干散貨船綠色拆船技術(shù)方案

郭　帥,劉　軍,劉書偉,王　軍,侯　威

(1.大連船舶重工集團(tuán)船務(wù)工程有限公司，遼寧 大連 116300; 2.大連洋普偉業(yè)設(shè)計(jì)有限公司，遼寧 大連 116026)

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干散貨船綠色拆船技術(shù)方案

郭帥1,劉軍2,劉書偉1,王軍1,侯威1

(1.大連船舶重工集團(tuán)船務(wù)工程有限公司，遼寧 大連 116300; 2.大連洋普偉業(yè)設(shè)計(jì)有限公司，遼寧 大連 116026)

以香港招商局散貨船“明業(yè)”號(hào)為研究對(duì)象，提出適用于碼頭浮態(tài)拆解的拆船系纜方法，設(shè)計(jì)了舵機(jī)系統(tǒng)的專項(xiàng)拆解方法，按照《歐盟法規(guī)》的規(guī)定做出單船有害材料清單，結(jié)合市場(chǎng)需求，計(jì)算單船定尺板材出材率，利用PATRAN軟件做出剩余船體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度校核，采取碼頭-干船塢拆解相結(jié)合的方式，制定保證工程安全兼顧出材率的拆解順序。

干散貨船；綠色拆船；IHM；出材率；舵機(jī)；PATRAN

截至2015年，全球新造船訂單中，有25%將用于替代舊船，屆時(shí)全球?qū)⒂? 300艘船被拆解[1]。目前,韓國(guó)、日本及我國(guó)臺(tái)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(fèi)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(duì)松弛，勞動(dòng)力更加低廉，當(dāng)?shù)劁摬男枨罅看蟮膩喼迖?guó)家,拆船業(yè)將繼續(xù)發(fā)展。

根據(jù)倫敦德魯里海運(yùn)咨詢機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，2009年上半年世界干散貨船拆解量達(dá)到744.5萬(wàn)DWT，已經(jīng)超越了2006-2008年世界干散貨船總和[2]，在金融危機(jī)的影響下，世界干散貨船運(yùn)力正急速退出市場(chǎng)，干散貨船運(yùn)力調(diào)整需要已成為拆船行業(yè)重要增長(zhǎng)點(diǎn)。

干散貨船的特點(diǎn)是：?jiǎn)螌蛹装?、尾機(jī)型、船體肥胖且航速較低。提出的綠色拆船技術(shù)方案滿足《歐盟(EU)1257/2013 船舶回收法規(guī)》對(duì)“綠色拆船”的要求與規(guī)范，并結(jié)合其船型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)舵機(jī)的拆解，以及系纜、板材出材率等專項(xiàng)技術(shù)難題均提出了針對(duì)性的解決方案，并用PARTRAN軟件對(duì)拆解過程中的船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，適合于干散貨船這一類型船的拆解。方案以“明業(yè)”號(hào)為例進(jìn)行說(shuō)明。

1　浮態(tài)拆船系纜方案

“Pacific Career”號(hào)屬于巴拿馬船型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(xiàng)目,船體總長(zhǎng)184 m，兩柱間長(zhǎng)176.8 m，型寬30.5 m，型深15.8 m，設(shè)計(jì)吃水12.5 m，空船重量7 088 t，載貨重量43 415 t。

待拆解船舶的系纜不同于常規(guī)船舶。在拆船作業(yè)過程中，主甲板及附屬舾裝件與舷頂列板往往要最先拆解，如果利用導(dǎo)纜孔、帶纜樁帶纜，在拆解主甲板時(shí)帶纜點(diǎn)就已經(jīng)被破壞，導(dǎo)致固定船舶的時(shí)間有限，而且必須隨著拆解進(jìn)程，數(shù)次更換帶纜點(diǎn)。

