“發展之路”輪由LPG改為半潛船改裝工藝研究

李劍博

(山海關船舶重工有限責任公司，河北 秦皇島 066206)

0 引言

山海關船舶重工有限責任公司圓滿完成的“發展之路”輪改裝工程，是國內自行設計的第一艘 (也是世界首創的)由LPG船改裝成自航式半潛運輸船項目，主要用于承擔運輸海洋工程作業機械、海洋石油開采平臺、大型海洋工程構件、海上風力發電設施等。面對前所未有的挑戰，全體員工勇于拼搏，使該輪成功改裝并順利首航。

1 工程概述

“發展之路”原船是1983年在日本某船廠建造的76000m3LPG型船，現改裝成載重量約為21000t，采用柴油機推進、航行于無限航區的半潛船，該船將作為重型機械設備及施工船舶的遠洋運輸船。LPG船屬高附加值、技術密集型船舶，此次改裝工程主要涉及船體、外裝、輪機、電氣、通風等相關專業。工程新加約7000多噸鋼結構，將原船液貨艙、壓載水艙和艏艉尖艙改裝為44個壓載水艙，新增雙層縱骨架式甲板，新增5道橫向水密壁，新增平臺、底縱桁和縱艙壁等船體結構;拆除6000多噸原船鋼結構和罐體，新增3560t固體壓載、艏部泵艙、艏泵艙通風、照明系統、船舶安保系統、雷達、衛星通訊系統 (CCTV、KU波段)、配載計算機、防海生物系統等，升級改造配電系統，重新布置系泊設備、起重克令吊、救生消防、進排水系統、艙底水系統、液位測量控制系統、消防水管系、主干電纜等工程。

表1 改裝前后主要參數

改裝后此半潛船具有以下特征。

1)船級。

本船船體 (包括設備)、輪機 (包括設備)應由CCS按照其規范進行審圖和檢驗，并由CCS授予以下符號和附加標志:★CSA Semi－submersible Heavy Lift Vessel;Loading Computer(S.I.); ★CSM。

2)潛浮性能。

本船利用壓載水系統能夠下潛的最大潛深為18.00m，從最大潛深18.00m上浮到設計吃水9.30m時，所需時間最大為4 h;從設計吃水9.30m下潛至最大潛深18.00m的時間小于4 h。

3)裝卸貨性能。

本船通過上浮/下潛的方法裝卸漂浮物，如近海裝置、工程挖泥設備、船舶等。貨物甲板總長為130.00m，最大船寬38.00m，貨物甲板可利用面積約為4800m2。貨物甲板的最大設計載荷為20t/m2。在裝卸貨物過程中利用船上的4臺絞車對漂浮物進行定位。為了輔助裝卸貨作業，本船配置了1臺鏟車、2臺吊車 (使用原船的)以及一些緊固、焊接和切割等裝置。

4)操縱性能。

本船采用原船推進系統。船首增加輔助瞭望臺，用于輔助裝卸貨時的瞭望。

5)航行性能。

本船為柴油驅動、常規軸系傳動、可調螺距螺旋槳推進。在吃水9.30m 時，航速為16.99 kn。根據穩性和橫搖周期的要求，能夠通過調節壓載水的高低位置達到理想的航行狀態，也可調節壓載水的前后位置以改變船舶的縱傾。

2 工藝研究與成果

船舶改裝是一個綜合性強、復雜程度高、存在較大施工風險的工程，LPG船改裝為自航式半潛船，在國內外沒有安全技術和工藝可以借鑒，而該船改裝過程中將涉及諸多狹小 (密閉)艙室作業、起重吊裝作業、涂裝作業、鋼結構拆解和裝配作業等危險工種，極易發生火災、爆炸、起重機械傷害、物體打擊、高墜、觸電、中毒、富氧、窒息等事故。隨著“發展之路”輪改裝工程順利完工交船，研究項目圓滿完成預定的各項任務，現將取得的創新性成果介紹如下。

