某船脫硫塔結(jié)構(gòu)改裝工藝

陳 鋅

(廣東中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司，廣東 東莞 523146)

IMO“限硫令”的規(guī)定自2020年1月1日起施行，船舶使用的燃料，其硫含量質(zhì)量百分?jǐn)?shù)不能超過0.5%，或者通過安裝脫硫塔或使用其他新型燃料達(dá)到同等的低硫排放標(biāo)準(zhǔn)。加裝脫硫塔，具有綜合成本低，易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，成為眾多船東首選的實(shí)現(xiàn)低硫排放的處理方法。2019年10月，中國(guó)修船企業(yè)“斯佩克”(SPCC)第七十次會(huì)議中提到，脫硫塔改裝項(xiàng)目，中國(guó)修船行業(yè)以每季度完工250臺(tái)套的水平，繼續(xù)保持全球領(lǐng)先，目前為止已完成改裝超過400臺(tái)套，手持訂單1 100臺(tái)套，其中第三季度新接訂單近130臺(tái)套。已有8個(gè)中國(guó)船廠承接脫硫塔改裝訂單累計(jì)超過100臺(tái)套。但據(jù)國(guó)際海事組織(IMO)的最新數(shù)據(jù)顯示，目前已安裝了脫硫塔的船舶和全球船隊(duì)總數(shù)相比，還相對(duì)較少，因此脫硫塔改裝還有廣闊市場(chǎng)(特別是集裝箱船脫硫塔改裝)。隨著“限硫令”的規(guī)定生效日期逼近，安裝脫硫塔的訂單數(shù)量將處于井噴階段，既是船廠面臨的機(jī)遇，也是對(duì)船廠接單能力的考驗(yàn)。

1 改裝型式

結(jié)構(gòu)改裝型式根據(jù)原船舶結(jié)構(gòu)和船東所選脫硫設(shè)備綜合設(shè)計(jì)，新增脫硫塔結(jié)構(gòu)圍壁型式各異。

1) 半包圍結(jié)構(gòu)。由三面圍壁及平臺(tái)組成，吊裝到船后，與原船舶煙囪圍壁焊接成整體。新增結(jié)構(gòu)為半立體分段、總段，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度弱，容易變形。半包圍結(jié)構(gòu)改裝型式，需結(jié)合新舊結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及船廠硬件設(shè)施，有針對(duì)性的制定建造方案。結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較強(qiáng)，符合公司硬件設(shè)施優(yōu)先選取整體建造，整體吊裝的方案；對(duì)于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度相對(duì)較弱的船體結(jié)構(gòu)，可通過適當(dāng)劃分，部分結(jié)構(gòu)與脫硫塔主體劃分在一個(gè)總段整體建造吊裝，其余結(jié)構(gòu)獨(dú)立成為分段，獨(dú)立吊裝。同時(shí)由于與原船結(jié)構(gòu)對(duì)接，受原船建造精度及船舶使用過程中結(jié)構(gòu)變形影響，新增結(jié)構(gòu)需考慮結(jié)構(gòu)余量設(shè)置的合理性。圖1為82 000 DWT散貨船脫硫塔半包圍式結(jié)構(gòu)圖。

圖1 半包圍式結(jié)構(gòu)

2) 獨(dú)立式結(jié)構(gòu)。脫硫塔新增結(jié)構(gòu)獨(dú)成一體，脫硫塔通過圍壁上開口的方式與原船舶煙囪排煙管連接。具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度相對(duì)較強(qiáng)，預(yù)裝完整性高等優(yōu)點(diǎn)。獨(dú)立式結(jié)構(gòu)圍壁，由于完整性好，可選擇分段臥造，翻身后正裝脫硫塔及管舾件，整體吊裝的建造方式。圖2為11 500 DWT散貨船已加裝脫硫塔獨(dú)立式結(jié)構(gòu)圖。

圖2 獨(dú)立式結(jié)構(gòu)

