VLCC改裝的幾點總結

王茂培

(舟山中遠船務工程有限公司, 浙江 舟山 316131)

舟山中遠船務在近兩年內承接改裝的油輪主要有 30萬噸級 “VLCC” 改裝 “VLOC”,18萬噸的阿芙拉船型油輪改裝散貨船等改裝業務。下面以“中國繁榮”輪改裝為例,結合舟山船務已改裝和正在改裝的油輪,做簡單總結,為以后油輪改散貨船的項目作技術積累和經驗提供,使得油輪改散貨船的改裝項目順利有效實施。

1 改裝施工方案簡介

“中國繁榮”輪是韓國籍 VLCC油輪,入 KR船級社,改裝為 VLOC。改裝鋼結構工程約 8 600 t;垂線間長,315 m;型寬,56 m;型深,29.4 m。原來貨油艙區域縱向劃分為 No.1～No.6共 6個艙,其中 No.3、No.4為短艙,分別為 5檔肋位(27.75 m),No.1、No.2、No.5、No.6為長艙,分別為 8檔肋位 (47.6 m),橫向分為左、中、右3個艙,中艙稍寬 (24.83 m)。No.6號中艙后面各間隔出 1檔肋位的污油水艙。改裝方案如下。

1)保留所有縱橫艙壁。其中 No.1,No.2,No.5、No.6(C)為長艙,每艙甲板開設 2個貨艙口設前后兩個艙蓋;No.3、No.4(C)為長艙,每艙甲板只開設 1個貨艙口、1個艙蓋,貨艙區域增設上下邊柜。

2)因為貨艙開口損失了甲板界面積,造成甲板處剖面模數的不足,所以在貨艙頂部兩側設置了兩個上邊柜空艙作為補強。

3)拆除原來油船的相關設備,如貨油管系、甲板泡沫系統、貨油加熱系統等。拆除原來的貨油泵,保留壓載泵,新加一個污水泵,一個操艙泵,以適應裝卸貨物時壓載系統能量的需求。

4)“中國繁榮”輪的改裝重點和難點集中在船體結構的改裝上:①將原 No.1～No.6(C)貨油中艙的肋板在 4 000mm高度處割平,在兩舷靠近縱艙壁處割換并加厚;②在半肋位處加設肋板(肋板間距由原來的 5 950 mm縮小為 2 975 mm);③中艙內加設 3道船底縱桁:中縱桁一道、邊縱桁左右各 1道。縱桁在原肋板和橫艙壁處間斷,在半肋位處連續;④增設內底,內底板首部截止于防撞艙壁,尾部止于泵艙前壁,左右縱艙壁,不穿越橫艙壁,在貨艙區域連續;⑤對原船邊艙強肋骨進行加強,具體為在原框架內新增環形或半環形框架;⑥在邊艙半肋位靠近縱艙壁處上下增設大型肘板,作為中艙半號肋板對應邊艙的橫向肘板加強;⑦在所有貨艙區域距腫 7 965處增設下邊柜,下邊柜和雙層地由距腫 7 965非水密縱桁隔開,下邊柜斜板在邊艙、艏尖艙和泵艙內均進行了適當的肘板加強;⑧在中艙的主甲板下與原船縱壁的相交處增設上邊艙 (左、右舷);⑨橫艙壁由原來單道艙壁改為垂直雙殼艙壁,頂部截止于主甲板,底部截止于內底板;○10甲板上開設 10個艙口及艙口圍,相應新增 10塊大艙口蓋;○11每個貨艙兩個艙口之間的橫向連接甲板下加設橫向端梁,以提高甲板的橫向的剛性;○12根據屈曲評估的結果,還對外底板,原橫艙壁,邊縱壁,邊艙框架,主甲板進行了較大面積的散裝結構加強;○13其他,貨艙內無用的貨油管路全部拆除,新加艙底水管路和液壓管。少量輪機、電氣工程。艙口蓋的開艙采用液壓系統。

根據原船的結構材料使用特點,本次改裝也大量采用了高強度鋼。由于改裝工藝和盡量保留船舶原有結構的原因,改裝采用平面分段上船組裝的方法。本次改裝耗用鋼材大約 8 800 t。改裝后,該輪設計吃水為 20.3 m,載重量約為 280 000 dwt。

