果汁運輸改裝船關鍵工程控制方案研究

徐深泉

(中船澄西船舶修造有限公司，江蘇 江陰 214433)

將原船為2 500 TEU的集裝箱船(圖1)，改裝成一艘具有裝載27 000 m3果汁能力的運輸船(圖2)。該船改裝后總長210.54 m，型寬29.80 m，型深16.40 m，設計吃水11.40 m，配備15只獨立液貨罐。

獨立液貨罐采用食品級不銹鋼材料制作而成，能同時裝載2種不同果汁。貨艙區域為全絕緣覆蓋，冷卻方式采用貨艙低溫冷卻罐體，并以內循環的方式進行貨物的冷卻交換。為防止果汁在運輸過程中氧化、被細菌污染，特別配置了氮氣驅氧系統、鹽水空壓機冷卻機組系統，能有效的將貨艙溫度長時間控制在0～10 ℃范圍內。

圖1 2 500 TEU集裝箱船

圖2 27 000 m3果汁運輸船

1 船體結構改裝控制方案

1.1 主體工程

原船拆除3臺甲板起重機、艙口蓋、艙口圍、主甲板、貨艙縱向結構、集裝箱甲板梁、導軌等相關結構約700余噸，新制結構物質量達到1 650余噸，共劃分為85個分段，主要為新加底部平臺分段及主甲板以上的頂棚分段。

1.2 新加底部平臺分段工程

貨艙底部新增一層860 mm隔層結構，從1#貨艙后艙壁一直延伸至5#貨艙，5#貨艙左舷底部增加泄放艙，收集貨罐沖洗污水，右舷主甲板區域增加一個鹽水艙。為配合罐體坡面底座外形，對2#、5#貨艙兩側的邊壓載艙艙室結構進行削斜改裝，以便坡面底座罐體的安裝。1#貨艙底部增加了淡水艙和空艙。因新加底部平臺分段在設計時下口加放了 30 mm 余量，而平臺分段距原船內底板高度僅0.86 m，空間狹小，艙內修割余量施工人員很難施展，既影響工程進度又無法確保施工質量。因此，在分段吊裝時，采用無余量的施工方案。

利用激光經緯儀測出原船內底板縱桁、橫向肋板等強結構處的平整度差值。統計整合相關數據，確定與原船內底板縱桁相對應的新底部平臺縱桁下口余量值。按照圖紙和測量數據，在分段對應結構處進行劃線，余量修割后吊裝分段?？紤]到浮態下撓度的影響，環縫焊接時，可進塢釋放船體應力后完成焊接。

1.3 新加 C 型頂棚甲板總段工程

全船共劃分為 6 個頂棚甲板總段，最大總段質量約280 t，最小總段質量約130 t，改裝結構以縱骨架式居多。原船 1#～5#艙各對應一個頂棚總段，艉部生活區前甲板新加設備間，對應一個頂棚總段。除艏艉2個總段特殊外，其余4個總段長度均為 30 m左右，寬度為25.5 m，高度為4.5 m。

艏部防浪板改低改小，以適應貨艙的改裝設計需要。主甲板平臺在1#、2#、5#貨艙增加升高平臺結構，以起到穩固罐體作用，右舷平臺位置上增加梯道直通貨艙下方。

頂棚甲板從1#貨艙一直延伸至上建前壁，層高4 500 mm，頂棚甲板使用縱骨160×7、140×7的AH36球扁鋼，橫向、縱向設有大型T排。兩側縱壁上T排結構直接插入原船艙口圍下方安裝。

頂棚甲板總段安裝前，液貨罐已吊裝入艙，艙壁絕緣保溫材料也已安裝。因此，總段內大量鐵舾件需在總段吊裝前安裝到位。同時，總段吊裝電焊時需重點關注防火安全及設備設施保護工作。

2 貨艙絕緣工程控制方案

2.1 技術要求

對高酸性濃縮果汁而言，當質量百分數大于72%時，微生物常溫下不易繁殖。濃縮橙汁的質量百分數只有65%，常溫下不能阻止微生物的繁殖。因此，橙汁和濃縮橙汁在運輸過程中需保持低溫狀態，防止橙汁氧化。