3)嵌入式結(jié)構(gòu)。將原船舶煙囪圍壁，在設(shè)計(jì)位置割開，通過增加部分新結(jié)構(gòu)，提高原煙囪圍壁內(nèi)部空間以滿足脫硫塔安裝。嵌入式結(jié)構(gòu)圍壁，在三者中工程量最小，新增結(jié)構(gòu)作為獨(dú)立分段預(yù)制，根據(jù)實(shí)際情況，將原煙囪結(jié)構(gòu)割開，先吊裝脫硫塔主體，再吊裝新增結(jié)構(gòu)。圖3為57 000 DWT散貨船嵌入式結(jié)構(gòu)圖，脫硫塔設(shè)備從已切開的煙囪上口向下吊裝。

圖3 嵌入式結(jié)構(gòu)

2 總體方案

2.1 難點(diǎn)分析

某船新增脫硫塔結(jié)構(gòu)，屬于半包圍結(jié)構(gòu)圍壁型式，洗滌器位于新增三面結(jié)構(gòu)圍壁里面，與原船舶排煙管對(duì)接。結(jié)構(gòu)板為6～7 mm的薄板，易變形，高度大，設(shè)備與結(jié)構(gòu)之間空間狹小。結(jié)構(gòu)預(yù)估質(zhì)量為130 t，加上脫硫設(shè)備及管子等舾裝件、輔助工裝等材料，整體超過150 t。而船廠自有最大的水上或碼頭起吊設(shè)備為150 t浮吊，無(wú)法滿足一次起吊。如外協(xié)租賃大浮吊進(jìn)行吊裝，時(shí)間上存在一定的制約，同時(shí)增加改裝成本。如果將結(jié)構(gòu)與設(shè)備分開吊裝，150 t浮吊可以滿足，但總段完整性差，改裝周期將會(huì)延長(zhǎng)，工程甚至?xí)掀凇Ｒ虼?，改裝總體方案需結(jié)合上面主要難點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)策劃。

2.2 具體實(shí)施方案

1)總段與分段劃分。改裝船舶與新船建造的分段劃分有所區(qū)別，劃分時(shí)除考慮分段建造便利性還需兼顧分段碼頭搭載的操作性。特別是脫硫塔結(jié)構(gòu)改裝，新船常規(guī)分段劃分中，水平分段縫在甲板或平臺(tái)往上150 mm處，以平臺(tái)為胎架面進(jìn)行反造，但是脫硫塔改裝結(jié)構(gòu)類似煙囪，結(jié)構(gòu)平臺(tái)數(shù)量少，中間平臺(tái)就是脫硫塔設(shè)備的基座平臺(tái)，起到承上啟下的作用；如果直接將平臺(tái)與下部結(jié)構(gòu)劃分為一個(gè)段，平臺(tái)以上的部分結(jié)構(gòu)無(wú)法形成立體分段，而成為片體分段，增加分段數(shù)量的同時(shí)不利于總組，而且影響到整體建造周期。針對(duì)這個(gè)特點(diǎn)可選擇外圍壁作為建造基面，或制作專用胎架來解決。

總段劃分與建造主要考慮的是盡最大的可能將主要的脫硫設(shè)備與結(jié)構(gòu)圍壁施工一體化，建造方案包括總組方式、場(chǎng)地選擇、轉(zhuǎn)運(yùn)路線，其中重點(diǎn)是轉(zhuǎn)運(yùn)路線，總段在地面建造，船舶在碼頭，水下搭載，脫硫塔結(jié)構(gòu)總段存在重心高的特點(diǎn)，總段完工時(shí)，如采用龍門吊將總段直接運(yùn)到碼頭，再由浮吊直接起吊搭載，需仔細(xì)核對(duì)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)運(yùn)路線是否存在障礙，碼頭搭載時(shí)，船舶是否要移泊位；總段如不能在碼頭直接起吊，就必須考慮接駁運(yùn)輸工具，比如用駁船等。改造方案需綜合船廠的生產(chǎn)條件與資源，減少對(duì)其它項(xiàng)目的施工影響。