2 改裝原則工藝方案

1)開工前工程準備。船到錨地,對實船全面勘驗;組織相關人員確定搭架方案,同時確定甲板上的過線架和材料區位置;船舶進廠前錨地進行測爆、清洗,組織相關人員上船勘驗工程;艙內清油腳,拆除主甲板的管路、設備;在船舶進廠前,舾裝件、結構分段的預制應盡可能進行,預制過程中需質量監控檢驗,分段預制后必須校平,經檢驗合格才能上船安裝。

2)船舶狀態的測量。漂浮狀態下船舶的測量數據應作為船體變形控制的基準和工程完工驗收的參考依據,同時考慮到改裝后鋼結構增加約 8 500余噸,縱向撓度值應作相應修正。對每次的測量數據進行分析和處理,為及時修正施工方案提供有利保障。

3)塢內工程。中艙內底橫向半號框架與外底相連的角縫;邊艙內對應中艙半號框架的肘板與外底相連的角縫;內底板焊接工藝上規定的留在塢內焊接的 3條內底板橫向對接焊縫;中艙雙層底和邊艙外底板加強散裝件;內底縱桁加強肘板與外底相連的角縫;水密橫艙壁前后位置的縱桁與外底相連的角縫;船名,船籍港和分艙標志;其他必須在塢內完成的結構。

4)船體開設工藝孔。在船的主甲板以及艙內橫框架相應位置臨時增設工藝孔,做完加強后立即做好護欄。

5)分段劃分。將內底分段、內底縱桁、半號肋板及對應邊艙肘板、邊艙加強框架、上邊艙、上空艙、干隔艙、艙口圍等結構分期劃分為數個預制單元,分段的質量均控制在 35 t以內。

在平面分段縱向邊界上加放裝配余量 30 mm,此余量在完成分段預制后保留,船上切割。最后所安裝的分段,除縱向兩端留余量,橫向也留有 50 mm余量。

6)施工順序。本輪改裝根據工程量以及結構特點,按區域共分為 3大部分。

(1)中艙:橫艙壁附近新肋板、新縱桁→安裝橫艙壁附近的內底板→安裝其余內底。

半肋位肋板→安裝其余縱桁→安裝內底分段→安裝橫艙壁底部下斜板→安裝下斜板→安裝橫艙壁底部分段→安裝上邊柜橫艙壁區域→安裝橫艙壁上部分→繼續安裝上邊柜。

(2)邊艙:對應中艙半號肋位的大肘板→下部框架加強→安裝止蕩艙壁和新橫梁→上部框架加強。

(3)甲板:安裝艙口反面縱桁→安裝艙口圍端橫梁→安裝甲板角隅加厚板→安裝艙口圍。

中艙、邊艙區域可以同時開展,散裝件根據施工進度視情況安裝。

3 改裝施工過程控制的重點和難點

1)整個船體改裝工程都在船體內部進行,焊接應力無法釋放。在船舶的建造、修理和改裝過程中,焊接和火工都會造成變形與內應力的產生。由于此次改裝分段小,數量多,船上焊接的工作量非常大,全焊透角焊縫比較多,而且船東要求所有厚度超過 12 mm的板材全部采用深熔焊,更加大了焊接量、焊接變形和焊接應力。所以如何減少和釋放施工所產生的應力成了改裝工程的重點。

2)高應力部位多,裝配焊接要求高。受原有結構的影響,裝配對位和驗證的難度很大。改裝船只能采用平面分段上船拼裝的方法,再加上原船的很多管路無法重新安裝,很多分段都是由 2塊或者3塊拼焊組裝,加大了船上的焊接工作量。受結構形式的限制,本船還采用了大量的全焊透角焊縫。因此,控制焊接變形和殘余應力的難度較高。

3)原圖紙與實船的結構不一致,導致設計更改過多。該船船齡較長,圖紙資料不全,船體建模得到的型線不準確,使得設計時對原船結構的布置尺寸掌握不夠準確。往往要等到分段上船后才發現需要修改,而修改部位往往要在船上修整,焊縫間隙難以控制,加大了改裝難度。

