1.9萬t化學(xué)品船設(shè)計(jì)和建造要點(diǎn)研究

黃春陽

(上海佳豪船海工程研究設(shè)計(jì)有限公司,上海 201600)

0 引言

化學(xué)品船是一型高難度、高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量、高技術(shù)、高附加值的液態(tài)危險(xiǎn)品貨物運(yùn)輸船。為滿足現(xiàn)代海洋科技化學(xué)品船的設(shè)計(jì)優(yōu)化升級(jí)和制造安裝特殊工藝要求,消除各種設(shè)計(jì)建造難點(diǎn)(如貨品危害、裝載溫度、耐久防腐和整艙特涂等),避免裝運(yùn)特殊貨品對(duì)船舶使用壽命、生命健康安全及社會(huì)生態(tài)環(huán)境帶來大量破壞,必須以耐久、安全、可靠、降本、節(jié)能、增效為目標(biāo),從設(shè)計(jì)初期狀態(tài)和建造過程方面把控船型特點(diǎn)獲取更優(yōu)質(zhì)的方案施工[1]。本文基于1.9萬t化學(xué)品船實(shí)船,分析技術(shù)要點(diǎn)和優(yōu)化方案,為新型化學(xué)品船項(xiàng)目技術(shù)評(píng)估提供有益參考。

1 主要參數(shù)

1.9萬t化學(xué)品船是第二代淺吃水化學(xué)品船,適用于東南亞和非洲地區(qū)的沿海、島嶼間及內(nèi)河運(yùn)輸。該船的主要尺度如下:總長157.50 m,垂線間長149.30 m,水線長153.50 m,型寬27.60 m,型深12.00 m,設(shè)計(jì)吃水7.00 m,夏季吃水7.50 m,定員(包括引航員) 25人+ 6人(蘇伊士運(yùn)河船員),服務(wù)航速14.00 kn。

2 船型設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 初步線型核查

(1)設(shè)計(jì)初期應(yīng)明確船東所需運(yùn)輸?shù)奈ｋU(xiǎn)貨品清單,整理裝載清單中每種化學(xué)品的特性。

(2)從滿足船東的貨運(yùn)量需求出發(fā),確定適用的船舶主尺度、分艙布置和主要設(shè)備參數(shù)。

(3)液貨船貨品密度小,艙容要求高,內(nèi)殼型線的設(shè)計(jì)需結(jié)合三維模型反復(fù)優(yōu)化。

(4)充分理解規(guī)范公約要求和型值變化趨勢(shì),確定貨艙段尺寸變化和艙容數(shù)值,線型更新后應(yīng)及時(shí)檢查艏艉大型設(shè)備布置空間和排水量數(shù)據(jù)。

2.2 空船重量預(yù)估

(1)方案設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)控制各類材質(zhì)的選用區(qū)域,按規(guī)范要求反復(fù)核算構(gòu)件尺寸和板材規(guī)格。

(2)選擇類似船型進(jìn)行技術(shù)評(píng)估,明確新規(guī)范、公約等技術(shù)要求,保證設(shè)計(jì)初期可以精確預(yù)估空船重量。

(3)確保設(shè)備技術(shù)參數(shù)滿足選型要求,設(shè)備重量與廠家確認(rèn)后匯總。

(4)統(tǒng)計(jì)鑄鍛件、設(shè)備基座及加強(qiáng)結(jié)構(gòu)重量,主要根據(jù)總布置圖、技術(shù)規(guī)格書和船舶設(shè)備清單來確定具體分項(xiàng)。

2.3 浮態(tài)校核

根據(jù)《國際海上人命安全公約》要求,核算典型工況的船舶穩(wěn)性和初步破損穩(wěn)性,保證穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)K值、初穩(wěn)性高度、橫傾角和復(fù)原力臂等滿足規(guī)范要求值。若由于貨品密度不同導(dǎo)致船舶浮態(tài)不理想時(shí),則需調(diào)整艏艉線型或分艙優(yōu)化。若船東要求一次運(yùn)輸多種化學(xué)品時(shí),產(chǎn)生分艙較多的情況需按計(jì)算狀態(tài)調(diào)整分艙布置。

