郭　帅,刘　军,刘书伟,王　军,侯　威

(1.大连船舶重工集团船务工程有限公司，辽宁 大连 116300; 2.大连洋普伟业设计有限公司，辽宁 大连 116026)



干散货船绿色拆船技术方案

郭帅1,刘军2,刘书伟1,王军1,侯威1

(1.大连船舶重工集团船务工程有限公司，辽宁 大连 116300; 2.大连洋普伟业设计有限公司，辽宁 大连 116026)

以香港招商局散货船“明业”号为研究对象，提出适用于码头浮态拆解的拆船系缆方法，设计了舵机系统的专项拆解方法，按照《欧盟法规》的规定做出单船有害材料清单，结合市场需求，计算单船定尺板材出材率，利用PATRAN软件做出剩余船体结构的强度校核，采取码头-干船坞拆解相结合的方式，制定保证工程安全兼顾出材率的拆解顺序。

干散货船；绿色拆船；IHM；出材率；舵机；PATRAN

截至2015年，全球新造船订单中，有25%将用于替代旧船，届时全球将有4 300艘船被拆解[1]。目前,韩国、日本及我国台湾地区的拆船业已大大萎缩,而年均拆船约100艘的欧洲拆船厂由于执行欧盟环境和生态保护标准,费用昂贵,也将继续萎缩。在环境生态保护以及安全法规相对松弛，劳动力更加低廉，当地钢材需求量大的亚洲国家,拆船业将继续发展。

根据伦敦德鲁里海运咨询机构统计，2009年上半年世界干散货船拆解量达到744.5万DWT，已经超越了2006-2008年世界干散货船总和[2]，在金融危机的影响下，世界干散货船运力正急速退出市场，干散货船运力调整需要已成为拆船行业重要增长点。

干散货船的特点是：单层甲板、尾机型、船体肥胖且航速较低。提出的绿色拆船技术方案满足《欧盟(EU)1257/2013 船舶回收法规》对“绿色拆船”的要求与规范，并结合其船型结构特点，对舵机的拆解，以及系缆、板材出材率等专项技术难题均提出了针对性的解决方案，并用PARTRAN软件对拆解过程中的船体结构进行结构分析，适合于干散货船这一类型船的拆解。方案以“明业”号为例进行说明。

1　浮态拆船系缆方案

“Pacific Career”号属于巴拿马船型是大连船舶重工集团船务工程有限公司的一单拆船项目,船体总长184 m，两柱间长176.8 m，型宽30.5 m，型深15.8 m，设计吃水12.5 m，空船重量7 088 t，载货重量43 415 t。

待拆解船舶的系缆不同于常规船舶。在拆船作业过程中，主甲板及附属舾装件与舷顶列板往往要最先拆解，如果利用导缆孔、带缆桩带缆，在拆解主甲板时带缆点就已经被破坏，导致固定船舶的时间有限，而且必须随着拆解进程，数次更换带缆点。

方案提出的系缆方法从干散货船开始码头浮态拆解到进坞拆解之前，只带一次系缆。在保证带缆点结构强度的基础上，完全避开上述重复带缆等工程问题。本方案选取4个系缆点，其中3个系缆点在船体结构上开孔，系锚链缆；1个系缆点选取螺旋桨上部外板处吊环。涉及到切割开孔的系缆点的选取避开了有安全隐患的机舱位置。