方案提出的系纜方法從干散貨船開始碼頭浮態(tài)拆解到進(jìn)塢拆解之前，只帶一次系纜。在保證帶纜點(diǎn)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，完全避開上述重復(fù)帶纜等工程問題。本方案選取4個(gè)系纜點(diǎn)，其中3個(gè)系纜點(diǎn)在船體結(jié)構(gòu)上開孔，系錨鏈纜；1個(gè)系纜點(diǎn)選取螺旋槳上部外板處吊環(huán)。涉及到切割開孔的系纜點(diǎn)的選取避開了有安全隱患的機(jī)艙位置。

1)需要開孔的系纜點(diǎn)不焊吊耳，直接在舷側(cè)強(qiáng)肋骨或者強(qiáng)結(jié)構(gòu)處開孔，用一段直徑40 mm的錨鏈環(huán)繞開孔處強(qiáng)肋骨或者強(qiáng)結(jié)構(gòu)并系緊于1#碼頭帶纜樁。

2)帶纜點(diǎn)開雙孔，單孔尺寸500 mm×500 mm。

3)雙孔之間至少要有2根保證結(jié)構(gòu)完整性的肋骨。

4)帶纜點(diǎn)定位。

1號(hào)帶纜點(diǎn)位于船左舷外板，NO.1貨艙與艏尖艙之間橫艙壁后第一根肋骨與第4根肋骨兩側(cè)，水線8 m處。

2號(hào)帶纜點(diǎn)位于船左舷外板，NO.2貨艙中部(FR 160)，水線8.5 m處。

3號(hào)帶纜點(diǎn)位于船左舷外板，NO.5貨艙中部(FR 50)，水線8.5 m處。

4號(hào)帶纜點(diǎn)位于船左舷外板，螺旋槳上部外板處吊環(huán)，需用35 T卡環(huán)系套該處吊環(huán)，用直徑為110纜繩系回頭纜。

帶纜點(diǎn)布置見圖1。

圖1　“明業(yè)”號(hào)系纜點(diǎn)布置示意

2　IHM清單制作

歐盟(EU)1257/2013《船舶回收法規(guī)》(文中簡(jiǎn)稱《歐盟法規(guī)》)已于2013年12月30日正式生效?！稓W盟法規(guī)》規(guī)定中的“歐盟清單”最早2014年12月31日，最晚2016年12月31日公布，自發(fā)布之日起歐盟成員國(guó)船旗船舶只能在清單所列的拆船廠拆船。其明確規(guī)定確保對(duì)有害物質(zhì)和廢料的安全和環(huán)境無(wú)害化管理和存儲(chǔ)，包括：在整個(gè)船舶拆除過程中封存船上所有有害物質(zhì)，以防止其泄漏到環(huán)境中；且只在具有有效排水系的不透水地面處置有害物質(zhì)和拆船過程中產(chǎn)生的廢料[3]。無(wú)論從公約規(guī)定還是從拆船企業(yè)的生產(chǎn)需求上考慮，IHM(有害材料清單)的制作至關(guān)重要。

提出的干散貨船綠色拆船技術(shù)方案貫徹“綠色”理念，對(duì)“明業(yè)”號(hào)上的石棉、消耗臭氧物質(zhì)、多氯聯(lián)苯，以及防污底化合物等有害物質(zhì)材料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并按照公約要求做出IHM清單。

3　定尺板材計(jì)算

目前定尺板材需要厚度范圍：14～18 mm,20～25 mm。14～18 mm鋼板規(guī)格為1.4 m×5.8 m,1.5 m×5.5 m,1.5 m×6.0 m,1.7 m×4.7 m等4種。20～25 mm的鋼板規(guī)格為1.8 m×5.2 m。

“明業(yè)”號(hào)船體市場(chǎng)需求板材集中分布在主甲板、舷側(cè)外板、內(nèi)底板與外底板4個(gè)區(qū)域，可利用板材共計(jì)1 065 t，出材率為15%。

