VLCC改装的几点总结

王茂培

(舟山中远船务工程有限公司, 浙江 舟山 316131)

舟山中远船务在近两年内承接改装的油轮主要有 30万吨级 “VLCC” 改装 “VLOC”,18万吨的阿芙拉船型油轮改装散货船等改装业务。下面以“中国繁荣”轮改装为例,结合舟山船务已改装和正在改装的油轮,做简单总结,为以后油轮改散货船的项目作技术积累和经验提供,使得油轮改散货船的改装项目顺利有效实施。

1 改装施工方案简介

“中国繁荣”轮是韩国籍 VLCC油轮,入 KR船级社,改装为 VLOC。改装钢结构工程约 8 600 t;垂线间长,315 m;型宽,56 m;型深,29.4 m。原来货油舱区域纵向划分为 No.1～No.6共 6个舱,其中 No.3、No.4为短舱,分别为 5档肋位(27.75 m),No.1、No.2、No.5、No.6为长舱,分别为 8档肋位 (47.6 m),横向分为左、中、右3个舱,中舱稍宽 (24.83 m)。No.6号中舱后面各间隔出 1档肋位的污油水舱。改装方案如下。

1)保留所有纵横舱壁。其中 No.1,No.2,No.5、No.6(C)为长舱,每舱甲板开设 2个货舱口设前后两个舱盖;No.3、No.4(C)为长舱,每舱甲板只开设 1个货舱口、1个舱盖,货舱区域增设上下边柜。

2)因为货舱开口损失了甲板界面积,造成甲板处剖面模数的不足,所以在货舱顶部两侧设置了两个上边柜空舱作为补强。

3)拆除原来油船的相关设备,如货油管系、甲板泡沫系统、货油加热系统等。拆除原来的货油泵,保留压载泵,新加一个污水泵,一个操舱泵,以适应装卸货物时压载系统能量的需求。

4)“中国繁荣”轮的改装重点和难点集中在船体结构的改装上:①将原 No.1～No.6(C)货油中舱的肋板在 4 000mm高度处割平,在两舷靠近纵舱壁处割换并加厚;②在半肋位处加设肋板(肋板间距由原来的 5 950 mm缩小为 2 975 mm);③中舱内加设 3道船底纵桁:中纵桁一道、边纵桁左右各 1道。纵桁在原肋板和横舱壁处间断,在半肋位处连续;④增设内底,内底板首部截止于防撞舱壁,尾部止于泵舱前壁,左右纵舱壁,不穿越横舱壁,在货舱区域连续;⑤对原船边舱强肋骨进行加强,具体为在原框架内新增环形或半环形框架;⑥在边舱半肋位靠近纵舱壁处上下增设大型肘板,作为中舱半号肋板对应边舱的横向肘板加强;⑦在所有货舱区域距肿 7 965处增设下边柜,下边柜和双层地由距肿 7 965非水密纵桁隔开,下边柜斜板在边舱、艏尖舱和泵舱内均进行了适当的肘板加强;⑧在中舱的主甲板下与原船纵壁的相交处增设上边舱 (左、右舷);⑨横舱壁由原来单道舱壁改为垂直双壳舱壁,顶部截止于主甲板,底部截止于内底板;○10甲板上开设 10个舱口及舱口围,相应新增 10块大舱口盖;○11每个货舱两个舱口之间的横向连接甲板下加设横向端梁,以提高甲板的横向的刚性;○12根据屈曲评估的结果,还对外底板,原横舱壁,边纵壁,边舱框架,主甲板进行了较大面积的散装结构加强;○13其他,货舱内无用的货油管路全部拆除,新加舱底水管路和液压管。少量轮机、电气工程。舱口盖的开舱采用液压系统。

根据原船的结构材料使用特点,本次改装也大量采用了高强度钢。由于改装工艺和尽量保留船舶原有结构的原因,改装采用平面分段上船组装的方法。本次改装耗用钢材大约 8 800 t。改装后,该轮设计吃水为 20.3 m,载重量约为 280 000 dwt。