圖4為該船新增脫硫塔三維模型，根據(jù)結(jié)構(gòu)型式及設(shè)備布置，將結(jié)構(gòu)與設(shè)備整體劃分為3部分。

圖4 新增脫硫塔三維模型

第一部分：最底層甲板。結(jié)構(gòu)相對(duì)獨(dú)立，洗滌器基座不在這層甲板上，劃分為獨(dú)立分段，編號(hào)001，分段制作完成后直接吊上船安裝。

第二部分：將洗滌器及所在的第二層平臺(tái)、頂蓋結(jié)構(gòu)，劃分為一個(gè)總段01A，總段由2個(gè)分段組成，下段是編號(hào)為002的分段，上段是編號(hào)為003的分段，002分段完工后轉(zhuǎn)運(yùn)至總組場(chǎng)地，正向擺放，等洗滌器及相關(guān)的管系材料吊裝完成后，再吊裝003分段，組裝成總段，整體上船安裝。運(yùn)輸方案為總組場(chǎng)地完工—龍門吊移運(yùn)上駁船—移駁至原船旁—水上吊裝。

第三部分：艏部伸出一小部分結(jié)構(gòu)，獨(dú)立劃分一個(gè)分段，編號(hào)004。分段與總段的劃分詳見圖5。

圖5 分段與總段劃分

2)可行性分析。整體方案中第一部分與第三部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作與吊裝按正常工藝流程即可，重點(diǎn)是01A總段，主要考慮2個(gè)問題：總段的質(zhì)量及起吊高度。

總段質(zhì)量直接關(guān)系到能否一次性吊裝。因此，技術(shù)項(xiàng)目組仔細(xì)對(duì)結(jié)構(gòu)及設(shè)備質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，同時(shí)與建造項(xiàng)目組進(jìn)行溝通，目標(biāo)是盡可能提高總段的完整性，同時(shí)也保證總段不能超重。預(yù)估總段質(zhì)量132.0 t，其中，結(jié)構(gòu)79.0 t,輪機(jī)39.0 t，舾裝9.0 t，油漆、焊材2.5 t,工裝2.0 t,吊環(huán)、索具0.5 t,未超出公司150 t浮吊的起吊能力。

在估算質(zhì)量之后，還需核算浮吊的最大起升高度，即浮吊的吊高。公司150 t浮吊的吊高為水線面以上43.0 m?？偠未钶d吊耳布置在距基線40.3 m高的平臺(tái)上，在保證安全的前提下，盡量壓縮配繩長(zhǎng)度。設(shè)計(jì)時(shí)鋼絲繩與平臺(tái)的夾角保持最大，以達(dá)到鋼絲繩長(zhǎng)度最短，計(jì)算得出的配繩高度約6.0 m，吊環(huán)及卸扣約0.3 m,吊裝時(shí)高出底層連接甲板的高度按0.2 m計(jì)算，總組段搭載到位時(shí)吊點(diǎn)距船舶基線約46.8 m；船舶常態(tài)下艉部吃水約6.0 m，總組段搭載到位時(shí)吊點(diǎn)距水面約40.8 m，距離150 t浮吊43.0 m極限高度，還有2.2 m安全距離，理論計(jì)算符合搭載吊高要求。

3)精度方案。在脫硫塔加裝項(xiàng)目的前期策劃過程中，需重點(diǎn)考慮新增圍壁的結(jié)構(gòu)特征以及原船舶煙囪結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，在適當(dāng)位置預(yù)留結(jié)構(gòu)余量，防止后續(xù)出現(xiàn)無(wú)法與原煙囪圍壁連接的現(xiàn)象。本項(xiàng)目與原船舶煙囪圍壁角接的結(jié)構(gòu)處設(shè)置30 mm余量，防止后續(xù)出現(xiàn)缺料現(xiàn)象；在新增結(jié)構(gòu)下合龍口適當(dāng)預(yù)留補(bǔ)償量，片體結(jié)構(gòu)每600 mm設(shè)置1 mm收縮量,部分結(jié)構(gòu)僅預(yù)制為片體組立，根據(jù)原船舶煙囪圍壁測(cè)量結(jié)果后再進(jìn)行預(yù)修整，再總組。