3.1主甲板板材分布

主甲板材分布見圖2。

1)FR-5～FR 62(船艉到5貨艙前部)主要分布14 mm以下的板材，規(guī)格主要有10、11、12、13 mm等4種。

2)FR 62～FR 172(5艙前到1艙后區(qū)域)主要分布16.5 mm板材。

3)FR 172到FR 225(1貨艙前到船首)主要分布12、13 mm板材。

4)艙口圍之間的連接甲板多為10.5 mm板。

圖2　主甲板材分布

3.2外板板材分布

1)舷頂列板主要是15 mm板；

2)舭部以上舷頂列板以下多分布14 mm、15.5 mm 2種規(guī)格的板；

3.3外底板板材分布

外底板主要分布14 mm，少數(shù)16、19 mm板材。

3.4內(nèi)底板板材分布

內(nèi)底板連續(xù)分布20 mm板材，整張內(nèi)底板均符合規(guī)格需求。

4　海上浮態(tài)拆解

4.1進(jìn)塢形態(tài)

方案要求采用浮態(tài)拆解與干船塢拆解相結(jié)合的方式拆船。根據(jù)定尺板材的分布特點(diǎn)，按照最大出材率的原則制定分段劃分尺寸及拆解順序。進(jìn)塢之前， NO.4艙之前縱向第一層、二層全部切割吊運(yùn)完成；NO.4艙第一層拆解6 m；打開機(jī)艙與舵機(jī)室；進(jìn)塢前要求完成下段3 700 t。剩余船體進(jìn)塢形態(tài)見圖3。

圖3　進(jìn)塢形態(tài)

4.2典型分段劃分

4.2.1頂邊水艙

頂邊水艙拆解順序應(yīng)該是：先拆解分段對(duì)應(yīng)的主甲板，氣割工進(jìn)入頂邊水艙將斜底板按照切割順序切斷[4]，起吊；而后是對(duì)應(yīng)外板的切割，外板在底邊水艙的上沿切斷。切割工序按照①→④進(jìn)行，見圖4。

圖4　頂邊水艙的拆解順序

4.2.2貨艙

“明業(yè)”號(hào)具有5個(gè)貨艙，每個(gè)貨艙拆解方式類似，可按照平行舯體對(duì)待。本方案選取3號(hào)貨艙為例來(lái)說(shuō)明每個(gè)貨艙的拆解順序，拆解分段劃分見圖5。圖5所示分段寬30.5 m，長(zhǎng)36 m，涉及區(qū)域甲板板厚均為16.5 mm。壓載艙上方主甲板型材為300×90×10/16的工字鋼，貨艙連接甲板型材為200×10的扁鋼。

圖5　4號(hào)貨艙分段劃分

3號(hào)貨艙共分為16個(gè)分段(左右舷)，吊點(diǎn)設(shè)計(jì)在主甲板下型材的腹板處，不設(shè)置吊耳，直接開孔上卡環(huán)吊運(yùn)；1、4、6、9、12、14號(hào)六個(gè)分段包含所在區(qū)域的主甲板板、舷側(cè)外板以及部分頂邊水艙斜板；2、5、7、10、13、15號(hào)6個(gè)分段為主甲板板片狀結(jié)構(gòu)。3、8、11、16號(hào)4個(gè)分段包含連接甲板與兩側(cè)的艙口圍板。

結(jié)合定尺板材規(guī)格且能保證最大出材率的切割排板方法，以編號(hào)①、②分段為例，見圖6。

圖6　最大出材率排板方法

按照上述方法切割后可以出整板材1-1、1-2、1-3、1-4、2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6共10塊板，4與5、6與7、9與10、12與13、14與15號(hào)分段相同排板切割方法。

4.2.3內(nèi)底板與外底板

內(nèi)底板與外底板可利用板材如圖7陰影部分所示區(qū)域，即雙層底分段除去底邊水艙區(qū)域，多分布20 mm板材，如圖7所示，分段劃分可按照6 m×8 m(橫向6 m,縱向8 m)切割分段，板材規(guī)格應(yīng)為1.8 m×5.2 m。

5　強(qiáng)度校核

根據(jù)2015年《鋼質(zhì)海船八級(jí)規(guī)范》與《指南》的要求，先對(duì)“明業(yè)”號(hào)進(jìn)塢前剩余船體進(jìn)行三維建模，模型范圍采用半寬模型，模型的縱向范圍從艏到艉[5]；垂向范圍為船底至甲板。其網(wǎng)格劃分見圖8。