橙汁運輸船的貨艙絕緣系統是保證橙汁在運輸過程中始終處在低溫狀態的重要技術方案。在船體結構上安裝隔熱絕緣使貨罐直接暴露在低溫環境中，利用冷傳輸的原理，通過冷卻不銹鋼液貨罐來冷卻貨罐內的橙汁，從而保證橙汁在運輸過程中始終處于低溫狀態。

2.2 貨艙絕緣材料選擇

貨艙絕緣板選用船用聚氨酯冷庫板。聚氨酯冷庫板以輕質聚氨酯發泡作為冷庫板的芯材，外部由彩鋼板和不銹鋼板組合而成。聚氨酯冷庫板具有以下特點：導熱系數低、熱工性能好。當聚氨酯密度為35～40 kg/m3時，導熱系數僅為0.018～0.024 W/(m·K)，是所有保溫材料中導熱系數最低的。硬質聚氨酯具有防潮、防水、防火、阻燃、耐高溫、抗變形能力強、不易開裂、飾面穩定、安全度高等性能特點。選用聚氨酯發泡板用作冷庫板可以有效防止冷庫板因為貨艙內外溫差較大而導致的熱量傳播，從而使冷庫更加的節能，提高了冷庫的工作效率。聚氨酯冷庫板中禁含氯氟烴類(CFC)和氫氯氟烴(HCFC)2種物質。

2.3 貨艙絕緣安裝

為保證最大載貨量，貨罐的外形尺寸及其距貨艙結構的距離已在設計階段確定，因此，在滿足貨艙保溫效果的前提下，為了解決空間狹小的難題，貨艙艙壁上的絕緣板緊貼艙壁安裝。安裝絕緣板時，使用自攻螺釘將絕緣板固定在底座上，艙內通過尼龍壓蓋密封自攻螺釘。

橫艙壁區域有燃油艙，為解決燃油艙艙壁溫度對貨艙溫度的影響，在燃油艙艙壁上增加隔熱巖棉，使貨艙絕緣板和燃油艙之間形成了隔熱層，可以有效解決貨艙內允許回升溫度總值偏高的問題。

頂棚甲板分段的所有結構加強均安裝在貨艙一側，絕緣板無法緊貼甲板和艙壁安裝，在結構加強之間增加木龍骨且木龍骨下沿和頂棚結構大梁的下口平齊，保證了艙頂絕緣板安裝在同一平面內。

貨罐頂部距絕緣板的距離偏小，其凈空間無法滿足貨罐頂部液位檢測雷達系統、氮氣注入系統及熱水沖洗系統相關設備的安裝，為解決此處絕緣板安裝問題，需將貨罐頂部區域的絕緣板抬高，加大絕緣板和貨罐頂之間的間距。

3 液貨罐工程控制方案

該果汁改裝船共15個獨立貨罐，每個貨罐容積為1 820 m3，直徑為12.2 m，高度為18.8 m，總質量約140 t。

貨罐分為底座、中間罐體、封頭和上部支撐4個部分。主體全部由食品級不銹鋼制作而成，底座和上部支撐由普通鋼制作。淺蝶型封頭為貨罐上的端蓋，是容器的主要承壓元件。貨罐自帶保溫和冷凍系統，對密封的要求極高。

3.1 液貨罐吊裝工程

1)吊裝前。吊裝前，船舶縱傾不超過0.5 m，平均吃水約5 m(誤差不得超過1 m)；主甲板以下貨艙結構改造完成；貨艙絕緣保溫板按要求完成；罐體的限位工裝，按圖紙要求安裝完成。

2)吊裝。由于罐體吊耳布置在頂部四周，吊耳周圍沒有供人員站立的位置，也無法搭設腳手架進行施工作業。在吊裝過程中，浮吊容易受涌浪、過往船舶和船舶?？看a頭的傾斜度影響，罐體表面受風面積較大，同時罐體垂直進艙時與艙壁之間間隙不到200 mm，同一艙室罐體之間間隙只有100 mm，在浮態下進行罐體吊裝難度較大。船舶?？看a頭后，采用1 600 t的4個主鉤進行貨罐吊裝，施工人員乘坐吊橋對罐體頂部吊耳進行吊索具連接，并在每個艙室的艙口圍四周焊接不同的限位工裝，達到保護墻壁絕緣及噴淋探頭的目的。

