1.9萬t化學品船設計和建造要點研究

黃春陽

(上海佳豪船海工程研究設計有限公司,上海 201600)

0 引言

化學品船是一型高難度、高標準、高質量、高技術、高附加值的液態危險品貨物運輸船。為滿足現代海洋科技化學品船的設計優化升級和制造安裝特殊工藝要求,消除各種設計建造難點(如貨品危害、裝載溫度、耐久防腐和整艙特涂等),避免裝運特殊貨品對船舶使用壽命、生命健康安全及社會生態環境帶來大量破壞,必須以耐久、安全、可靠、降本、節能、增效為目標,從設計初期狀態和建造過程方面把控船型特點獲取更優質的方案施工[1]。本文基于1.9萬t化學品船實船,分析技術要點和優化方案,為新型化學品船項目技術評估提供有益參考。

1 主要參數

1.9萬t化學品船是第二代淺吃水化學品船,適用于東南亞和非洲地區的沿海、島嶼間及內河運輸。該船的主要尺度如下:總長157.50 m,垂線間長149.30 m,水線長153.50 m,型寬27.60 m,型深12.00 m,設計吃水7.00 m,夏季吃水7.50 m,定員(包括引航員) 25人+ 6人(蘇伊士運河船員),服務航速14.00 kn。

2 船型設計要點

2.1 初步線型核查

(1)設計初期應明確船東所需運輸的危險貨品清單,整理裝載清單中每種化學品的特性。

(2)從滿足船東的貨運量需求出發,確定適用的船舶主尺度、分艙布置和主要設備參數。

(3)液貨船貨品密度小,艙容要求高,內殼型線的設計需結合三維模型反復優化。

(4)充分理解規范公約要求和型值變化趨勢,確定貨艙段尺寸變化和艙容數值,線型更新后應及時檢查艏艉大型設備布置空間和排水量數據。

2.2 空船重量預估

(1)方案設計時應控制各類材質的選用區域,按規范要求反復核算構件尺寸和板材規格。

(2)選擇類似船型進行技術評估,明確新規范、公約等技術要求,保證設計初期可以精確預估空船重量。

(3)確保設備技術參數滿足選型要求,設備重量與廠家確認后匯總。

(4)統計鑄鍛件、設備基座及加強結構重量,主要根據總布置圖、技術規格書和船舶設備清單來確定具體分項。

2.3 浮態校核

根據《國際海上人命安全公約》要求,核算典型工況的船舶穩性和初步破損穩性,保證穩性衡準數K值、初穩性高度、橫傾角和復原力臂等滿足規范要求值。若由于貨品密度不同導致船舶浮態不理想時,則需調整艏艉線型或分艙優化。若船東要求一次運輸多種化學品時,產生分艙較多的情況需按計算狀態調整分艙布置。

2.4 設計周期

全船設計工作計劃周期的控制尤為重要。作為工程項目的技術源頭,設計工作影響著后期工作的方方面面。從船廠技術招標文件的準備,到物供設備采購技術支持,再到各圖紙的設繪相互關聯等制約著后期工作的展開,直至影響到最終建造完工交付,因此設計周期的控制應作為項目控制的重點。

3 船型特點分析

3.1 裝載貨品要求

(1)船東建造規格書要求本船貨艙設計最大裝貨密度為1.55 t/m3。

(2)貨品裝載清冊應滿足船舶舾裝、系統及涂層材料的特性,且無害于整個貨油系統。

(3)注意限界面鋼質門和空氣進出開口不能直接面向貨艙區域。

(4)按公約對危險貨物要求增加設置救生消防雜件。裝卸貨工況要滿足FRAMO公司4臺貨油泵和1臺壓載泵同時使用的要求。

3.2 鋼材選取

船體結構用鋼及機械設備的結構鋼材,包含鑄鍛件均應滿足船級社規范技術質量要求。根據各類材料使用范圍,局部可采用高強度鋼或鑄鋼。材料選取時應滿足設計環境溫度,材料鋼級符合規范約束條件。

