某油輪改造為半潛船關鍵工藝及方案分析研究

陳建林，陳自強

（上海交通大學，上海200240）

某油輪改造為半潛船關鍵工藝及方案分析研究

陳建林，陳自強

（上海交通大學，上海200240）

主要從船體及輪機兩部分研究油輪改造半潛船過程中的關鍵工藝技術，并根據改造過程的關鍵技術提出相應的工藝方法，為國內船舶企業同類改裝工程提供技術支撐和工藝指導。

油輪改造半潛船；輪機改造；船體改造；施工方案

隨著近年來市場行情的變化及海上運輸貨物類型的變化使得高端船舶（如半潛船）的效益遠遠高于普通商用船，市場對于半潛船等特殊船舶的需要也在不斷增加。相比較于完全新造一條半潛船的長周期及高成本，改造現有船舶為半潛船有一定的成本優勢及時間優勢。同時，對于中國的修船廠而言，由于人力成本的上升，企業需要有一定技術含量及工程規模的改造項目來支撐企業的利潤來源，迄今為止的技術積累也使企業有能力承接類似的油輪改造為半潛船項目。

船廠在進行船舶改造工程過程中，需要充分考慮自身的設備能力，結合船期等在保證工程質量的前提下，制定相應的施工工藝及施工方案。本文基于相關標準[1]及相關工藝研究[2]，對油輪改造半潛船過程中的關鍵工藝及施工方案進行分析研究，以便給后續類似工程提供借鑒。

1 研究背景

本改造項目為油輪改造為半潛船，母船為雙殼結構的油輪，縱骨架式船體結構，現需改裝為雙底雙殼半潛船，改裝工程涉及的主要內容有：

（1）船體甲板改造，改造后型深由22.5 m變為13.5 m，承重甲板長度17 m，設計載荷25 t/m2；

（2）增設壓載艙，將原第一層甲板室改為艉樓，首錨機移位至新增艏樓甲板上，錨鏈艙將做相應改動，系泊設備，應急拖帶設備移動艏、艉樓甲板上；

（3）起重設備、救生設備位置需依據改裝后的情況進行重新布置；

（4）機艙輪機項目改造。

改造前后主尺度變化對比如表1所列。

表1 改造前后主尺度對照表

2 工藝研究

工藝研究包括船體改造工藝及輪機設備改造工藝兩個方面。

2.1 船體改造關鍵技術與工藝

（1）船體變形量的測量及控制

船舶改造時需要在工程的每個階段做好變形量的測量工作，記錄好相關數據，根據數據分析監控船體的狀態，如果變形量超過工藝許可，就應該暫停工程，采取補救措施糾正。船舶狀態的測量主要分為兩個方面：總縱變形及局部變形。總縱變形：船舶進廠后排空壓載水，讀取改裝前后首中尾吃水差，可以計算出船舶中拱值。局部變形：船舶改造過程中局部變形主要考慮船底的變形，測量方法可以在船舶內底板處拉鋼絲，在鋼絲上選取若干測量點，測量鋼絲到縱骨面板的距離并做好記錄。

（2）船體結構割除

在大面積割除船體結構的時候，應當根據被切割鋼板的厚度，合理的選擇切割工具，并根據實際情況設定好割嘴傾斜角度、切割速度、氣體壓力、切割順序等，以便能夠安全高效的完成工作任務。船體割除工藝包括：

1）切割方式的選取。等離子切割對于較薄板材，厚度＜25 mm，相較于氣割在速度上上更有優勢，切口也更為整齊，但設備費用過高，而且對于現場施工，尤其涉及較厚板材的切割時，氣割更有優勢。

2）提高助燃氣體氧氣的濃度及穩定氧氣氣壓。一般氣壓根據割嘴類型及鋼板厚度要進行調節，氣壓不足或氣壓過高都不利于切割斷面較好地成型[3]。隨著氧氣純度的提高，切割的速度以及切割質量就會越好，反之，切割的速度及質量就會下降，而且，由于燃燒不夠充分，會浪費更多的氣體，切口變寬，焊渣增多，增加后續打磨及焊接的工作量。