3.2 液貨罐安裝工程

1)安裝前需完成的工作。新加內底結構和原船底部結構改裝工程完工；新內底板貨罐中心線勘劃工作完成；限位塊和擋條安裝結束；隔熱墊木安裝結束；貨罐底部區域內絕緣板安裝結束。

2)安裝。隔熱墊木安裝結束且水平平整度調整完畢后，將貨罐定位銷安裝在相應的限位塊上。每個貨罐的定位銷數量不少于3個，且須分別安裝在不同平面的限位塊上，以確保貨罐在吊裝過程中精確落位。

貨罐吊起并緩慢進艙，貨罐接近定位銷時需降低下降速度，避免其他因素對貨罐安裝精度產生影響；貨罐完全落下時，所有定位銷均應正對貨罐底座上的螺栓孔；貨罐吊裝結束后，底部的所有定位螺栓應安裝結束。

為保證貨罐的整體重量均勻分布在貨罐底部墊木上，貨罐底座和墊木的接觸面不能少于70%。貨罐底部采用特殊方案進行固定，限位裝置500 mm范圍內的空間，采用水泥基環氧進行補缺，木塊和絕緣的開縫處增加木板或塑料板封邊，防止限位裝置在澆注環氧時外流到其他區域，底部安裝絕緣板的區域存在的縫隙采用聚氨酯材料填充處理。完成上述工作后進行環氧澆注，采用流水級的環氧進行反向歐米茄澆注至最終需要的穩固狀態。

平直區域測量間隙小于2 mm，采用不銹鋼墊片墊平處理。安裝前先需要制作1∶20的錐形楔子墊塊，用于抬高間隙處的縫隙，減少貨罐因重力下降的原因導致間隙不均，難以塞入填充板的問題。完成制作后，根據間隙測量分布圖對間隙大于等于2 mm的位置，按照填充鋼板大小均布錐形楔子墊塊，如部分區域有十字結構則需要增加錐形楔子墊塊，并分布到對應側。把楔子墊塊適當敲入后，將預先加工好的不銹鋼薄填充板填入縫隙內，待底部全部補齊完工后取出楔子并用封邊木條封閉。

斜向部分的基座和罐體的接觸面是施工中最難的區域。因結構形態比較難控制，木塊的連接存在斷點，環氧施工泄漏也比較多，相對于前者受限制的因素較多。根據實際測量發現該處區域的間隙比較大，最大有24 mm。施工前全部采用水泥基環氧封邊，澆注時采用分段式進行澆注。確保填充空間的完整性，減少氣泡的出現。

4 貨艙管路系統工程控制方案

4.1 冷藏系統

貨艙冷藏系統采用的是鹽水間接冷卻的制冷形式，制冷劑在鹽水冷卻器內先冷卻載冷劑“鹽水”，再通過載冷劑實現冷藏艙的降溫。該船冷藏系統管路及附件采用低溫管路(ASTM A333),鹽水管路從壓縮機組房間到貨艙空冷器需穿過貨艙艙壁，穿艙件為ROXTEC形式的密封穿艙件，貨艙中的縱向鹽水管路較長，管路中間安裝膨脹接頭(滿足CaCl2和-25 ℃技術要求)。

在壓縮機間的空間布置鹽水冷卻管路時，需充分考慮管子外包覆的80 mm厚的絕熱材料，布置時盡量遠離設備、基座、平臺角鋼等，留足充分空間以滿足絕熱材料的包覆。為保證系統能安全和正常的運行，在管路的最高點設置透氣閥，最低點設置泄放閥，為方便透氣閥的操作，該船透氣閥都引至方便操作的高度位置。