2 改装原则工艺方案

1)开工前工程准备。船到锚地,对实船全面勘验;组织相关人员确定搭架方案,同时确定甲板上的过线架和材料区位置;船舶进厂前锚地进行测爆、清洗,组织相关人员上船勘验工程;舱内清油脚,拆除主甲板的管路、设备;在船舶进厂前,舾装件、结构分段的预制应尽可能进行,预制过程中需质量监控检验,分段预制后必须校平,经检验合格才能上船安装。

2)船舶状态的测量。漂浮状态下船舶的测量数据应作为船体变形控制的基准和工程完工验收的参考依据,同时考虑到改装后钢结构增加约 8 500余吨,纵向挠度值应作相应修正。对每次的测量数据进行分析和处理,为及时修正施工方案提供有利保障。

3)坞内工程。中舱内底横向半号框架与外底相连的角缝;边舱内对应中舱半号框架的肘板与外底相连的角缝;内底板焊接工艺上规定的留在坞内焊接的 3条内底板横向对接焊缝;中舱双层底和边舱外底板加强散装件;内底纵桁加强肘板与外底相连的角缝;水密横舱壁前后位置的纵桁与外底相连的角缝;船名,船籍港和分舱标志;其他必须在坞内完成的结构。

4)船体开设工艺孔。在船的主甲板以及舱内横框架相应位置临时增设工艺孔,做完加强后立即做好护栏。

5)分段划分。将内底分段、内底纵桁、半号肋板及对应边舱肘板、边舱加强框架、上边舱、上空舱、干隔舱、舱口围等结构分期划分为数个预制单元,分段的质量均控制在 35 t以内。

在平面分段纵向边界上加放装配余量 30 mm,此余量在完成分段预制后保留,船上切割。最后所安装的分段,除纵向两端留余量,横向也留有 50 mm余量。

6)施工顺序。本轮改装根据工程量以及结构特点,按区域共分为 3大部分。

(1)中舱:横舱壁附近新肋板、新纵桁→安装横舱壁附近的内底板→安装其余内底。

半肋位肋板→安装其余纵桁→安装内底分段→安装横舱壁底部下斜板→安装下斜板→安装横舱壁底部分段→安装上边柜横舱壁区域→安装横舱壁上部分→继续安装上边柜。

(2)边舱:对应中舱半号肋位的大肘板→下部框架加强→安装止荡舱壁和新横梁→上部框架加强。

(3)甲板:安装舱口反面纵桁→安装舱口围端横梁→安装甲板角隅加厚板→安装舱口围。

中舱、边舱区域可以同时开展,散装件根据施工进度视情况安装。

3 改装施工过程控制的重点和难点

1)整个船体改装工程都在船体内部进行,焊接应力无法释放。在船舶的建造、修理和改装过程中,焊接和火工都会造成变形与内应力的产生。由于此次改装分段小,数量多,船上焊接的工作量非常大,全焊透角焊缝比较多,而且船东要求所有厚度超过 12 mm的板材全部采用深熔焊,更加大了焊接量、焊接变形和焊接应力。所以如何减少和释放施工所产生的应力成了改装工程的重点。

2)高应力部位多,装配焊接要求高。受原有结构的影响,装配对位和验证的难度很大。改装船只能采用平面分段上船拼装的方法,再加上原船的很多管路无法重新安装,很多分段都是由 2块或者3块拼焊组装,加大了船上的焊接工作量。受结构形式的限制,本船还采用了大量的全焊透角焊缝。因此,控制焊接变形和残余应力的难度较高。

3)原图纸与实船的结构不一致,导致设计更改过多。该船船龄较长,图纸资料不全,船体建模得到的型线不准确,使得设计时对原船结构的布置尺寸掌握不够准确。往往要等到分段上船后才发现需要修改,而修改部位往往要在船上修整,焊缝间隙难以控制,加大了改装难度。