3）切割工具的選擇：對于整個分段直線切割，一般采用半自動火焰切割機，而對于小件結構及其他非直線切口，則采用手工氣割。氣嘴的選擇與被切割鋼板的厚度是相關的，通常越厚的鋼板需要的氣嘴型號就越大[4]。相較而言，半自動切割機切割速度及切割線路更易于控制。

4）切割操作：在實際切割過程中，需要控制好氣嘴與鋼板的距離、后拖量、切割傾角及切割速度。切割時氣嘴與鋼板的距離應盡量保持均勻。

5）切割順序：合理的切割順序對于控制板材及結構的變形量有重要影響，一般采用由上至下、由中間到兩邊、由內到外、由整到零的切割順序，而且在切割過程中要盡量對稱作業。首先切割船殼及主甲板平直板，穿插切割小型扶強材，其次才是割除內部結構，包括邊倉內縱壁板等。

（3）加裝結構中平面分段劃分及余量設置

劃分分段時應當盡量擴大預制量，減少散裝，從而可以減少某些密閉空間的裝焊量，加快工程進度。劃分分段時也應充分考慮船廠的施工能力，尤其是吊裝設備能力及整體工期要求，同時設置好吊點，盡可能減小吊裝過程中導致的分段變形。制作分段時，為了保證之后分段的順利安裝，要考慮由于焊接收縮及其他作業導致的母船船體變形，在分段的四周邊緣的裝配處預留恰當的裝配余量，而不僅僅是只考慮板材利用率。

（4）焊接的順序及焊接工藝

合理的焊接順序及方法可以減少焊接時的熱量輸入，最小化被焊接部位的變形量，因而制定合理的焊接順序對于控制總體變形有重要的意義，通常根據應力大小確認先后焊接順序，先是高應力區域，其次對于低應力區域，即先焊接收縮量大的的焊縫，然后再收縮量小的焊縫。根據規范要求，控制好裝配間隙，合理減小焊接量，采用低熱量的焊接方式，如CO2保護焊代替傳統手工焊，一般應遵循從中央到四周的方式進行分段焊縫的焊接，此種焊接可以采用對稱方式由雙數焊工同時進行[5]，對于某些焊縫，也應遵循由靠近結構中央的向遠離中央的，從中部到兩端施焊。

2.2 船舶設備改造技術與工藝

（1）機械設備的安裝

常用船舶輪機設備底座的安裝可以分為兩種：鋼質或者鋁合金底座設備的安裝及環氧底座的安裝：

1）鋼制或者鋁合金底座船舶設備安裝

安裝過程中要考慮設備組件的吊裝順序，擺放位置處的空間布局，安裝設備時應盡量避免對機艙設備做大的調整，以免影響船舶的穩性，并且周圍應預留安全通道以及維護通道，規范要求正常通道為600 mm寬，維修空間為400 mm寬。考慮到安裝平面都為水平，設備也應該水平擺放。各設備基座與本船的船體材質相同；根據規范，鐵質或者鋁制設備及構件安裝的時候，應該在連接處加設不銹鋼墊塊，同時，固定設備用的螺栓及螺母也應該采用不銹鋼材質。出于設備運行安全及操作人員安全的考慮，對于有高速旋轉部件的設備，其高速旋轉部位處應當安裝設置相應的保護罩殼。

