一種新型的綠色拆船工藝方案

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(大連船舶重工集團(tuán)船務(wù)工程有限公司，遼寧 大連 116300)

根據(jù)國際海事組織2008年的統(tǒng)計報告,孟加拉、印度、巴基斯坦、土耳其和中國5國拆解廢船噸位占全球廢船噸位的95%[1]。目前,韓國、日本及我國臺灣地區(qū)的拆船業(yè)已大大萎縮,而年均拆船約100艘的歐洲拆船廠由于執(zhí)行歐盟環(huán)境和生態(tài)保護(hù)標(biāo)準(zhǔn),費用昂貴,也將繼續(xù)萎縮。在環(huán)境生態(tài)保護(hù)以及安全法規(guī)相對松弛、勞動力更加低廉、當(dāng)?shù)劁摬男枨罅看蟮膩喼迖?拆船業(yè)將繼續(xù)發(fā)展。

中國的拆船點大都分布在江蘇和廣東兩省,規(guī)模散、小[2],大都采用沖灘拆解。沖灘拆船嚴(yán)重危害環(huán)境，施工所產(chǎn)生的污油以及有毒有害化學(xué)品肆意流入長江，根本無法達(dá)到發(fā)達(dá)國家船務(wù)公司和綠色和平組織對拆船的環(huán)保要求。因此，拆船工藝的重新設(shè)計是實現(xiàn)綠色拆船的必要保證,也是我國綠色拆船業(yè)能夠持續(xù)生存發(fā)展的重要條件[3]。

基于《2009年香港公約》對綠色拆船的規(guī)范與要求，利用從上到下、從艏艉到船舯、從兩舷向船舯的對稱拆解思路，采用Patran軟件對拆解剩余船體進(jìn)行有限元分析，提出一種新型的綠色拆船工藝方案，并將該方案應(yīng)用于38 700 DWT成品油船“海昌天津”號的拆解。

1 綠色措施

“海昌天津”號是大連船舶重工集團(tuán)船務(wù)工程有限公司的一單拆船項目，其拆解方式采取靠泊碼頭浮態(tài)拆解與進(jìn)船塢拆解相配合的方式。船體總長189.14 m、兩柱間長178.45 m、型寬28 m、型深16.8 m、設(shè)計吃水12 m,此型船是成品油船，載重38 700 t。

《2009年香港公約》要求，石棉、多氯聯(lián)苯(PCB)、臭氧破壞物質(zhì)、有機(jī)錫(TBT)等有害物質(zhì)必須在IHM(船舶有害材料)清單中列出。清單包括3個方面的內(nèi)容：①船舶結(jié)構(gòu)或設(shè)備包含的材料；②操作過程中產(chǎn)生的廢棄物；③物料。

在拆解過程中，根據(jù)清單提供的信息，決定如何處理有害材料。

2 拆解前期準(zhǔn)備與清理

根據(jù)“海昌天津”號長度以及靠泊碼頭的岸樁分布，確定了5個長期系纜點，以強(qiáng)肋骨開孔為系纜點，通過靠泊岸樁固定好船舶，并在艏艉至岸邊，敷設(shè)圍油欄，系纜點布置圖見圖1。

圖1 “海昌天津”號系纜點布置示意

增設(shè)纜增設(shè)纜索和錨鏈緊以防遇到大風(fēng)浪，并可在迎力方向拋錨，以增強(qiáng)抗擊能力。經(jīng)常檢查系纜情況，及時發(fā)現(xiàn)隱患。系纜留有一定伸張余地，以適應(yīng)漲潮或水位變化[4]。拆解過程中時時監(jiān)控艏艉吃水變化和橫傾情況，根據(jù)船舶浮態(tài)變化及時調(diào)整系纜的松緊度并判斷是否增加重量，利用拆卸廢棄的艙口蓋作為重量控制板塊。