2.1 船體鋼結構漂浮狀態下改裝工藝研究

技術部門積極與生產部門協調，詳細了解生產資源。在掌握生產資料的同時與物資部門溝通，了解材料采購狀況后，根據該船的結構尺寸，初步確定了船體改裝施工方案及分段的劃分原則。如何在保證施工安全、船舶安全的前提下進一步擴大施工區域成為此次改裝工程的難點所在。為了將船體分段入艙，主甲板必須開設工藝孔，由于改裝過程中施工區域較多，主甲板開設較多工藝孔，從而使船體結構總縱強度損失較大，船舶漂浮狀態下受到較大的中拱變形。如果中拱彎矩超過船舶許用的最大中拱彎矩時，船體結構將被破壞，產生較大的永久變形甚至出現主甲板塌陷或外板凹陷的情況。為了解決擴大施工區域與主甲板工藝孔的矛盾，首先從該船的裝載計算機中獲得在港池中空船所能承受的最大彎矩和最大剪力的數據。結合該船型改裝的具體特點，經過仔細分析后認為，由于船體結構所處的安裝位置不同，需采取不同的施工方案。如:原船雙層底新加6道縱向連續旁縱桁結構，因為縱向連續故橫向肋板必然要拆裝一段以方便旁縱桁的安裝就位，所以施工工藝采用交錯斷續的散片安裝流程。新加平臺與新加肋板及縱桁板組成半立體分段預制后上船合龍。由于新加管隧不能形成立體段，只能進行散片安裝上船，新加縱壁組成平面片體段上船合龍。二層甲板考慮肋位處的下肋板與二甲板組成平面分段后需要在船上安裝大量的臨時支撐，而且帶來碼頭吊車配合時間較長，故考慮下肋板與二甲板采取分離的施工工藝，即安裝時下肋板形成組合片體上船散裝，后形成“托架”，再吊裝二甲板平面片體。貨物甲板則由貨物甲板及下肋板及下縱桁組成半立體分段預制后上船合龍。對于縱向強度除了原船主甲板工藝孔處被間斷地局部破壞以外，其它所有縱向結構均未破壞。新加貨物甲板為縱向及橫向連續結構，為了保持原船縱向結構，新加貨物甲板在船中部分形成平面片體散裝及舷側處形成半立體的延伸甲板分段，待老船結構拆除后再形成新加貨物甲板。艏艉部分新加結構是對新加結構的延伸及對原結構進行加強，故此部分不能形成立體段，因此采取平面片體分段上船散裝的施工流程。最終確定了船舶進廠后排空壓載水，船舶在空載及盡量少裝載情況下進行改裝施工;全船共分兩個施工周期，施工順序為自下而上，船體結構分為分段預制及上船散裝兩個工藝過程;分段預制又分為平面片體和半立體段預制，原則上要求分段質量不超過22 t，船體分段劃分原則上為7.60m。為了方便分段安裝，部分船體結構需要拆裝。

2.2 原船主船體結構拆除工藝研究

LPG船主甲板上布置了大量的管子及低溫加工設備，再加上液體艙室外表面以外覆蓋著保溫泡沫層，拆解和清除這些附屬存在很大的困難及安全隱患。經過各方面的共同努力，最終確定了拆除工藝流程:甲板面拆除完畢之后，在主甲板上小面積的局部開工藝孔，用于拆除艙室內罐體上方的保溫絕緣材料;待可燃物完全拆除后，開主甲板工藝孔;拆除完成后對艙室內的液貨艙罐體采取分片解體拆除;拆除船體側壁的保溫泡沫層;達到鋼結構施工條件后進行改裝施工作業。設計要求切除原船從Fr50至Fr93距基線12.71 m以上主船體結構和管路。拆除老船主船體結構是本次改裝的難點，最初考慮大量的改裝工作是在碼頭漂浮狀態下進行，為了保證原船總體強度，改裝時不會產生過大的永久變形，將新加主船體結構全部或完成80%的焊接工作量時，對原船主船體結構采取交錯切除的方法進行切割，而且根據碼頭的門機起重能力，最大吊裝質量不得超過22 t，原船主船體需被劃分為39個立體段進行吊裝切除;如果在塢中進行原船主船體結構的切除工作，原船總體強度要求不高，可以擴大切割的施工區域，新加主船體結構的焊接工作量完成比例要求不高，采取整體的環段切除來減少切割的工作量。最終船舶的實際拆除狀態在船塢內進行的，共分13個立體環段，最大環段質量不超過350t，采用600t龍門吊將原船主體結構拆除完畢。