3.3 焊接檢測

厚鋼板、鑄鋼件和高強度鋼板的焊接應采用低氫焊條。分段涂裝前,所有需要做密性試驗和強度試驗的焊縫處用膠帶粘貼保護。主要結構件焊縫重點區域需要進行X射線和超聲波無損檢測,檢查點可能額外增加10%,需在無損檢測圖紙認可階段最終確認。

在舾裝托架和臨時支撐件的焊接過程中,不允許構件直接焊接在船體外板、主甲板和管系上。舾裝支架固定端必須避開結構焊縫,不扭曲施焊。

3.4 不銹鋼件

不銹鋼件應存儲在干燥溫暖環境中,表面用三防布或塑料薄膜防護。現場避免踩踏不銹鋼板,不銹鋼板材表面一旦受損應及時修復。采用不銹鋼專用工具進行相關作業,專用工具應做好清晰標識。

不銹鋼在對接時難度大,要求高,焊縫處必須采取鈍化處理。由于不銹鋼件與碳鋼接觸時會產生滲碳現象而影響材料性能,所以不銹鋼件在預制、儲運、安裝等環節中要做適當的防護,避免與碳鋼直接接觸。

4 船舶建造要點

4.1 船體部分

本船的貨艙區域為單甲板、雙底雙殼結構。主甲板為連續甲板,雙層底中心高度為1 850 mm,雙殼寬度為1 500 mm。貨艙區域由2道縱向艙壁分成中部貨油艙區和兩側壓載水艙區。貨油艙區又由1道縱向槽型艙壁和6道橫向槽型艙壁分隔成為12個貨油艙和貨油區后部的2個污油艙。兩翼壓載水艙分別與雙層底壓載水艙相通,沒有配置壓載系統專用結構管弄。船體部分建造要點如下:

(1)控制局部不銹鋼與碳鋼焊接工藝,不銹鋼焊接過程監控質量。

(2)機艙主機采用下沉式機座,結構和管系安裝空間狹小。

(3)化學品船管系多,結構開孔多。

(4)貨艙內無底墩和頂墩結構、貨艙槽型艙壁與內底、主甲板的焊接控制變形很重要。其主要原因如下:一是容易出現裂紋和焊縫氣泡夾渣,二是PSPC(特涂)要求焊腳打磨非常光順。

(5)確保貨艙槽型艙壁和雙殼內縱壁公差控制和裝配間隙。

(6)保持零件清潔,加工焊接前應清除表面氧化物,開口邊緣打磨光順。

(7)船體零部件焊接成型后,現場應及時清理毛刺、飛濺。

(8)焊接需結合板材特性和焊腳高度選擇合適的焊接電流及焊材。

(9)在施工過程中反復測量零部件尺寸,保留測量表的原始記錄,加強產品質量管理。

4.2 涂裝部分

貨艙、污油艙和淡水艙的表面處理和涂裝應根據涂料廠家提供的程序進行。船體外板的防銹漆及壓載水艙、貨油艙和污油艙的環氧漆完工后,測量其干膜厚度,直至滿足涂裝要求。涂裝部分建造要點如下:

(1)特涂:貨油艙涂層由于適裝貨物的特殊要求而需要特殊涂裝。特涂前參考油漆廠家的粗糙度要求,結合工廠的設備情況,確定磨料的選擇、烘干和裝運。噴砂前對照貨艙內6面體各種附件清單一一檢查,確保所有附件安裝到位,滿足噴砂貨艙內表面施工作業的各項要求。排砂和除塵作業應嚴格執行噴漆作業工藝程序。

(2)在涂裝工作流程中腳手架的搭建和拆除很重要,現場應避免損傷母材。

(3)確保涂裝區域焊接外觀成型和打磨要求,表面清理后應在8 h內噴刷底漆。

(4)滿足PSPC(特涂)要求的涂裝施工。

(5)面漆表面看不到桔皮、流掛不大,無明顯收縮紋現象。

(6)油漆顏色不能有明顯差異,無顯著異臟部份,無漏涂和漆膜脫落現象。

(7)下雨、下雪、重霧、潮濕的氣候條件下禁止進行涂裝作業。

4.3 貨油裝卸系統

本船配備獨立式貨油深井泵,12個獨立的液貨艙可進行12種不同貨油的裝卸。貨油泵本身已設有掃艙管,通過壓縮空氣吹除,可將貨油管內的殘余貨油掃除。本船通過氣動隔膜泵將集油盤內的殘液抽至殘液艙或者污油艙。貨油艙設透氣和蒸發氣收集系統,采用獨立透氣管控制式透氣系統和公共集管式蒸汽回收系統,每個貨艙有單獨的透氣管,透氣管頂部配高速透氣閥。