在拆除生活區(qū)內(nèi)裝材料過程中，對可利用的設(shè)備儀器及備品備件，進(jìn)行仔細(xì)拆卸和吊運，保持完整和配套; 按照綠色措施清除機(jī)艙熱力管路，主輔機(jī)排氣管的保溫層及上層建筑的艙室隔板等部 位的石棉制品; 清除油艙、機(jī)艙、油箱、油柜、油管、液壓系統(tǒng)中剩余的和殘存的原油、燃油、潤滑油、 液壓油和其它油料，以及含油壓載水、艙底水、洗艙水、油泥等; 清理含有機(jī)錫的油漆和涂料碎片; 清理廢舊的電池、儀表中含有的鎘、汞以及油漆涂料中含有的鉛等重金屬; 按照《含多氯聯(lián)苯廢物 污染控制標(biāo)準(zhǔn)》的要求處置主要存在于船上設(shè)備、電纜線等材料中的多氯聯(lián)苯[5]。

3 拆解分段吊點位置

3.1 吊點分類

根據(jù)吊點所在的拆解分段的位置進(jìn)行分類。

1) 拆解分段位于主甲板、上層建筑或者機(jī)艙平臺等結(jié)構(gòu)時，吊點選在甲板或者平臺下扶強(qiáng)材的腹板上開孔; 確定a 類吊點位置，使用AUTOCAD2013REG功能生成面域模塊，再用MASSPROP功能命令計算面積與質(zhì)心位置，根據(jù)質(zhì)心位置，定好吊點。

2) 拆解分段位于舷側(cè)、壓載水艙或者邊油艙，并且該分段的橫向維度小于縱向時，吊點選在外板或者縱向艙壁上直接開孔。

3.2 吊點開孔高度

a、b 兩類吊點位置均涉及到鋼板的開孔，開孔高度決定吊運的安全性。在拆解分段吊運過程中，吊點所在鋼板應(yīng)力值必須同時滿足材料的許用正應(yīng)力[σ]與許用切應(yīng)力[τ]。

式中: σ——正應(yīng)力，N/mm2;

P——允許載荷，N;

Fmin——垂直于P 方向的最小截面積，mm2;

Amin——平行于P 方向的最小截面積，mm2;

σs——材料的屈服點，N/mm2;

K——安全系數(shù);

[σ]———材料許用正應(yīng)力，N/mm2;

[τ]———材料許用切應(yīng)力，N/mm2。

根據(jù)材料力學(xué)原理并考慮到“海昌天津”號船板的腐蝕程度，方案中安全系數(shù)K 取3，計算出允許載荷在100～500 kN 范圍內(nèi)吊點開孔的高度( 見表1) ，進(jìn)而確定吊點位置。

表1 鋼板開孔高度計算表 mm

4 拆解順序

4.1 上層建筑拆解順序

“海昌天津”號是艉機(jī)型船，重心靠后，方案首先拆除上層建筑。海昌天津號上層建筑從上到下有6 層，分別為: 羅經(jīng)甲板、駕駛甲板、C 甲板、B甲板、A 甲板、艇甲板。其拆解原則為從上到下，立體分段吊運。

以A 甲板為例，先根據(jù)A 甲板基本結(jié)構(gòu)圖，統(tǒng)計甲板板材與型材重量，并實際登船進(jìn)行檢測，如發(fā)現(xiàn)有不符的情況以現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，見表2、3。

表2 A 甲板板的重量統(tǒng)計

表3 A 甲板與艇甲板之間圍壁及骨材重量計算

總重為57.9 t。

詢問采用一問一答的方式進(jìn)行，常委會委員和列席代表圍繞城市小廣告整治、破解停車難題、完善配套基礎(chǔ)設(shè)施等民生熱點問題展開深度詢問。

根據(jù)碼頭塔吊額定載荷( 500 kN) ，結(jié)合A 甲板結(jié)構(gòu)特點，將A 甲板及其下圍壁劃分為①～⑥共6 個分段，見圖2。

A 甲板分段的吊點屬于a 類吊點，在甲板縱桁的腹板開孔，開孔高度按照3.2 進(jìn)行計算。

4.2 主船體拆解順序

內(nèi)部結(jié)構(gòu)拆除完成之后，將外板與主甲板編號，按照編號順序拆解，編號從首尾向中部層層遞進(jìn)，見圖3、4。

圖2 A 甲板模塊劃分與吊點分布

圖3 外板拆解順序示意

圖4 主甲板拆解順序示意

從艏艉到船舯，沿橫向?qū)⒅鞔w分解，共5 個步驟。

全部拆解完成后要及時對碼頭、塢坑、沿岸水域及岸上拆解場地進(jìn)行清理。并對相關(guān)設(shè)施進(jìn)行檢查維修，為下一艘船舶的拆解做好準(zhǔn)備工作。