2.4 設(shè)計(jì)周期

全船設(shè)計(jì)工作計(jì)劃周期的控制尤為重要。作為工程項(xiàng)目的技術(shù)源頭,設(shè)計(jì)工作影響著后期工作的方方面面。從船廠技術(shù)招標(biāo)文件的準(zhǔn)備,到物供設(shè)備采購技術(shù)支持,再到各圖紙的設(shè)繪相互關(guān)聯(lián)等制約著后期工作的展開,直至影響到最終建造完工交付,因此設(shè)計(jì)周期的控制應(yīng)作為項(xiàng)目控制的重點(diǎn)。

3 船型特點(diǎn)分析

3.1 裝載貨品要求

(1)船東建造規(guī)格書要求本船貨艙設(shè)計(jì)最大裝貨密度為1.55 t/m3。

(2)貨品裝載清冊(cè)應(yīng)滿足船舶舾裝、系統(tǒng)及涂層材料的特性,且無害于整個(gè)貨油系統(tǒng)。

(3)注意限界面鋼質(zhì)門和空氣進(jìn)出開口不能直接面向貨艙區(qū)域。

(4)按公約對(duì)危險(xiǎn)貨物要求增加設(shè)置救生消防雜件。裝卸貨工況要滿足FRAMO公司4臺(tái)貨油泵和1臺(tái)壓載泵同時(shí)使用的要求。

3.2 鋼材選取

船體結(jié)構(gòu)用鋼及機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)鋼材,包含鑄鍛件均應(yīng)滿足船級(jí)社規(guī)范技術(shù)質(zhì)量要求。根據(jù)各類材料使用范圍,局部可采用高強(qiáng)度鋼或鑄鋼。材料選取時(shí)應(yīng)滿足設(shè)計(jì)環(huán)境溫度,材料鋼級(jí)符合規(guī)范約束條件。

3.3 焊接檢測(cè)

厚鋼板、鑄鋼件和高強(qiáng)度鋼板的焊接應(yīng)采用低氫焊條。分段涂裝前,所有需要做密性試驗(yàn)和強(qiáng)度試驗(yàn)的焊縫處用膠帶粘貼保護(hù)。主要結(jié)構(gòu)件焊縫重點(diǎn)區(qū)域需要進(jìn)行X射線和超聲波無損檢測(cè),檢查點(diǎn)可能額外增加10%,需在無損檢測(cè)圖紙認(rèn)可階段最終確認(rèn)。

在舾裝托架和臨時(shí)支撐件的焊接過程中,不允許構(gòu)件直接焊接在船體外板、主甲板和管系上。舾裝支架固定端必須避開結(jié)構(gòu)焊縫,不扭曲施焊。

3.4 不銹鋼件

不銹鋼件應(yīng)存儲(chǔ)在干燥溫暖環(huán)境中,表面用三防布或塑料薄膜防護(hù)?，F(xiàn)場(chǎng)避免踩踏不銹鋼板,不銹鋼板材表面一旦受損應(yīng)及時(shí)修復(fù)。采用不銹鋼專用工具進(jìn)行相關(guān)作業(yè),專用工具應(yīng)做好清晰標(biāo)識(shí)。

不銹鋼在對(duì)接時(shí)難度大,要求高,焊縫處必須采取鈍化處理。由于不銹鋼件與碳鋼接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生滲碳現(xiàn)象而影響材料性能,所以不銹鋼件在預(yù)制、儲(chǔ)運(yùn)、安裝等環(huán)節(jié)中要做適當(dāng)?shù)姆雷o(hù),避免與碳鋼直接接觸。

4 船舶建造要點(diǎn)

4.1 船體部分

本船的貨艙區(qū)域?yàn)閱渭装?、雙底雙殼結(jié)構(gòu)。主甲板為連續(xù)甲板,雙層底中心高度為1 850 mm,雙殼寬度為1 500 mm。貨艙區(qū)域由2道縱向艙壁分成中部貨油艙區(qū)和兩側(cè)壓載水艙區(qū)。貨油艙區(qū)又由1道縱向槽型艙壁和6道橫向槽型艙壁分隔成為12個(gè)貨油艙和貨油區(qū)后部的2個(gè)污油艙。兩翼壓載水艙分別與雙層底壓載水艙相通,沒有配置壓載系統(tǒng)專用結(jié)構(gòu)管弄。船體部分建造要點(diǎn)如下:

