干散貨船綠色拆船技術方案

郭　帥,劉　軍,劉書偉,王　軍,侯　威

(1.大連船舶重工集團船務工程有限公司，遼寧 大連 116300; 2.大連洋普偉業設計有限公司，遼寧 大連 116026)

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干散貨船綠色拆船技術方案

郭帥1,劉軍2,劉書偉1,王軍1,侯威1

(1.大連船舶重工集團船務工程有限公司，遼寧 大連 116300; 2.大連洋普偉業設計有限公司，遼寧 大連 116026)

以香港招商局散貨船“明業”號為研究對象，提出適用于碼頭浮態拆解的拆船系纜方法，設計了舵機系統的專項拆解方法，按照《歐盟法規》的規定做出單船有害材料清單，結合市場需求，計算單船定尺板材出材率，利用PATRAN軟件做出剩余船體結構的強度校核，采取碼頭-干船塢拆解相結合的方式，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；PATRAN

截至2015年，全球新造船訂單中，有25%將用于替代舊船，屆時全球將有4 300艘船被拆解[1]。目前,韓國、日本及我國臺灣地區的拆船業已大大萎縮,而年均拆船約100艘的歐洲拆船廠由于執行歐盟環境和生態保護標準,費用昂貴,也將繼續萎縮。在環境生態保護以及安全法規相對松弛，勞動力更加低廉，當地鋼材需求量大的亞洲國家,拆船業將繼續發展。

根據倫敦德魯里海運咨詢機構統計，2009年上半年世界干散貨船拆解量達到744.5萬DWT，已經超越了2006-2008年世界干散貨船總和[2]，在金融危機的影響下，世界干散貨船運力正急速退出市場，干散貨船運力調整需要已成為拆船行業重要增長點。

干散貨船的特點是：單層甲板、尾機型、船體肥胖且航速較低。提出的綠色拆船技術方案滿足《歐盟(EU)1257/2013 船舶回收法規》對“綠色拆船”的要求與規范，并結合其船型結構特點，對舵機的拆解，以及系纜、板材出材率等專項技術難題均提出了針對性的解決方案，并用PARTRAN軟件對拆解過程中的船體結構進行結構分析，適合于干散貨船這一類型船的拆解。方案以“明業”號為例進行說明。

1　浮態拆船系纜方案

“Pacific Career”號屬于巴拿馬船型是大連船舶重工集團船務工程有限公司的一單拆船項目,船體總長184 m，兩柱間長176.8 m，型寬30.5 m，型深15.8 m，設計吃水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船舶。在拆船作業過程中，主甲板及附屬舾裝件與舷頂列板往往要最先拆解，如果利用導纜孔、帶纜樁帶纜，在拆解主甲板時帶纜點就已經被破壞，導致固定船舶的時間有限，而且必須隨著拆解進程，數次更換帶纜點。

方案提出的系纜方法從干散貨船開始碼頭浮態拆解到進塢拆解之前，只帶一次系纜。在保證帶纜點結構強度的基礎上，完全避開上述重復帶纜等工程問題。本方案選取4個系纜點，其中3個系纜點在船體結構上開孔，系錨鏈纜；1個系纜點選取螺旋槳上部外板處吊環。涉及到切割開孔的系纜點的選取避開了有安全隱患的機艙位置。

1)需要開孔的系纜點不焊吊耳，直接在舷側強肋骨或者強結構處開孔，用一段直徑40 mm的錨鏈環繞開孔處強肋骨或者強結構并系緊于1#碼頭帶纜樁。

2)帶纜點開雙孔，單孔尺寸500 mm×500 mm。

3)雙孔之間至少要有2根保證結構完整性的肋骨。

4)帶纜點定位。

1號帶纜點位于船左舷外板，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，水線8 m處。

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

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

4號帶纜點位于船左舷外板，螺旋槳上部外板處吊環，需用35 T卡環系套該處吊環，用直徑為110纜繩系回頭纜。

帶纜點布置見圖1。

圖1　“明業”號系纜點布置示意

2　IHM清單制作

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

提出的干散貨船綠色拆船技術方案貫徹“綠色”理念，對“明業”號上的石棉、消耗臭氧物質、多氯聯苯，以及防污底化合物等有害物質材料進行統計，并按照公約要求做出IHM清單。

3　定尺板材計算

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的鋼板規格為1.8 m×5.2 m。

“明業”號船體市場需求板材集中分布在主甲板、舷側外板、內底板與外底板4個區域，可利用板材共計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種規格的板；

3.3外底板板材分布

外底板主要分布14 mm，少數16、19 mm板材。

3.4內底板板材分布

內底板連續分布20 mm板材，整張內底板均符合規格需求。

4　海上浮態拆解

4.1進塢形態

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

圖3　進塢形態

4.2典型分段劃分

4.2.1頂邊水艙

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

圖4　頂邊水艙的拆解順序

4.2.2貨艙

“明業”號具有5個貨艙，每個貨艙拆解方式類似，可按照平行舯體對待。本方案選取3號貨艙為例來說明每個貨艙的拆解順序，拆解分段劃分見圖5。圖5所示分段寬30.5 m，長36 m，涉及區域甲板板厚均為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號貨艙分段劃分