4)吊運(yùn)及加強(qiáng)方案。新增結(jié)構(gòu)強(qiáng)度比較弱，后續(xù)的吊裝、轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，易造成整體或局部變形。在方案設(shè)計(jì)階段，預(yù)先策劃、復(fù)核強(qiáng)度，將后續(xù)施工過程中所需的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)位置，通過不同的型式，進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，對(duì)原結(jié)構(gòu)較弱的區(qū)域，通過加大原結(jié)構(gòu)的型材規(guī)格實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，對(duì)局部無(wú)結(jié)構(gòu)存在的區(qū)域，增設(shè)永久性、臨時(shí)性加強(qiáng)型材實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。

綜上，對(duì)于船舶脫硫塔加裝工程設(shè)計(jì)方案中，需要用到的圖紙及文件包含：《××船總體改裝方案》《分段、總段劃分圖(含精度方案)》《分段結(jié)構(gòu)圖》《分段零件表》《板材下料圖》《分段轉(zhuǎn)運(yùn)圖(含工裝加強(qiáng))》《分段吊裝圖》《總段建造工藝》《總段水上吊裝工藝》等。

3 方案實(shí)施

3.1 分段建造

脫硫塔結(jié)構(gòu)改裝，形式不復(fù)雜，但板材薄，易變形；分段建造階段，需選擇合適的建造方案，制定合理的建造工藝。以“高空作業(yè)地面做，封閉空間敞開做，后道工序提前做，水上作業(yè)陸地做”為指導(dǎo)思想，選擇合適的建造方案，推進(jìn)工作的開展，提高工作效率。確定合適的胎架面；進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M立劃分；合理選擇建造場(chǎng)地，減少組立、分段翻身及轉(zhuǎn)運(yùn)的次數(shù)，防止組立、分段的二次變形；使用自動(dòng)化焊接工藝，減少焊接變形；合理劃分預(yù)舾裝，提高預(yù)裝完整率，減少水上搭載工作量。

分段建造采用新造船常用的方法：組立式建造法，見圖6，將分段細(xì)分為小組立、中組立，制作完成后上胎架進(jìn)行大組。下面以002分段為例，詳細(xì)介紹。

002分段包括基座平臺(tái)結(jié)構(gòu)、外圍壁結(jié)構(gòu)，外圍壁在平臺(tái)處斷開，分成了上下各3道圍壁；因此將分段分為平臺(tái)及上下圍壁共7個(gè)中組立，中組立由小拼板、桁材、支柱、加強(qiáng)材等小組立組成；小組立完成后，7個(gè)中組立在不同的中組場(chǎng)地同時(shí)施工；平臺(tái)、下縱橫壁及上縱橫壁的小、中組立分別見圖6(a)、(b)及(c)；中組立完成后，以平臺(tái)片體為胎架面，進(jìn)行大組立，見圖6(d)，按①、②、③、④順序安裝下壁板片體，下壁板大組立裝焊結(jié)束檢驗(yàn)合格后翻身，安裝上壁板片體，見圖6(e)，按⑤、⑥、⑦順序分段整體裝焊完成。組立式建造方法，不僅提高分段建造效率，同時(shí)確保分段建造精度。

3.2 總段建造及轉(zhuǎn)運(yùn)

01A總段，包括了002分段和003分段，內(nèi)部還有脫硫設(shè)備和管系、舾裝件，總段安排在船臺(tái)總組場(chǎng)地進(jìn)行，建造流程如圖7。先定位設(shè)備基座所在的002分段，如圖7(a)所示；再吊裝脫硫塔設(shè)備主體；最后吊裝003分段，總段成型，詳見圖7(b)。