4)旧结构形式是根据原来的应力水平设置的,装配定位的精度也是根据原来的应力水平确定的。改装时虽利用了原有的结构,但改装后的结构应力可能远远高出改装前的水平。所以,还要对原有结构进行确认,保证其承受改装后应力的能力。

5)原有管系和结构对新增结构装配造成妨碍,使得装配焊接的难度和工作量大大增加。同时新增机电工程对船体的交叉相互影响。

6)改装大型船舶的经验不足,加上船厂的技术力量比较薄弱,往往在做的过程中或做完以后才能发现问题,同时还需要得到船东、船级社和设计公司的认可。

7)施工人员素质的影响。施工队伍缺乏成熟的改装经验,技术水平较高的老 “师傅”都做了管理人员,深入现场不够,生产现场新工人经验不足,加上春节节假日的施工人员返乡等影响,加大了现场工艺和质量控制的难度。

4 施工过程中的注意要点

1)材料请购。改装船舶材料的请购需进一步提高材料准备的准确性,对材料管理控制专船专用。

2)图纸信息。建议在出图上丰富有用信息,页面饱满即可,这样也可以在复印和图纸发放上比较方便。在分段施工图中,存在以下几点问题:①对于单个分段看不出什么问题,待多个分段合拢组装后发现合拢口有缺口或是存在多道纵横对接缝在同一位置,不符规范;②图纸上信息不够明确,通常会缺少定位尺寸、详细节点、理论线等等;③对于船上的施工队伍,单独给分段施工图有用信息较少,需要出一份适合船上施工的图纸。船上施工队伍结合总装图和分段施工图更有利施工。技术工艺人员要加强对施工图纸的校对。

3)内场下料。首先是对套料图进行审核,套料图有时存在零件数量不全,零件尺寸不对,零件号码错误或者重复,余量漏加或加反,材质弄错等等,因此,需要由技术员、编程员、内场下料人员一起对数控套料图结合结构图进行检查,但往往这个过程耗时多且不容易很全面的检查清楚。对于一些分段上的散装件需与分段材料一起,对单独的散装件打包后统一装运。

4)分段制作。分段总计 1 600多个,从 2～20 t不等,大都为片体分段。特别是内底板分段的制作,翻身后在内底板正面典型肋位和纵桁上画出理论线,敲上洋冲点,做好标记,以便船上安装定位。并对每个分段做好铭牌,分段上的散装件要点焊固定。在分段的运输与吊装过程中做好临时加强,以防分段的变形。

5)施工过程中的问题。

(1)原船切割。按期切割原船肋板和纵桁时要画好切割线和检验线,并做好标记。对肋板上带的面板不能全部割除,如果只留腹板容易引起失稳而变形。

(2)分期和安装原则。船舶在漂浮状态下进行改装施工,合理的分期顺序对船舶强度和施工进度都有着重要的影响。主要遵循方便下一步工序施工的原则,从下到上,边舱中舱同步施工,不能同时切割三道以上连续框架。

(3)焊接要求。由于 “中国繁荣”轮的改装受到原有构件的限制,很多部位的焊接应力无法通过自由收缩的方式来释放。而该船的船上焊接工作量很大,还有许多高应力部位采用了全焊透角焊缝,所以制定合理的焊接顺序和焊接工艺,降低焊接残余应力就是该船改装是否成功的关键之一。

合理的焊接顺序原则:先焊可以自由收缩的焊缝,后焊四周无法收缩的焊缝;先焊高应力部位的焊缝,后焊其余部位的焊缝;先焊收缩量大的焊缝,后焊收缩量小的焊缝;尽量采用较小的装配间隙,以减少焊接量;采用较低热量的焊接方式,如大量采用 CO2焊接方法;在选用焊接和装配工艺时,优先选用焊接应力较小的方法。通过其他方法来控制变形;特别重要的部位采用特殊的释放焊接应力的方法,如焊前预热、用风铲敲击焊缝等。

