝配間隙，合理減小焊接量，采用低熱量的焊接方式，如CO2保護(hù)焊代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工焊，一般應(yīng)遵循從中央到四周的方式進(jìn)行分段焊縫的焊接，此種焊接可以采用對(duì)稱方式由雙數(shù)焊工同時(shí)進(jìn)行[5]，對(duì)于某些焊縫，也應(yīng)遵循由靠近結(jié)構(gòu)中央的向遠(yuǎn)離中央的，從中部到兩端施焊。

2.2 船舶設(shè)備改造技術(shù)與工藝

（1）機(jī)械設(shè)備的安裝

常用船舶輪機(jī)設(shè)備底座的安裝可以分為兩種：鋼質(zhì)或者鋁合金底座設(shè)備的安裝及環(huán)氧底座的安裝：

1）鋼制或者鋁合金底座船舶設(shè)備安裝

安裝過程中要考慮設(shè)備組件的吊裝順序，擺放位置處的空間布局，安裝設(shè)備時(shí)應(yīng)盡量避免對(duì)機(jī)艙設(shè)備做大的調(diào)整，以免影響船舶的穩(wěn)性，并且周圍應(yīng)預(yù)留安全通道以及維護(hù)通道，規(guī)范要求正常通道為600 mm寬，維修空間為400 mm寬?？紤]到安裝平面都為水平，設(shè)備也應(yīng)該水平擺放。各設(shè)備基座與本船的船體材質(zhì)相同；根據(jù)規(guī)范，鐵質(zhì)或者鋁制設(shè)備及構(gòu)件安裝的時(shí)候，應(yīng)該在連接處加設(shè)不銹鋼墊塊，同時(shí)，固定設(shè)備用的螺栓及螺母也應(yīng)該采用不銹鋼材質(zhì)。出于設(shè)備運(yùn)行安全及操作人員安全的考慮，對(duì)于有高速旋轉(zhuǎn)部件的設(shè)備，其高速旋轉(zhuǎn)部位處應(yīng)當(dāng)安裝設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)罩殼。

2）環(huán)氧底座安裝

環(huán)氧樹脂底座的澆注工作及涉及的相應(yīng)圖紙應(yīng)該預(yù)先得到船級(jí)社和船東的書面認(rèn)可，而且必須由有船級(jí)社資質(zhì)認(rèn)可的人員進(jìn)行施工。環(huán)氧樹脂及固化劑的使用有效期通常為產(chǎn)品出廠后24個(gè)月，且平時(shí)儲(chǔ)存過程中應(yīng)該做好防凍工作。應(yīng)用環(huán)氧樹脂墊塊時(shí)，應(yīng)留意根據(jù)被應(yīng)用設(shè)備的不同，澆注時(shí)的最小厚度也有要求，通常尾軸管上的應(yīng)用應(yīng)該不低于12 mm，根據(jù)產(chǎn)品性質(zhì)的不同，也必須要高于8 mm.澆注時(shí)應(yīng)預(yù)先將環(huán)氧樹脂預(yù)熱到要求的溫度，澆注過程中為了保證適宜的可攪拌性及液態(tài)黏度，攪拌時(shí)的溫度要求在±5℃的范圍內(nèi)，而澆注時(shí)溫度則應(yīng)維持在13℃以上。攪拌及澆注過程應(yīng)保持周圍環(huán)境整潔，避免顆粒及粉塵的影響，因此周圍應(yīng)杜絕打磨、燒焊等工作。攪拌時(shí)攪拌電鉆的速度應(yīng)該維持在800 rpm以下維持2～3 min，同時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮罐底及罐體邊緣的環(huán)氧樹脂及固化劑的混合，一般沿罐體轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證均勻混合，同時(shí)也應(yīng)留意攪拌器的充分沒入，以避免過程中氣泡的產(chǎn)生。攪拌完成后應(yīng)該立即進(jìn)行澆注，操作過程中也要避免氣泡的產(chǎn)生，盡量以均勻細(xì)條狀將混合物注入漏斗。罐底應(yīng)留一些殘留，不可繼續(xù)使用。對(duì)于固化劑的配比比例，按照廠家說明書進(jìn)行配置即可。澆注同時(shí)應(yīng)該多制作一塊樣板之后進(jìn)行測(cè)量硬度及提交檢驗(yàn)，硬度高于35時(shí)為合格澆注，澆注完成后應(yīng)預(yù)留足夠的熟化時(shí)間進(jìn)行固化，然后才可以開展后續(xù)工作。