1) 艏尖艙與船艉部同時拆解。

2) NO.1 貨油艙、壓載艙與SLOP 艙同時拆解。

3) NO.2 貨油艙、壓載艙與NO.7 貨油艙、壓載艙同時拆解。

4) NO.3 貨油艙、壓載艙與NO.6 貨油艙、壓載艙同時拆解。

5) NO.4 貨油艙、壓載艙與NO.5 貨油艙、壓載艙同時拆解。

外板( 右舷) 分為7～27 號共21 個模塊。外板左右舷對應(yīng)編號板塊同時拆解。綜合考慮拆解過程中的穩(wěn)性、浮態(tài)與主船體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，切割外板與主甲板分塊時，板塊銜接處預(yù)留300 mm 留縫; 先拆解7～13 號、16、17、19 號10 塊外板，其余編號外板進(jìn)塢再進(jìn)行拆解; 67#，96#橫艙壁全部保留，38#、125#橫艙壁部分切割。

4.3 進(jìn)塢拆解階段

這是拆解的最后階段。按照順序進(jìn)行拆解后，剩余船體預(yù)留部分。見圖5。

1) 主甲板109#～153#預(yù)留。

2) 109#橫艙壁切割3.9 m，153#橫艙壁切割3.9m，131#橫艙壁全部預(yù)留。

3) 縱向第二層87#～175#預(yù)留。

4) 雙層底上預(yù)留4.72 m。

將剩余船體( 見圖5) 拖進(jìn)船塢拆解，海上浮態(tài)拆解船體的60%～70%，塢內(nèi)拆解或者拆船池內(nèi)拆解剩余30%～40%。

圖5 剩余船體側(cè)視圖

5 可行性分析

規(guī)范與指南要求用三維有限元模型進(jìn)行拆船剩余船體主要構(gòu)件的強(qiáng)度直接計算，模型范圍為半寬模型，模型的縱向范圍從艏到艉; 垂向范圍為船底至甲板。舷外水壓力由靜水壓力和波浪水動壓力兩部分組成，全船應(yīng)力分析云圖見圖6。

圖6 “海昌天津”號剩余船體應(yīng)力分析云圖

“海昌天津”拆解剩余船體橫艙壁、強(qiáng)框架和弱框架的最大應(yīng)力均小于許用應(yīng)力235 MPa，最大值為167 MPa，滿足要求。船體甲板和船底板的最大應(yīng)力值均在與舷側(cè)接壤的區(qū)域，是角隅應(yīng)力集中的體現(xiàn)。

由Patran 計算結(jié)果可知: 方案確定的階梯型拆解是安全的，方案在傳統(tǒng)拆解工藝的基礎(chǔ)上結(jié)合工程實際，適用于成品油船的拆解。在拆解進(jìn)度中配合生產(chǎn)監(jiān)控達(dá)到了預(yù)期的效果。方案在實現(xiàn)綠色拆船之路上做出有益的探索。

[1]徐莉，綠色拆船研究與建議[J]，環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2009( 6) : 52-54.

[2]周鑫，王立坤. 中國拆船業(yè)可持續(xù)發(fā)展的相關(guān)建議[J]. 大連海事學(xué)報，2007，( 5) : 53-57.

[3]陳曦，徐明，楊立釩，等.談世界拆船中心轉(zhuǎn)移對中國拆船業(yè)的影響[J].船舶物資與市場，2008( 1) : 15-18.

[4]《拆船手冊》編寫組. 拆船手冊[M]. 北京: 中國拆船總公司，1989.

[5]周鑫，吳文一. 淺析我國拆船業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 中國水運，2007( 10) : 17-19.