施加載荷時(shí)考慮到靜水壓力與波浪水動(dòng)壓力[6]，并將結(jié)構(gòu)模型提交到結(jié)構(gòu)分析軟件MSC/PATRAN計(jì)算,得到“明業(yè)”號(hào)剩余船體結(jié)構(gòu)在靜水漂浮工況下的響應(yīng)[7]。

圖7　船底板可利用區(qū)域板材

圖8　碼頭拆解剩余船體PATRAN網(wǎng)格劃分

計(jì)算結(jié)果表明，“明業(yè)”號(hào)進(jìn)塢前剩余船體結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力值為167 MPa，滿足規(guī)范要求，拆解方案設(shè)計(jì)合理。高應(yīng)力值主要集中出現(xiàn)在機(jī)艙前橫艙壁、機(jī)艙平臺(tái)與外板的交接處。經(jīng)分析可知，由于拆解過程中結(jié)構(gòu)與重量的減少該變了全船的重心分布，機(jī)艙中的主輔機(jī)等設(shè)備局限于碼頭處的吊車設(shè)備能力無(wú)法吊運(yùn)，形成了集中載荷，從而致使機(jī)艙附近剖面模數(shù)突變，機(jī)艙前橫艙壁、機(jī)艙平臺(tái)與外板的交接處的單元應(yīng)力值最高。

6　舵機(jī)系統(tǒng)拆解方法

“明業(yè)”號(hào)舵承形式屬于平面止推滑動(dòng)軸承上舵承。拆解方法如下。

a.將舵桿之后、艉封板之前的船體分段，全部切割吊運(yùn)完畢，裸露出舵桿及舵頁(yè)結(jié)構(gòu)。

b.上軸承前部、掛舵臂上端帶線性外板嚴(yán)禁切割，切割吊運(yùn)須在工序h之后。

c.在舵頁(yè)側(cè)板頂部邊緣對(duì)稱設(shè)置4個(gè)吊孔，選35 t卸扣配合鋼絲繩，將舵頁(yè)結(jié)構(gòu)系于吊車上。

d.將下軸承與舵銷連接處切開并將舵桿下端螺母處舵頁(yè)結(jié)構(gòu)切斷。

e.將舵頁(yè)結(jié)構(gòu)整體吊運(yùn)下段，如果舵頁(yè)結(jié)構(gòu)超重，也可先切割部分分段。

f.吊運(yùn)及拆解人員應(yīng)根據(jù)隨船的舵系裝配圖等相關(guān)圖紙確認(rèn)舵系結(jié)構(gòu)相關(guān)設(shè)備及零件重量。

g.脫開連接在舵柄上的液壓缸及附件。

h.拆解到舵承時(shí)，無(wú)論舵承形式，連接軸承座與船板的螺栓都嚴(yán)禁脫開，圍繞連接螺栓將船板切開，船板預(yù)留與螺栓距離至少為300 mm,在船板上選擇取4個(gè)吊點(diǎn)，卡環(huán)選取25T通用卡環(huán)。

i.形切斷上軸承舵桿，按照f(shuō)～i工序切割完成后的結(jié)構(gòu)整體吊運(yùn)。

拆解工序圖見圖9。

圖9　舵機(jī)系統(tǒng)拆解工序示意

7　塢內(nèi)拆解

按照方案拆解成進(jìn)塢前剩余船體形態(tài)后，使用拖輪將剩余船體拖進(jìn)干船塢內(nèi)進(jìn)行拆解。進(jìn)塢情況見圖10。在設(shè)計(jì)塢內(nèi)拆解方案時(shí)，最大出材率的原則同樣應(yīng)該堅(jiān)持并應(yīng)兼顧塢期的使用期限，由于塢內(nèi)塢墩分布充足，拆解時(shí)按照吊車設(shè)備的最大吊運(yùn)能力設(shè)計(jì)分段劃分形式，將剩余船體分段盡快吊運(yùn)到二次拆解場(chǎng)地上，直至拆船全部完成。