4)舊結構形式是根據原來的應力水平設置的,裝配定位的精度也是根據原來的應力水平確定的。改裝時雖利用了原有的結構,但改裝后的結構應力可能遠遠高出改裝前的水平。所以,還要對原有結構進行確認,保證其承受改裝后應力的能力。

5)原有管系和結構對新增結構裝配造成妨礙,使得裝配焊接的難度和工作量大大增加。同時新增機電工程對船體的交叉相互影響。

6)改裝大型船舶的經驗不足,加上船廠的技術力量比較薄弱,往往在做的過程中或做完以后才能發現問題,同時還需要得到船東、船級社和設計公司的認可。

7)施工人員素質的影響。施工隊伍缺乏成熟的改裝經驗,技術水平較高的老 “師傅”都做了管理人員,深入現場不夠,生產現場新工人經驗不足,加上春節節假日的施工人員返鄉等影響,加大了現場工藝和質量控制的難度。

4 施工過程中的注意要點

1)材料請購。改裝船舶材料的請購需進一步提高材料準備的準確性,對材料管理控制專船專用。

2)圖紙信息。建議在出圖上豐富有用信息,頁面飽滿即可,這樣也可以在復印和圖紙發放上比較方便。在分段施工圖中,存在以下幾點問題:①對于單個分段看不出什么問題,待多個分段合攏組裝后發現合攏口有缺口或是存在多道縱橫對接縫在同一位置,不符規范;②圖紙上信息不夠明確,通常會缺少定位尺寸、詳細節點、理論線等等;③對于船上的施工隊伍,單獨給分段施工圖有用信息較少,需要出一份適合船上施工的圖紙。船上施工隊伍結合總裝圖和分段施工圖更有利施工。技術工藝人員要加強對施工圖紙的校對。

3)內場下料。首先是對套料圖進行審核,套料圖有時存在零件數量不全,零件尺寸不對,零件號碼錯誤或者重復,余量漏加或加反,材質弄錯等等,因此,需要由技術員、編程員、內場下料人員一起對數控套料圖結合結構圖進行檢查,但往往這個過程耗時多且不容易很全面的檢查清楚。對于一些分段上的散裝件需與分段材料一起,對單獨的散裝件打包后統一裝運。

4)分段制作。分段總計 1 600多個,從 2～20 t不等,大都為片體分段。特別是內底板分段的制作,翻身后在內底板正面典型肋位和縱桁上畫出理論線,敲上洋沖點,做好標記,以便船上安裝定位。并對每個分段做好銘牌,分段上的散裝件要點焊固定。在分段的運輸與吊裝過程中做好臨時加強,以防分段的變形。

5)施工過程中的問題。

(1)原船切割。按期切割原船肋板和縱桁時要畫好切割線和檢驗線,并做好標記。對肋板上帶的面板不能全部割除,如果只留腹板容易引起失穩而變形。

(2)分期和安裝原則。船舶在漂浮狀態下進行改裝施工,合理的分期順序對船舶強度和施工進度都有著重要的影響。主要遵循方便下一步工序施工的原則,從下到上,邊艙中艙同步施工,不能同時切割三道以上連續框架。

(3)焊接要求。由于 “中國繁榮”輪的改裝受到原有構件的限制,很多部位的焊接應力無法通過自由收縮的方式來釋放。而該船的船上焊接工作量很大,還有許多高應力部位采用了全焊透角焊縫,所以制定合理的焊接順序和焊接工藝,降低焊接殘余應力就是該船改裝是否成功的關鍵之一。

合理的焊接順序原則:先焊可以自由收縮的焊縫,后焊四周無法收縮的焊縫;先焊高應力部位的焊縫,后焊其余部位的焊縫;先焊收縮量大的焊縫,后焊收縮量小的焊縫;盡量采用較小的裝配間隙,以減少焊接量;采用較低熱量的焊接方式,如大量采用 CO2焊接方法;在選用焊接和裝配工藝時,優先選用焊接應力較小的方法。通過其他方法來控制變形;特別重要的部位采用特殊的釋放焊接應力的方法,如焊前預熱、用風鏟敲擊焊縫等。