在施工过程中完成第一期的单面焊后就进行第二期的切割,然而发现在双层底纵桁加厚板处焊接的单面焊多处出现对接焊缝裂开 (此部位是高应力区)。因此,在施工过程中需要处理好装配与焊接的关系,在第一期焊接完成后可以进行第二期的切割,但第一期的焊接要继续进行,同时也可以减少集中焊接,增加焊接应力的聚集。

对内底板和横舱壁预留几条对接缝在坞内焊接,以释放由于船舶在水上漂浮状态时中垂中拱等引起的应力。

(4)节点形式和节点的要求。由于应力水平的不同,在中小型船舶上常用的节点形式对于大型船舶的高应力部位,不一定合适。比如高应力部位的肘板,大多数采用软趾形式,但对于应力特别高的肘板,还采用了一些特别的措施。

(5)边沿要处理光顺。边沿不光滑会导致应力集中,而且边沿的涂层是较易损坏的部位,焊接过的部位在今后的营运过程中更易于锈蚀,也增加了今后检查和保养的难度。

(6)在修对接焊缝时,反面的扶强材过焊孔没开,会伤及扶强材母材。

(7)精装配时构件的端部应避免定位焊,定位焊的质量要求与正式焊缝相同。构件端部是焊缝最重要的部位之一,应避免存在缺陷,所以装配时不允许在构件的端部进行定位焊,定位焊一般应该离开构件的端部 100mm以上。当确实需要在端部进行定位焊时,应由持证焊工按照认可的工艺施焊,以保证定位焊的质量。定位焊的规格和间距,按照 CSQS标准执行。

(8)高应力区的焊缝成形应予以特别关注。焊缝的形状对应力集中有着重要的影响,焊缝成形不好而导致的裂纹屡见不鲜。在保证焊喉尺寸的前提下,焊缝的形状最好略为下凹。

(9)高应力部位的装配精度应该严格检查。

(10)装配精度包括装配间隙和构件的对准。装配间隙应该严格按照标准执行,避免过大的间隙。特别强调的是在内底板、肋板、下边柜斜板的装配中需要按照规范使这三者中心线交于一点。

自编不进位加法和不退位减法口算题2套和进位加法和退位减法口算题2套．即，1套一位数加一~八位数口算题各8道，共64道；1套一~八位数减一位数口算题各8道，共64道；1套一位数加一~八位数口算题各8道，共64道（只进一位）；1套二~八位数减一位数口算题各8道，共56道（只退一位）．

(11)强力构件的端部 (包括高应力肘板趾端)应该有良好的过渡。受强力的构件,在其趾端 (如边舱框架加强构件的趾端,和舱口间横向甲板条对应位置顶边舱底板和纵舱壁连接的肘板趾端等)会有应力集中的现象,良好的过渡能够大大改善应力集中的程度。

(12)余量的布置与切割。在边舱框架加强分段中,多处存在圆弧处线型的误差,同时存在分段对接处存在很多挖补,因此,建议在边舱框架加强分段中余量加大。同时由于线型部位切口位置难以保证准确,建议现场散装。

(13)施工人员自身问题。施工队伍带班存在对图纸的保管不好,看图不清,相互交底不明确等,在一定程度上造成施工错误。

(14)备料问题。技术工艺人员要熟悉图纸和施工情况,必要时结合生产设计图纸、详设图纸、原船图纸、现场实际板厚情况等,对板厚材质进行确认。对于一些散装件需要进行准确统计,对不明确的数据不能直接在图纸上量取,可能会因为图纸比例等原因造成错误。

5 安全控制重点

由于是油轮改装,并且该轮体积相当庞大,改装工程涉及到船体钢结构、管系排布、机械设备、电气遥控、涂装油漆、大面积脚手架作业等,故其安全控制比一般船舶修理要复杂得多。以下列出几个最主要的安全控制要点。