通過將透氣管連通至蒸發氣回收總管,可以將蒸發氣收集送回到岸上處理。貨油艙溫度控制系統采用316L不銹鋼盤管蒸汽加熱。貨油艙清洗系統由洗艙泵、洗艙水加熱器、洗艙機及相應的管路和附件組成。貨油監測系統包括貨油的溫度監測、壓力監測、液位監測,以及易燃、有毒蒸發氣的監測。本船配有氮氣發生裝置,利用氮氣可以對貨油艙和壓載艙進行惰化。氮氣還可用于掃艙掃線作業。

關于貨油蒸汽控制系統操作手冊,其關鍵點是根據設定裝載率下的貨艙透氣系統和蒸汽回收系統的壓降計算,即所有貨物在最大裝載率下,船舶所產生的蒸汽通過閥門或貨物回收管路時,液貨艙內的壓力不會超過其結構設計壓力。由于蒸發氣回收系統與載貨清單、液貨艙結構設計壓力、液貨裝載率、透氣管等有著相互影響的關系,為避免后期出現某些貨品不能裝,或者必須降低化學品貨物裝載率的情況,應提前熟悉廠家操作手冊。

本貨油系統區域兼顧了石油公司國際海事論壇(OCIMF)規范要求和液貨碼頭的要求,可以滿足世界多數液貨碼頭的要求,即可以滿足大多數船東客戶的需求,具備很強的適應性和實用性。

5 安全危害控制

5.1 設備和材料的保護

化學品船的適裝貨品對環境或安全有相當嚴重危險,甚至是非常嚴重危險[2],船廠和承包商應確保所有材料和設備在建造期間保持高度清潔。

安全危害控制措施應包括但不限于以下:

(1)用防火帆布或類似物品保護重型設備。

(2)采用耐火覆蓋物(如膠合板或類似裝置)保護敏感和脆弱的設備(如家具、電器/儀器、玻璃器皿等)。

(3)保護存儲在倉庫或類似處所的所有材料。

5.2 防火要求

(1)建造時需提供易理解和高效的防火系統。

(2)熟悉并注意化學品物理性質的相關參數,如閃點、燃燒溫度和爆炸極限值等。

(3)為復雜易燃的機械設備提供適當的防火護具以保護該機械設備不受潛在火源的傷害。

(4)在絕緣材料附近焊接時要提供火警監視。在焊接操作過程中,除間斷焊或點焊外,焊接時要移除絕緣材料。

(5)當進行加油、注油、揮發性、易燃易爆材料的作業時,需嚴禁煙火。

(6)正在進行噴漆艙室等有引燃危險的處所嚴禁強光照射。

5.3 健康危害

(1)加強全員對危險化學品安全意識教育。

(2)試驗時按大綱要求配備防護用品,避免通過施工現場作業產生呼吸、接觸和吸收帶來的危險。

(3)化學品特性在化學反應時易產生吸熱、放熱、壓力增加或產生有毒有害氣體,應在建造過程嚴格保證工作人員人身安全。

6 結論

(1)化學品船裝載工況種類多,研發前期應做好充分的準備工作和專業組協作事項,設計師應優化艙容和合理分艙。

(2)不銹鋼材料價格很高,裝貨清單對需要特涂防腐區域和材料選取應合理,有效控制船廠成本預算。

(3)嚴格執行建造工藝要求,監控施工現場不銹鋼和碳鋼焊接質量,控制局部變形。

(4)施工和試驗時應有效防止化學品污染危害,保障人員健康。