在施工過程中完成第一期的單面焊后就進行第二期的切割,然而發現在雙層底縱桁加厚板處焊接的單面焊多處出現對接焊縫裂開 (此部位是高應力區)。因此,在施工過程中需要處理好裝配與焊接的關系,在第一期焊接完成后可以進行第二期的切割,但第一期的焊接要繼續進行,同時也可以減少集中焊接,增加焊接應力的聚集。

對內底板和橫艙壁預留幾條對接縫在塢內焊接,以釋放由于船舶在水上漂浮狀態時中垂中拱等引起的應力。

(4)節點形式和節點的要求。由于應力水平的不同,在中小型船舶上常用的節點形式對于大型船舶的高應力部位,不一定合適。比如高應力部位的肘板,大多數采用軟趾形式,但對于應力特別高的肘板,還采用了一些特別的措施。

(5)邊沿要處理光順。邊沿不光滑會導致應力集中,而且邊沿的涂層是較易損壞的部位,焊接過的部位在今后的營運過程中更易于銹蝕,也增加了今后檢查和保養的難度。

(6)在修對接焊縫時,反面的扶強材過焊孔沒開,會傷及扶強材母材。

(7)精裝配時構件的端部應避免定位焊,定位焊的質量要求與正式焊縫相同。構件端部是焊縫最重要的部位之一,應避免存在缺陷,所以裝配時不允許在構件的端部進行定位焊,定位焊一般應該離開構件的端部 100mm以上。當確實需要在端部進行定位焊時,應由持證焊工按照認可的工藝施焊,以保證定位焊的質量。定位焊的規格和間距,按照 CSQS標準執行。

(8)高應力區的焊縫成形應予以特別關注。焊縫的形狀對應力集中有著重要的影響,焊縫成形不好而導致的裂紋屢見不鮮。在保證焊喉尺寸的前提下,焊縫的形狀最好略為下凹。

(9)高應力部位的裝配精度應該嚴格檢查。

(10)裝配精度包括裝配間隙和構件的對準。裝配間隙應該嚴格按照標準執行,避免過大的間隙。特別強調的是在內底板、肋板、下邊柜斜板的裝配中需要按照規范使這三者中心線交于一點。

自編不進位加法和不退位減法口算題2套和進位加法和退位減法口算題2套．即，1套一位數加一~八位數口算題各8道，共64道；1套一~八位數減一位數口算題各8道，共64道；1套一位數加一~八位數口算題各8道，共64道（只進一位）；1套二~八位數減一位數口算題各8道，共56道（只退一位）．

(11)強力構件的端部 (包括高應力肘板趾端)應該有良好的過渡。受強力的構件,在其趾端 (如邊艙框架加強構件的趾端,和艙口間橫向甲板條對應位置頂邊艙底板和縱艙壁連接的肘板趾端等)會有應力集中的現象,良好的過渡能夠大大改善應力集中的程度。

(12)余量的布置與切割。在邊艙框架加強分段中,多處存在圓弧處線型的誤差,同時存在分段對接處存在很多挖補,因此,建議在邊艙框架加強分段中余量加大。同時由于線型部位切口位置難以保證準確,建議現場散裝。

(13)施工人員自身問題。施工隊伍帶班存在對圖紙的保管不好,看圖不清,相互交底不明確等,在一定程度上造成施工錯誤。

(14)備料問題。技術工藝人員要熟悉圖紙和施工情況,必要時結合生產設計圖紙、詳設圖紙、原船圖紙、現場實際板厚情況等,對板厚材質進行確認。對于一些散裝件需要進行準確統計,對不明確的數據不能直接在圖紙上量取,可能會因為圖紙比例等原因造成錯誤。

5 安全控制重點

由于是油輪改裝,并且該輪體積相當龐大,改裝工程涉及到船體鋼結構、管系排布、機械設備、電氣遙控、涂裝油漆、大面積腳手架作業等,故其安全控制比一般船舶修理要復雜得多。以下列出幾個最主要的安全控制要點。