(1)控制局部不銹鋼與碳鋼焊接工藝,不銹鋼焊接過程監(jiān)控質(zhì)量。

(2)機(jī)艙主機(jī)采用下沉式機(jī)座,結(jié)構(gòu)和管系安裝空間狹小。

(3)化學(xué)品船管系多,結(jié)構(gòu)開孔多。

(4)貨艙內(nèi)無底墩和頂墩結(jié)構(gòu)、貨艙槽型艙壁與內(nèi)底、主甲板的焊接控制變形很重要。其主要原因如下:一是容易出現(xiàn)裂紋和焊縫氣泡夾渣,二是PSPC(特涂)要求焊腳打磨非常光順。

(5)確保貨艙槽型艙壁和雙殼內(nèi)縱壁公差控制和裝配間隙。

(6)保持零件清潔,加工焊接前應(yīng)清除表面氧化物,開口邊緣打磨光順。

(7)船體零部件焊接成型后,現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)及時(shí)清理毛刺、飛濺。

(8)焊接需結(jié)合板材特性和焊腳高度選擇合適的焊接電流及焊材。

(9)在施工過程中反復(fù)測(cè)量零部件尺寸,保留測(cè)量表的原始記錄,加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量管理。

4.2 涂裝部分

貨艙、污油艙和淡水艙的表面處理和涂裝應(yīng)根據(jù)涂料廠家提供的程序進(jìn)行。船體外板的防銹漆及壓載水艙、貨油艙和污油艙的環(huán)氧漆完工后,測(cè)量其干膜厚度,直至滿足涂裝要求。涂裝部分建造要點(diǎn)如下:

(1)特涂:貨油艙涂層由于適裝貨物的特殊要求而需要特殊涂裝。特涂前參考油漆廠家的粗糙度要求,結(jié)合工廠的設(shè)備情況,確定磨料的選擇、烘干和裝運(yùn)。噴砂前對(duì)照貨艙內(nèi)6面體各種附件清單一一檢查,確保所有附件安裝到位,滿足噴砂貨艙內(nèi)表面施工作業(yè)的各項(xiàng)要求。排砂和除塵作業(yè)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行噴漆作業(yè)工藝程序。

(2)在涂裝工作流程中腳手架的搭建和拆除很重要,現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)避免損傷母材。

(3)確保涂裝區(qū)域焊接外觀成型和打磨要求,表面清理后應(yīng)在8 h內(nèi)噴刷底漆。

(4)滿足PSPC(特涂)要求的涂裝施工。

(5)面漆表面看不到桔皮、流掛不大,無明顯收縮紋現(xiàn)象。

(6)油漆顏色不能有明顯差異,無顯著異臟部份,無漏涂和漆膜脫落現(xiàn)象。

(7)下雨、下雪、重霧、潮濕的氣候條件下禁止進(jìn)行涂裝作業(yè)。

4.3 貨油裝卸系統(tǒng)

本船配備獨(dú)立式貨油深井泵,12個(gè)獨(dú)立的液貨艙可進(jìn)行12種不同貨油的裝卸。貨油泵本身已設(shè)有掃艙管,通過壓縮空氣吹除,可將貨油管內(nèi)的殘余貨油掃除。本船通過氣動(dòng)隔膜泵將集油盤內(nèi)的殘液抽至殘液艙或者污油艙。貨油艙設(shè)透氣和蒸發(fā)氣收集系統(tǒng),采用獨(dú)立透氣管控制式透氣系統(tǒng)和公共集管式蒸汽回收系統(tǒng),每個(gè)貨艙有單獨(dú)的透氣管,透氣管頂部配高速透氣閥。

通過將透氣管連通至蒸發(fā)氣回收總管,可以將蒸發(fā)氣收集送回到岸上處理。貨油艙溫度控制系統(tǒng)采用316L不銹鋼盤管蒸汽加熱。貨油艙清洗系統(tǒng)由洗艙泵、洗艙水加熱器、洗艙機(jī)及相應(yīng)的管路和附件組成。貨油監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括貨油的溫度監(jiān)測(cè)、壓力監(jiān)測(cè)、液位監(jiān)測(cè),以及易燃、有毒蒸發(fā)氣的監(jiān)測(cè)。本船配有氮?dú)獍l(fā)生裝置,利用氮?dú)饪梢詫?duì)貨油艙和壓載艙進(jìn)行惰化。氮?dú)膺€可用于掃艙掃線作業(yè)。