總段在船臺(tái)總組，改裝船?？吭诖_(tái)碼頭，船臺(tái)有200 t與400 t龍門吊,配套設(shè)施設(shè)備有：港池、方駁、200 t平板車、拖船等，400 t吊機(jī)工作區(qū)域覆蓋港池。綜合考慮的選定總段轉(zhuǎn)運(yùn)方案為：400 t起吊—港池—方駁—轉(zhuǎn)運(yùn)至改裝船，用150 t浮吊起吊搭載。

3.3 水上吊裝

脫硫塔加裝項(xiàng)目的水上吊裝工藝要求主要包括余量修割、吊裝防變形、封焊要求、船舶吃水等幾方面。

1)余量修割。新增結(jié)構(gòu)圍壁與原船舶煙囪圍壁相連接的區(qū)域預(yù)先設(shè)置了余量。當(dāng)船舶到廠后，總段搭載前，組織測(cè)量人員對(duì)原船舶煙囪圍壁相關(guān)區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，分析測(cè)量數(shù)據(jù)，在水上搭載前對(duì)分段余量進(jìn)行修割，減少水上搭載工作量和時(shí)間。實(shí)踐數(shù)據(jù)表明，進(jìn)行過余量修整的總段，水上吊裝時(shí)間可節(jié)約45%。

2)吊裝防變形。吊裝設(shè)計(jì)時(shí)，重點(diǎn)考慮防變形因素，必要時(shí)對(duì)新增結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)。在不影響脫硫塔安裝的情況下，新增結(jié)構(gòu)加強(qiáng)優(yōu)先考慮永久性結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，減少后續(xù)工作量。

3)封焊要求。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提前進(jìn)行結(jié)構(gòu)封焊策劃，明確具體位置進(jìn)行封焊作業(yè)。吊裝完成后，在摘鉤前，安排質(zhì)量、工藝人員進(jìn)行確認(rèn)，防止總段摘鉤后出現(xiàn)傾斜，甚至傾倒等安全事故。

4)船舶吃水。如前策劃，總段吊裝前，對(duì)原船艏艉吃水進(jìn)行調(diào)整，防止船舶處于大傾角艏傾或艉傾狀態(tài)，減少新增結(jié)構(gòu)圍壁定位難度，提高工作效率。若因其它因素?zé)o法調(diào)整，也可以根據(jù)艉艏吃水狀態(tài)，模擬傾斜角度，提前調(diào)整吊裝鋼絲繩長(zhǎng)度，使新增結(jié)構(gòu)圍壁與船舶處于相同傾角的狀態(tài)。

本船方案設(shè)計(jì)時(shí)實(shí)船吃水按6 m計(jì)算，在實(shí)際操作的時(shí)候，為減少浮吊的極限操作帶來的不確定因素，將實(shí)船吃水調(diào)到7 m，浮吊起升到41 m，當(dāng)總段吊到搭載位置正上方時(shí)還有約2 m的安全距離，實(shí)踐驗(yàn)證了方案分析的準(zhǔn)確性。至此，改裝方案成功實(shí)施，主體結(jié)構(gòu)改裝順利完成。

圖6 002分段組立式建造法

圖7 01A總段建造流程

4 結(jié)束語(yǔ)

脫硫塔加裝項(xiàng)目，工程量不大，但涉及結(jié)構(gòu)、機(jī)電、舾裝等專業(yè)的設(shè)計(jì)及協(xié)調(diào)工作，同時(shí)還要考慮總段水上吊裝會(huì)產(chǎn)生的問題，因此改裝方案需結(jié)合船廠自有設(shè)施、條件進(jìn)行策劃，分段建造參考新船建造流程進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，對(duì)分段劃分、建造，到水上搭載，整個(gè)改裝方案的每個(gè)環(huán)節(jié)，進(jìn)行仔細(xì)分析，科學(xué)計(jì)算，工程進(jìn)度、產(chǎn)品精度達(dá)到可控狀態(tài)，確保改裝周期的同時(shí)給船廠創(chuàng)造更大的效益。