2）環氧底座安裝

環氧樹脂底座的澆注工作及涉及的相應圖紙應該預先得到船級社和船東的書面認可，而且必須由有船級社資質認可的人員進行施工。環氧樹脂及固化劑的使用有效期通常為產品出廠后24個月，且平時儲存過程中應該做好防凍工作。應用環氧樹脂墊塊時，應留意根據被應用設備的不同，澆注時的最小厚度也有要求，通常尾軸管上的應用應該不低于12 mm，根據產品性質的不同，也必須要高于8 mm.澆注時應預先將環氧樹脂預熱到要求的溫度，澆注過程中為了保證適宜的可攪拌性及液態黏度，攪拌時的溫度要求在±5℃的范圍內，而澆注時溫度則應維持在13℃以上。攪拌及澆注過程應保持周圍環境整潔，避免顆粒及粉塵的影響，因此周圍應杜絕打磨、燒焊等工作。攪拌時攪拌電鉆的速度應該維持在800 rpm以下維持2～3 min，同時應當充分考慮罐底及罐體邊緣的環氧樹脂及固化劑的混合，一般沿罐體轉動，以保證均勻混合，同時也應留意攪拌器的充分沒入，以避免過程中氣泡的產生。攪拌完成后應該立即進行澆注，操作過程中也要避免氣泡的產生，盡量以均勻細條狀將混合物注入漏斗。罐底應留一些殘留，不可繼續使用。對于固化劑的配比比例，按照廠家說明書進行配置即可。澆注同時應該多制作一塊樣板之后進行測量硬度及提交檢驗，硬度高于35時為合格澆注，澆注完成后應預留足夠的熟化時間進行固化，然后才可以開展后續工作。

（2）管系的拼接、安裝

首先，根據管子的材質及尺寸選擇合適的切割方法：有色金屬管、鍍鋅鋼管和外徑小于等于32 mm的鋼管應用機械或等離子切割；對外徑大于32 mm的鋼管允許使用氣割的方法切割.裝配法蘭前管子的內壁及切割面應該進行全面清潔，不允許留存有氧化渣等，清潔面的長度從切割面算起應大于25 mm.管子與法蘭搭接校正主要有兩種形式，定點校正和徒手校正。定點校正的方法可以分為現場校正、校管機校正和模具校正三種，而徒手校正時采用四點對角校正法，內場制作管子用的比較多。焊接支管前，應當根據支管的厚度確認是否開坡口及如何開坡口，當支管壁厚小于6 mm時不用開坡口，超過6 mm時必須開坡口。當主管直徑大于或等于2.5倍支管直徑時必須在整個端部開坡口，小于2.5倍支管直徑時可以在端部沿主管軸線方向左右局部開坡口，總管的支管孔與支管內孔應同軸，不同軸度不得大于±2 mm.對于套管，可能產生疲勞、嚴重腐蝕及管子彎曲之處不可以使用，套管的的材質應與母材的材質接近，套管安裝時兩管應同軸，垂直位置的套管，如用于淡水、海水等系統，管子下管端與外套管內孔連接處應進行封底焊接。

3 結束語

本文根據油輪改造半潛船工程特點，進行了油輪改造半潛船關鍵技術及工藝研究。采用進廠前預制部分小分段，然后在進廠后直接在原船基礎上開設工藝孔，逐步完成小分段及零部件的散裝拼接。油輪改造過程中可以通過自動化裝配零部件及流水線化裝配平面分段等提高過程中的生產效率，并可以通過優化管路設計等使半潛船在下沉作業時完全重力壓載，節約能耗。

[1]CB/T4000-2005.中國造船質量標準CSQS[S].

[2]韋春，鐘文斌，劉敏娜，等.環氧樹脂/液晶固化劑固化反應動力學研究[J].熱固性樹脂，2002（2）：15-18.

[3]張勇.氧-丙烷火焰切割質量控制的研究[D].濟南：山東大學，2011.

[4]聶素華，麻勝榮，楊大偉.數控火焰切割機切割質量的參數控制[J].熱加工工藝，2007（3）：80-81.

[5]黃耀俊.焊接工藝對不銹鋼焊接變形的研究[D]上海：上海交通大學，2009.

CHEN Jian-lin，CHEN Zi-qiang

（Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China）

Research on the Key Technology and Scheme of Transforming an Oil Tanker into Semi Submersible Ship

This paper divides the conversion project of oil tanker to semi-submersible carrier into two main aspect：the steel structure work and the mechanical work，and analyzes the key points of the conversion projects and works out a technical procedure for the project.Hope it can provide reference and guidance for the future similar projects.

tankers conversion；semi-submersible；technical plans；machinery work

U671

A

1672-545X（2017）03-0140-03

2016-12-01

陳建林（1986-），男，山東新泰人，助理工程師，碩士研究生，主要研究方向：船舶修造工藝技術。