（2）管系的拼接、安裝

首先，根據(jù)管子的材質(zhì)及尺寸選擇合適的切割方法：有色金屬管、鍍鋅鋼管和外徑小于等于32 mm的鋼管應(yīng)用機(jī)械或等離子切割；對(duì)外徑大于32 mm的鋼管允許使用氣割的方法切割.裝配法蘭前管子的內(nèi)壁及切割面應(yīng)該進(jìn)行全面清潔，不允許留存有氧化渣等，清潔面的長度從切割面算起應(yīng)大于25 mm.管子與法蘭搭接校正主要有兩種形式，定點(diǎn)校正和徒手校正。定點(diǎn)校正的方法可以分為現(xiàn)場(chǎng)校正、校管機(jī)校正和模具校正三種，而徒手校正時(shí)采用四點(diǎn)對(duì)角校正法，內(nèi)場(chǎng)制作管子用的比較多。焊接支管前，應(yīng)當(dāng)根據(jù)支管的厚度確認(rèn)是否開坡口及如何開坡口，當(dāng)支管壁厚小于6 mm時(shí)不用開坡口，超過6 mm時(shí)必須開坡口。當(dāng)主管直徑大于或等于2.5倍支管直徑時(shí)必須在整個(gè)端部開坡口，小于2.5倍支管直徑時(shí)可以在端部沿主管軸線方向左右局部開坡口，總管的支管孔與支管內(nèi)孔應(yīng)同軸，不同軸度不得大于±2 mm.對(duì)于套管，可能產(chǎn)生疲勞、嚴(yán)重腐蝕及管子彎曲之處不可以使用，套管的的材質(zhì)應(yīng)與母材的材質(zhì)接近，套管安裝時(shí)兩管應(yīng)同軸，垂直位置的套管，如用于淡水、海水等系統(tǒng)，管子下管端與外套管內(nèi)孔連接處應(yīng)進(jìn)行封底焊接。

3 結(jié)束語

本文根據(jù)油輪改造半潛船工程特點(diǎn)，進(jìn)行了油輪改造半潛船關(guān)鍵技術(shù)及工藝研究。采用進(jìn)廠前預(yù)制部分小分段，然后在進(jìn)廠后直接在原船基礎(chǔ)上開設(shè)工藝孔，逐步完成小分段及零部件的散裝拼接。油輪改造過程中可以通過自動(dòng)化裝配零部件及流水線化裝配平面分段等提高過程中的生產(chǎn)效率，并可以通過優(yōu)化管路設(shè)計(jì)等使半潛船在下沉作業(yè)時(shí)完全重力壓載，節(jié)約能耗。

[1]CB/T4000-2005.中國造船質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)CSQS[S].

[2]韋春，鐘文斌，劉敏娜，等.環(huán)氧樹脂/液晶固化劑固化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究[J].熱固性樹脂，2002（2）：15-18.

[3]張勇.氧-丙烷火焰切割質(zhì)量控制的研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2011.

[4]聶素華，麻勝榮，楊大偉.數(shù)控火焰切割機(jī)切割質(zhì)量的參數(shù)控制[J].熱加工工藝，2007（3）：80-81.

[5]黃耀俊.焊接工藝對(duì)不銹鋼焊接變形的研究[D]上海：上海交通大學(xué)，2009.

CHEN Jian-lin，CHEN Zi-qiang

（Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China）

Research on the Key Technology and Scheme of Transforming an Oil Tanker into Semi Submersible Ship

This paper divides the conversion project of oil tanker to semi-submersible carrier into two main aspect：the steel structure work and the mechanical work，and analyzes the key points of the conversion projects and works out a technical procedure for the project.Hope it can provide reference and guidance for the future similar projects.

tankers conversion；semi-submersible；technical plans；machinery work

U671

A

1672-545X（2017）03-0140-03

2016-12-01

陳建林（1986-），男，山東新泰人，助理工程師，碩士研究生，主要研究方向：船舶修造工藝技術(shù)。