2.3 3560t固體壓載的安裝工藝研究

本船所能提供的全部壓載水的艙容只能將船體壓載到14.50m處的吃水，達不到下潛18.00m的要求，必須使用其它形式的壓載方式來滿足設計的要求。從經濟方面考慮，船東建議采用“面包鐵”作為固體壓載，但經過實地考察及評估，由于“面包鐵”形狀不規則、密度不均勻、重心不一致、質量粗糙、現場操作不方便等，決定采用廢舊鋼板切割成片作為壓載塊，疊加尺寸為95mm×125mm×390mm(側面間隙用斷續焊牢固連接)，以單塊形式安裝，固體壓載平均密度在7.85 t/m3，單塊質量約為36.36kg。主要安裝在No.7和No.8艙雙層底處，船上總共安置3560t固體壓載。由于船舶在海上存在各種的漂浮狀態，會出現較大的縱傾及橫傾，為了防止固體壓載塊在艙室內串動、翻滾并集中到某一舷，對船舶的穩性產生不良的后果，故在固體壓載艙內作合適的固定裝置，采用焊接的形式將固體壓載固定在這些裝置上。最初的方案把固體壓載放在船體結構所形成的艙室中，固體壓載艙中要增加測深、透氣及艙底水系統，為人員提供進出這些艙所需的有效空間和通行工具。如此一來，固體壓載艙會需要很大的空間和一系列為此艙服務的系統工作，無形中增加了較大的工作量。經過多方面的綜合考慮并通過與船東、船檢及船廠的協調，最終采納了把固體壓載浸在水中的方案，浸在水中的固體壓載必須采取防腐處理來減緩腐蝕速度。固體壓載的表面積大約為20420m2，出于節約成本的考慮，采用瀝青漆進行處理，瀝青漆附著力強、對表面處理的要求不高、成本低。現場采用鋼絲刷等工具或采用Sa1.0級掃砂方式，對表面進行簡單處理后噴涂 (刷涂或沾涂)瀝青漆，使固體壓載不露出鋼板面即可。現場實踐后達到了預期效果。

2.4 液貨艙罐體拆除工藝研究

液貨艙罐體拆除是關系到改裝成敗的關鍵，通過船上數次的勘驗將人可以到達的地方全部進行確認，分析整個罐體是一個整體，應該在原船主甲板未吊裝前利用大噸位龍門吊整體吊裝鑲嵌在艙室當中，所有的保溫絕緣材料全部先期裝好，但是不能確定底部數十個結構肘板支撐 (連接部位有專用硬木和絕緣保溫材料覆蓋)是否有連接，人無法進入觀測識別只能暫定為無硬性連接，認為該罐體也是不承受橫縱向載荷的，應該就是個儲存容器。通過現場查驗，大面積拆除原船二甲板面處可燃性極強的絕緣保溫層后，再進行罐體的拆除。沒有時間分析罐體材料，直接通過焊接試驗利用現有的焊接材料將吊耳與取樣材料焊好，通過大噸位吊車直接進行拉斷試驗驗證焊接性能，實踐結果表明低溫材料的可焊性較好。經過探討確定了拆除步驟:①主甲板開工藝孔后將罐體頂部露出，經過估算質量，先將罐體頂部利用火焰氣割方式拆除，再將整個片體拆成兩個片，利用門機吊裝鎖具將頂部拆除后慢慢放進罐體內部。②將35m長的罐體側片放倒，進行整體拆除，采用卷揚機將罐體側壁滑下放置到罐底。③依次拆除罐體四壁，分解后吊出，最后將罐體底部拆除，吊運結束。所有的熱工作業要經過嚴格的審批并在每個作業點配備消防水龍，保證施工人員的施工位置都處于安全狀態防止意外傷害，切除時罐體內部不許任何人進入。利用卷揚機和滑輪組的方法成功解決了LPG船在漂浮狀態下巨大罐體拆除。