圖10　剩余船體進(jìn)塢圖

8　結(jié)束語(yǔ)

提出的干散貨船綠色拆船技術(shù)方案滿足定尺板市場(chǎng)需求，考慮工期安排與工程安全，減少干船塢的使用時(shí)間并嚴(yán)格遵守《香港公約》與《歐盟法規(guī)》的規(guī)定，適用于干散貨船的拆解，船型范圍可囊括35 000 DWT 5貨艙散貨船到180 000 DWT 9貨艙散貨船。

與文獻(xiàn)[5]中的拆解方案相比較，在拆船工程作業(yè)中都收到了海上浮態(tài)拆解后安全進(jìn)塢的理想效果，但方案更加強(qiáng)調(diào)了市場(chǎng)與拆船成本因素；與文獻(xiàn)[7]相比較，對(duì)塢期的要求同樣嚴(yán)格，而對(duì)海上浮態(tài)拆解后的剩余船體形態(tài)再一次做出了新的探索，且行之有效。

《歐盟法規(guī)》中提到的“歐盟清單”即將公布，綠色拆船技術(shù)是未來(lái)拆船的大勢(shì)所趨。但嚴(yán)格執(zhí)行公約要求，拆船成本也會(huì)隨之增大。方案中的研究涉及到出材率與塢期等拆船成本重要因素，但仍然有提升的空間。未來(lái)有待開展更多降低拆船成本、符合市場(chǎng)綠色拆船技術(shù)研究，并對(duì)更多干散貨船的數(shù)值計(jì)算結(jié)果與成本因素進(jìn)行驗(yàn)證。

[1] 薛飛.我國(guó)拆船業(yè)前景分析[J].對(duì)外經(jīng)貿(mào).2012(10):58-59.

[2] 關(guān)昊.干散貨國(guó)際航運(yùn)市場(chǎng)及其波動(dòng)周期研究[D].上海：東華大學(xué)，2007.

[3] REGULATION (EU) No 1257/2013 OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 20 November 2013 on ship recycling and amending Regulation(EC) No 1013/2006 and Directive 2009/16/EC(Text with EEA relevance)[S].2013.

[4] 任彌高.拆船手冊(cè)[M].北京：中國(guó)拆船總公司出版社，1989.

[5] 高峰,李雪明,郭帥.一種新型的綠色拆船工藝方案[J].船海工程，2014(4):15-18.

[6] 吳梵,朱錫,梅志遠(yuǎn).船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2010.

[7] 郭帥,李雪明.節(jié)省塢期的綠色拆船技術(shù)方案[J].船海工程，2015(4):23-26.

Technical Scheme of Green Ship-recycling for the Dry Bulk Carrier

GUO Shuai1, LIU Jun2, LIU Shu-wei1, WANG Jun1, HOU Wei1

(1.Marine Services Co., Ltd., Dalian Shipbuilding Industry, Dalian Liaoning 116300, China;2.Dalian Young Pioneer Design Co. Ltd., Dalian Liaoning 116026, China)

Taking PACIFIC CAREER dry bulk carrier of Hong Kong China merchants as the research object, the mooring method is set forth which is suitable for floating dismantling on wharf. The special dismantling process for steering engine is developed. The inventory of hazardous materials of the ship is determined according to the EU Convention, and the outturn percentage of the plate is calculated in light of the requirements of market. The structural strength of the remaining hull is assessed by FEM in Patran. A safe dismantling order is drawn up taking a combination dismantling method of dry dock and wharf.

dry bulk carrier; green ship-recycling; IHM; outturn percentage; steering engine; Patran

2016-01-19

2016-02-25

歐盟及國(guó)際海事環(huán)境無(wú)害化拆船技術(shù)研發(fā)

郭帥(1987—)，男，碩士，工程師

U672.8

A

1671-7953(2016)04-0045-05

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2016.04.011

研究方向:綠色拆船工藝設(shè)計(jì)與優(yōu)化

E-mail:hsgs1987@163.com