1)防火防爆。原货油舱内虽进行过专业清油,但极有可能在不易清洁的死角存在少量油渣或油泥,会产生挥发性油气,游离于密闭的货油舱内,要禁止人员贸然进入吸入油气中毒,同时应绝对禁止热工作业,只有在专业油气测爆人员检测合格,并采取相应防爆措施后方可进行热工作业,并且一定要有专人监护、定时汇报,使危险作业受控。在后续施工过程中一直到最后舱盖调试完工,防火防爆都是安全控制重点。

2)防止起重吊运伤害。整个过程都涉及到起重吊运,有的分段吊装质量高达 30 t,舱盖逾 50 t,在整个吊运过程中,起重设备的安全性能、指挥人员的素质、吊运时的气候 (风力、能见度)等诸多因素都能够对吊运作业的安全性产生影响,故吊装作业一定要特别小心谨慎。另外,改装过程中有相当部分分段由于受吊运场所空间位置限制,经常需要有手拉葫芦等简易起重设备做配合拉升,配合时人员的站位、手拉葫芦的受力方向等都对吊运效果产生影响,这就使起运伤害的几率进一步加大。

4)禁止交叉作业,防止物体打击。改装工程涉及多个工种,一旦形成交叉作业极易造成连锁的高空坠物伤人等物体打击事故。同时由于电缆,各类风气管路容易烫坏,可造成可燃性气体泄漏等隐患。避免立体交叉作业的方法是:时间错开和上下位置错开。

5)防止脚手架坍塌。由于船舶施工区域脚手架高度近 30 m,而且是分期分批搭设,除了要严格按照规范搭设外,日常的检查和维护工作也是非常重要的。要经常对脚手架进行检查维护,使其处于安全状态。

6)防止化学性爆炸。改装过程中,经常会有多部门、多工种交叉更替作业,特别是热工和油漆的交叉交替作业,除了要注意油漆作业影响的范围和时间外,容易忽略在密闭舱室油漆作业时挥发的可燃性气体有可能经隐蔽的孔洞泄漏到相邻的区域,甚至可能游离至我们时常控制的 20 m范围以外的区域,这就给在此区域的热工作业埋下一颗隐形的 “定时炸弹”。

7)其他诸如常见的灼烫伤、触电、物体打击伤害更是每天的常规性控制要点。另外,像尘肺这类 “潜伏期”较长的职业病,不只是安全要考虑的事情,从 “以人为本”的人道精神方面我们也要做好控制。

6 质量控制重点

大型船舶改装是近几年才迅猛发展起来的新业务,改装工艺较初期虽有较大改进,但针对改装本身并没有十分完善的经验可以借鉴,所以,在质量控制上,较常规修理船舶也有控制的重点。

1)船舶主甲板大开口的开设,对总长达 330 m的大型船舶来说,纵向挠度扭曲变形控制是首要的。大开口区域的临时加强 “假舱口围”非常重要,一定要按照施工工艺,做好加强。同时技术人员也要对船舶的纵向挠度值经常做好测量监控跟踪,必要时及时做好工艺修正方案。

2)在船舶营运过程中,往复式的装载、卸载作业,常有局部变形,而且由于十几年前的建造精度和设计图纸存在着不小的出入,加之设计施工图纸是按照原船设计图纸施工的,虽然在新装分段建造时都相应加放了余量,但在实际装配中,由于受施工环境、吊装顺序、施工人员技术水平等影响,新装结构和原船结构存在误差,这也会给船舶在今后的营运中埋下隐患。因此,除了要提高施工人员技术水平外,最好开发能够实施标准施工程序的方案。

3)在这类大型船舶改装中,经常会用到低温高强钢等特殊材料,此类材料要遵循其特殊的施工保护措施,常见的保护措施有加热保温施工等。

4)在主甲板大开口区域附近也经常容易出现局部变形,这也是控制的要点。另外,诸如结构错位、非强力结构的局部变形、焊接外观质量问题等等也是巡查时候关注的重点。