2.5 船型改變前后總體布置及艙室劃分研究

本次改裝涉及的區域主要是在原船機艙前壁到艏部的防撞艙壁，針對此區域需進行相關專業的詳細研究，原船液貨艙艙室劃分:縱向共分5個大艙，第1、5艙用于裝丁烷，中縱壁為非水密結構，其由平行中體區域兩道中縱壁過渡成一道;左右邊艙與雙層底相連通，中縱桁為水密結構，形成“L”形的空艙雙殼保護;頂部設有二甲板，雙底、雙殼、雙甲板形成結構型式的液貨艙;船體的結構面在液貨艙的內部，在這兩個液貨艙的外表面(平板面)附著泡沫塑料保溫材料;第2、3、4液貨艙被分割成左右兩個艙室，采用低溫承壓罐體鑲嵌在船體結構中，用于裝丙烷。這些低溫承壓罐體與主甲板結構頂部采用拉索等裝置固定 (防搖制動塊)，底部則采用若干層壓墊塊支撐，整體形成彈性連接。經分析，低溫承壓罐體不參與船體結構的總縱強度，僅承受貨艙內液體壓力。由于此型船貨艙區域采用擴大液貨艙容積的設計，故原船設計出的壓載艙比較緊湊，其在第2、3、4艙區的設計采用雙底、雙殼、雙中縱壁、雙橫壁的形式，這些區域被劃分后，形成的壓載艙也比常規船型復雜，如形成“T”、“L”形的壓載艙等。全船中部雙層底處設有管隧，船體結構在低溫承壓罐處為平板面，附著泡沫塑料保溫材料，頂部在單層主甲板下低溫承壓罐上部，附著木質的保溫層，船體結構均設置在壓載艙一側，單個液貨艙船體結構形成立方體的矩形結構形式。經過分析本船第1、5艙是整體液艙，第2、3、4艙是獨立液艙，這種獨立液艙不是船體的一部分，對船體強度不起作用，而整體液艙是船體的構成部分。

根據以上原船分析，再來分析改裝成半潛船后船型的總布置及艙室劃分等船型特點，半潛船的工作原理是下潛到要求的吃水深度，將待裝載的貨物移至船舶主甲板上方后開始上浮，同時裝載的貨物被托起，待主甲板出水后將貨物固定好，運輸至目的地。卸貨時拆掉緊固構件，船舶再度下潛至要求的深度，將裝載的貨物移出。

在半潛船的設計過程中，總體布置、艙室劃分及穩性問題是難點。從現行各大船級社的規范來看，業界對該問題還沒有定論。另外，由于半潛船載貨貨物形狀的不確定因素，給穩性計算帶來了很大的困難。從其總布置圖 (略)可見，半潛船突出的特點就是將船中部分切掉一塊，形成凹形的側投影。這種“凹”形結構是形成半潛船穩性特征的一個主要原因。從總體考慮，改裝半潛船與設計半潛船相比，差異在于上層建筑的位置剛好相反以及主尺度的差異。前者差異對于船本身的橫穩性沒有本質影響。設計半潛船的主尺度的特點就是船寬較大，后者的差異可以通過在改裝半潛船兩舷側加裝水密浮箱來解決。

3 結語

“發展之路”輪改裝工程圓滿完成，在它破浪遠航的同時，充分證明了山船重工對于船舶改裝的實力，也為山船重工在船舶改裝領域中創造了新的里程碑。船東對此項工程非常滿意，特意送來了感謝信向山船重工表示感謝。