1)防火防爆。原貨油艙內雖進行過專業清油,但極有可能在不易清潔的死角存在少量油渣或油泥,會產生揮發性油氣,游離于密閉的貨油艙內,要禁止人員貿然進入吸入油氣中毒,同時應絕對禁止熱工作業,只有在專業油氣測爆人員檢測合格,并采取相應防爆措施后方可進行熱工作業,并且一定要有專人監護、定時匯報,使危險作業受控。在后續施工過程中一直到最后艙蓋調試完工,防火防爆都是安全控制重點。

2)防止起重吊運傷害。整個過程都涉及到起重吊運,有的分段吊裝質量高達 30 t,艙蓋逾 50 t,在整個吊運過程中,起重設備的安全性能、指揮人員的素質、吊運時的氣候 (風力、能見度)等諸多因素都能夠對吊運作業的安全性產生影響,故吊裝作業一定要特別小心謹慎。另外,改裝過程中有相當部分分段由于受吊運場所空間位置限制,經常需要有手拉葫蘆等簡易起重設備做配合拉升,配合時人員的站位、手拉葫蘆的受力方向等都對吊運效果產生影響,這就使起運傷害的幾率進一步加大。

4)禁止交叉作業,防止物體打擊。改裝工程涉及多個工種,一旦形成交叉作業極易造成連鎖的高空墜物傷人等物體打擊事故。同時由于電纜,各類風氣管路容易燙壞,可造成可燃性氣體泄漏等隱患。避免立體交叉作業的方法是:時間錯開和上下位置錯開。

5)防止腳手架坍塌。由于船舶施工區域腳手架高度近 30 m,而且是分期分批搭設,除了要嚴格按照規范搭設外,日常的檢查和維護工作也是非常重要的。要經常對腳手架進行檢查維護,使其處于安全狀態。

6)防止化學性爆炸。改裝過程中,經常會有多部門、多工種交叉更替作業,特別是熱工和油漆的交叉交替作業,除了要注意油漆作業影響的范圍和時間外,容易忽略在密閉艙室油漆作業時揮發的可燃性氣體有可能經隱蔽的孔洞泄漏到相鄰的區域,甚至可能游離至我們時常控制的 20 m范圍以外的區域,這就給在此區域的熱工作業埋下一顆隱形的 “定時炸彈”。

7)其他諸如常見的灼燙傷、觸電、物體打擊傷害更是每天的常規性控制要點。另外,像塵肺這類 “潛伏期”較長的職業病,不只是安全要考慮的事情,從 “以人為本”的人道精神方面我們也要做好控制。

6 質量控制重點

大型船舶改裝是近幾年才迅猛發展起來的新業務,改裝工藝較初期雖有較大改進,但針對改裝本身并沒有十分完善的經驗可以借鑒,所以,在質量控制上,較常規修理船舶也有控制的重點。

1)船舶主甲板大開口的開設,對總長達 330 m的大型船舶來說,縱向撓度扭曲變形控制是首要的。大開口區域的臨時加強 “假艙口圍”非常重要,一定要按照施工工藝,做好加強。同時技術人員也要對船舶的縱向撓度值經常做好測量監控跟蹤,必要時及時做好工藝修正方案。

2)在船舶營運過程中,往復式的裝載、卸載作業,常有局部變形,而且由于十幾年前的建造精度和設計圖紙存在著不小的出入,加之設計施工圖紙是按照原船設計圖紙施工的,雖然在新裝分段建造時都相應加放了余量,但在實際裝配中,由于受施工環境、吊裝順序、施工人員技術水平等影響,新裝結構和原船結構存在誤差,這也會給船舶在今后的營運中埋下隱患。因此,除了要提高施工人員技術水平外,最好開發能夠實施標準施工程序的方案。

3)在這類大型船舶改裝中,經常會用到低溫高強鋼等特殊材料,此類材料要遵循其特殊的施工保護措施,常見的保護措施有加熱保溫施工等。

4)在主甲板大開口區域附近也經常容易出現局部變形,這也是控制的要點。另外,諸如結構錯位、非強力結構的局部變形、焊接外觀質量問題等等也是巡查時候關注的重點。