3號貨艙共分為16個分段(左右舷)，吊點設計在主甲板下型材的腹板處，不設置吊耳，直接開孔上卡環吊運；1、4、6、9、12、14號六個分段包含所在區域的主甲板板、舷側外板以及部分頂邊水艙斜板；2、5、7、10、13、15號6個分段為主甲板板片狀結構。3、8、11、16號4個分段包含連接甲板與兩側的艙口圍板。

結合定尺板材規格且能保證最大出材率的切割排板方法，以編號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號分段相同排板切割方法。

4.2.3內底板與外底板

內底板與外底板可利用板材如圖7陰影部分所示區域，即雙層底分段除去底邊水艙區域，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，板材規格應為1.8 m×5.2 m。

5　強度校核

根據2015年《鋼質海船八級規范》與《指南》的要求，先對“明業”號進塢前剩余船體進行三維建模，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。其網格劃分見圖8。

施加載荷時考慮到靜水壓力與波浪水動壓力[6]，并將結構模型提交到結構分析軟件MSC/PATRAN計算,得到“明業”號剩余船體結構在靜水漂浮工況下的響應[7]。

圖7　船底板可利用區域板材

圖8　碼頭拆解剩余船體PATRAN網格劃分

計算結果表明，“明業”號進塢前剩余船體結構的最大應力值為167 MPa，滿足規范要求，拆解方案設計合理。高應力值主要集中出現在機艙前橫艙壁、機艙平臺與外板的交接處。經分析可知，由于拆解過程中結構與重量的減少該變了全船的重心分布，機艙中的主輔機等設備局限于碼頭處的吊車設備能力無法吊運，形成了集中載荷，從而致使機艙附近剖面模數突變，機艙前橫艙壁、機艙平臺與外板的交接處的單元應力值最高。

6　舵機系統拆解方法

“明業”號舵承形式屬于平面止推滑動軸承上舵承。拆解方法如下。

a.將舵桿之后、艉封板之前的船體分段，全部切割吊運完畢，裸露出舵桿及舵頁結構。

b.上軸承前部、掛舵臂上端帶線性外板嚴禁切割，切割吊運須在工序h之后。

c.在舵頁側板頂部邊緣對稱設置4個吊孔，選35 t卸扣配合鋼絲繩，將舵頁結構系于吊車上。

d.將下軸承與舵銷連接處切開并將舵桿下端螺母處舵頁結構切斷。

e.將舵頁結構整體吊運下段，如果舵頁結構超重，也可先切割部分分段。

f.吊運及拆解人員應根據隨船的舵系裝配圖等相關圖紙確認舵系結構相關設備及零件重量。

g.脫開連接在舵柄上的液壓缸及附件。

h.拆解到舵承時，無論舵承形式，連接軸承座與船板的螺栓都嚴禁脫開，圍繞連接螺栓將船板切開，船板預留與螺栓距離至少為300 mm,在船板上選擇取4個吊點，卡環選取25T通用卡環。

i.形切斷上軸承舵桿，按照f～i工序切割完成后的結構整體吊運。

拆解工序圖見圖9。

圖9　舵機系統拆解工序示意

7　塢內拆解

按照方案拆解成進塢前剩余船體形態后，使用拖輪將剩余船體拖進干船塢內進行拆解。進塢情況見圖10。在設計塢內拆解方案時，最大出材率的原則同樣應該堅持并應兼顧塢期的使用期限，由于塢內塢墩分布充足，拆解時按照吊車設備的最大吊運能力設計分段劃分形式，將剩余船體分段盡快吊運到二次拆解場地上，直至拆船全部完成。

圖10　剩余船體進塢圖

8　結束語

提出的干散貨船綠色拆船技術方案滿足定尺板市場需求，考慮工期安排與工程安全，減少干船塢的使用時間并嚴格遵守《香港公約》與《歐盟法規》的規定，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[5]中的拆解方案相比較，在拆船工程作業中都收到了海上浮態拆解后安全進塢的理想效果，但方案更加強調了市場與拆船成本因素；與文獻[7]相比較，對塢期的要求同樣嚴格，而對海上浮態拆解后的剩余船體形態再一次做出了新的探索，且行之有效。

《歐盟法規》中提到的“歐盟清單”即將公布，綠色拆船技術是未來拆船的大勢所趨。但嚴格執行公約要求，拆船成本也會隨之增大。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。未來有待開展更多降低拆船成本、符合市場綠色拆船技術研究，并對更多干散貨船的數值計算結果與成本因素進行驗證。

[1] 薛飛.我國拆船業前景分析[J].對外經貿.2012(10):58-59.

[2] 關昊.干散貨國際航運市場及其波動周期研究[D].上海：東華大學，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[M].北京：中國拆船總公司出版社，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.船舶結構力學[M].北京:國防工業出版社,2010.

[7] 郭帥,李雪明.節省塢期的綠色拆船技術方案[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

歐盟及國際海事環境無害化拆船技術研發

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:綠色拆船工藝設計與優化

E-mail:hsgs1987@163.com