鹽水管管系安裝前須磷化處理，因鋅層不能承受低溫介質，管子內部不能熱鍍鋅。

鹽水冷卻管路支撐若選擇不當，不僅會影響管道系統整體美觀，給施工帶來不便，而且會導致系統形成冷/熱橋現象，易產生結露、結霜、發霉和管道腐蝕風險。鹽水管路支撐一般采用木托，該船選用的是福樂斯(Armafix)支撐，與傳統的木托結構相比，效果更好。

貨艙內管路絕緣選用30 mm厚的福樂斯食品級絕緣，福樂斯是采用微板(Microban)技術的一種柔性絕熱材料，當微生物與絕熱材料表面接觸時，福樂斯產品內的Microban活性劑會穿透微生物組織的細胞壁，破環其活動、生長和繁殖。

4.2 液貨系統

該船液貨管路滿足運輸非冷凍濃縮橙汁(NFC)和冷凍濃縮橙汁(FCOJ)的要求，管路、閥件等均采用食品級不銹鋼材料， NFC管路和FCOJ管路系統互相獨立，并配有獨立的輸送泵，因此，液貨系統管路非常多，采用集中的方式布置，為區分兩路液貨系統，在裝卸貨房間的上下兩層分別布置，FCOJ管路設置有風機，為獨立的絕緣冷卻風道供風。

5 電氣系統工程控制方案

原船為冷藏集裝箱船，有主發電機3臺，每臺功率1 805 kW，應急發電機176 kW。改裝后，該船在航行過程中，不管處于普通航行狀態還是貨罐清洗狀態，只需運行1臺主發電機；在靠港裝卸貨時，只需運行2臺主發電機，另一臺處于備用狀態；船舶在靠港不進行裝卸貨時全船功率為666 kW，如運行1臺主發電機，使用效率低且浪費燃油，應急發電機功率為176 kW，滿足不了靠港時功率要求。因此，增加了1臺港泊發電機，功率為711 kW，并自帶脫硫、脫硝設備，滿足國際公約關于港口排放的要求，該發電機可滿足果汁船電力負荷的實際需要，提高發電機的使用效率，同時節省燃油。

5.1 電氣控制系統

該船自動化液貨控制系統采用西門子PLC通過總線布置技術(PROFINET)，構建了高性能的現場局域網,實現對液貨系統的網絡化監控，既發揮了計算機作為上位機提供良好人機互動界面的優點，又發揮了PLC 作為下位機應用于現場可靠和抗干擾能力強的優點，同時現場總線設備的智能化、數字化，從根本上提高了測量與控制的準確度,減少了傳送誤差，提高了整個系統的準確性與可靠性。

采用計算機網絡自動控制系統實現了對液貨各系統的全面自動控制，降低了能耗，有利于保證設備的運行質量，提高了整個系統的自動化管理控制水平。

5.2 冷卻系統電氣控制

每個大艙設置一只冷卻信號采集箱，采集箱布置在貨艙橫梁上，采集冷卻器進出口溫度信號、大艙溫度信號，通過網線傳輸到控制室內的控制箱，控制箱在接收信號后通過分析、判斷，發出指令，對冷卻壓縮機組、冷卻器風機、閥門等進行控制。

壓縮機間布置3臺鹽水冷卻壓縮機，每臺功率為184 kW，分別在貨控室、控制室和本地三處控制。由于壓縮機功率較大，為規避啟動壓縮機對全船電網帶來的沖擊，確保全船電網安全，壓縮機組采用了變頻控制系統。

各貨艙均設置了信號采集箱，集號采集箱控制室之間的信號傳輸采用“環式”光纖傳輸，在一根光纖損壞的情況下，可利用另一根光纖進行信號傳輸。

6 結束語

本次改裝項目重點鮮明，難點突出。核心工程主要集中在船體結構改裝、貨艙絕緣安裝、液貨罐安裝、貨艙管路系統及電氣控制系統5個方面。通過對關鍵改裝工程的研究，優化了工程施工控制方案，實現了以關鍵改裝工程為突破口，提前完成了各項工程節點的預期目標。該改裝項目的完成，取得了良好的經濟效益和社會效益，對其他同類型的改裝項目具有借鑒意義。