關(guān)于貨油蒸汽控制系統(tǒng)操作手冊(cè),其關(guān)鍵點(diǎn)是根據(jù)設(shè)定裝載率下的貨艙透氣系統(tǒng)和蒸汽回收系統(tǒng)的壓降計(jì)算,即所有貨物在最大裝載率下,船舶所產(chǎn)生的蒸汽通過閥門或貨物回收管路時(shí),液貨艙內(nèi)的壓力不會(huì)超過其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壓力。由于蒸發(fā)氣回收系統(tǒng)與載貨清單、液貨艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壓力、液貨裝載率、透氣管等有著相互影響的關(guān)系,為避免后期出現(xiàn)某些貨品不能裝,或者必須降低化學(xué)品貨物裝載率的情況,應(yīng)提前熟悉廠家操作手冊(cè)。

本貨油系統(tǒng)區(qū)域兼顧了石油公司國際海事論壇(OCIMF)規(guī)范要求和液貨碼頭的要求,可以滿足世界多數(shù)液貨碼頭的要求,即可以滿足大多數(shù)船東客戶的需求,具備很強(qiáng)的適應(yīng)性和實(shí)用性。

5 安全危害控制

5.1 設(shè)備和材料的保護(hù)

化學(xué)品船的適裝貨品對(duì)環(huán)境或安全有相當(dāng)嚴(yán)重危險(xiǎn),甚至是非常嚴(yán)重危險(xiǎn)[2],船廠和承包商應(yīng)確保所有材料和設(shè)備在建造期間保持高度清潔。

安全危害控制措施應(yīng)包括但不限于以下:

(1)用防火帆布或類似物品保護(hù)重型設(shè)備。

(2)采用耐火覆蓋物(如膠合板或類似裝置)保護(hù)敏感和脆弱的設(shè)備(如家具、電器/儀器、玻璃器皿等)。

(3)保護(hù)存儲(chǔ)在倉庫或類似處所的所有材料。

5.2 防火要求

(1)建造時(shí)需提供易理解和高效的防火系統(tǒng)。

(2)熟悉并注意化學(xué)品物理性質(zhì)的相關(guān)參數(shù),如閃點(diǎn)、燃燒溫度和爆炸極限值等。

(3)為復(fù)雜易燃的機(jī)械設(shè)備提供適當(dāng)?shù)姆阑鹱o(hù)具以保護(hù)該機(jī)械設(shè)備不受潛在火源的傷害。

(4)在絕緣材料附近焊接時(shí)要提供火警監(jiān)視。在焊接操作過程中,除間斷焊或點(diǎn)焊外,焊接時(shí)要移除絕緣材料。

(5)當(dāng)進(jìn)行加油、注油、揮發(fā)性、易燃易爆材料的作業(yè)時(shí),需嚴(yán)禁煙火。

(6)正在進(jìn)行噴漆艙室等有引燃危險(xiǎn)的處所嚴(yán)禁強(qiáng)光照射。

5.3 健康危害

(1)加強(qiáng)全員對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品安全意識(shí)教育。

(2)試驗(yàn)時(shí)按大綱要求配備防護(hù)用品,避免通過施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)產(chǎn)生呼吸、接觸和吸收帶來的危險(xiǎn)。

(3)化學(xué)品特性在化學(xué)反應(yīng)時(shí)易產(chǎn)生吸熱、放熱、壓力增加或產(chǎn)生有毒有害氣體,應(yīng)在建造過程嚴(yán)格保證工作人員人身安全。

6 結(jié)論

(1)化學(xué)品船裝載工況種類多,研發(fā)前期應(yīng)做好充分的準(zhǔn)備工作和專業(yè)組協(xié)作事項(xiàng),設(shè)計(jì)師應(yīng)優(yōu)化艙容和合理分艙。

(2)不銹鋼材料價(jià)格很高,裝貨清單對(duì)需要特涂防腐區(qū)域和材料選取應(yīng)合理,有效控制船廠成本預(yù)算。

(3)嚴(yán)格執(zhí)行建造工藝要求,監(jiān)控施工現(xiàn)場(chǎng)不銹鋼和碳鋼焊接質(zhì)量,控制局部變形。

(4)施工和試驗(yàn)時(shí)應(yīng)有效防止化學(xué)品污染危害,保障人員健康。