1)需要开孔的系缆点不焊吊耳，直接在舷侧强肋骨或者强结构处开孔，用一段直径40 mm的锚链环绕开孔处强肋骨或者强结构并系紧于1#码头带缆桩。

2)带缆点开双孔，单孔尺寸500 mm×500 mm。

3)双孔之间至少要有2根保证结构完整性的肋骨。

4)带缆点定位。

1号带缆点位于船左舷外板，NO.1货舱与艏尖舱之间横舱壁后第一根肋骨与第4根肋骨两侧，水线8 m处。

2号带缆点位于船左舷外板，NO.2货舱中部(FR 160)，水线8.5 m处。

3号带缆点位于船左舷外板，NO.5货舱中部(FR 50)，水线8.5 m处。

4号带缆点位于船左舷外板，螺旋桨上部外板处吊环，需用35 T卡环系套该处吊环，用直径为110缆绳系回头缆。

带缆点布置见图1。

图1　“明业”号系缆点布置示意

2　IHM清单制作

欧盟(EU)1257/2013《船舶回收法规》(文中简称《欧盟法规》)已于2013年12月30日正式生效。《欧盟法规》规定中的“欧盟清单”最早2014年12月31日，最晚2016年12月31日公布，自发布之日起欧盟成员国船旗船舶只能在清单所列的拆船厂拆船。其明确规定确保对有害物质和废料的安全和环境无害化管理和存储，包括：在整个船舶拆除过程中封存船上所有有害物质，以防止其泄漏到环境中；且只在具有有效排水系的不透水地面处置有害物质和拆船过程中产生的废料[3]。无论从公约规定还是从拆船企业的生产需求上考虑，IHM(有害材料清单)的制作至关重要。

提出的干散货船绿色拆船技术方案贯彻“绿色”理念，对“明业”号上的石棉、消耗臭氧物质、多氯联苯，以及防污底化合物等有害物质材料进行统计，并按照公约要求做出IHM清单。

3　定尺板材计算

目前定尺板材需要厚度范围：14～18 mm,20～25 mm。14～18 mm钢板规格为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种。20～25 mm的钢板规格为1.8 m×5.2 m。

“明业”号船体市场需求板材集中分布在主甲板、舷侧外板、内底板与外底板4个区域，可利用板材共计1 065 t，出材率为15%。

3.1主甲板板材分布

主甲板材分布见图2。

1)FR-5～FR 62(船艉到5货舱前部)主要分布14 mm以下的板材，规格主要有10、11、12、13 mm等4种。

2)FR 62～FR 172(5舱前到1舱后区域)主要分布16.5 mm板材。

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

4)舱口围之间的连接甲板多为10.5 mm板。

图2　主甲板材分布

3.2外板板材分布

1)舷顶列板主要是15 mm板；

2)舭部以上舷顶列板以下多分布14 mm、15.5 mm 2种规格的板；

3.3外底板板材分布

外底板主要分布14 mm，少数16、19 mm板材。

3.4内底板板材分布

内底板连续分布20 mm板材，整张内底板均符合规格需求。

4　海上浮态拆解

4.1进坞形态

方案要求采用浮态拆解与干船坞拆解相结合的方式拆船。根据定尺板材的分布特点，按照最大出材率的原则制定分段划分尺寸及拆解顺序。进坞之前， NO.4舱之前纵向第一层、二层全部切割吊运完成；NO.4舱第一层拆解6 m；打开机舱与舵机室；进坞前要求完成下段3 700 t。剩余船体进坞形态见图3。

图3　进坞形态

4.2典型分段划分

4.2.1顶边水舱

顶边水舱拆解顺序应该是：先拆解分段对应的主甲板，气割工进入顶边水舱将斜底板按照切割顺序切断[4]，起吊；而后是对应外板的切割，外板在底边水舱的上沿切断。切割工序按照①→④进行，见图4。

图4　顶边水舱的拆解顺序

4.2.2货舱

“明业”号具有5个货舱，每个货舱拆解方式类似，可按照平行舯体对待。本方案选取3号货舱为例来说明每个货舱的拆解顺序，拆解分段划分见图5。图5所示分段宽30.5 m，长36 m，涉及区域甲板板厚均为16.5 mm。压载舱上方主甲板型材为300×90×10/16的工字钢，货舱连接甲板型材为200×10的扁钢。

图5　4号货舱分段划分

3号货舱共分为16个分段(左右舷)，吊点设计在主甲板下型材的腹板处，不设置吊耳，直接开孔上卡环吊运；1、4、6、9、12、14号六个分段包含所在区域的主甲板板、舷侧外板以及部分顶边水舱斜板；2、5、7、10、13、15号6个分段为主甲板板片状结构。3、8、11、16号4个分段包含连接甲板与两侧的舱口围板。

结合定尺板材规格且能保证最大出材率的切割排板方法，以编号①、②分段为例，见图6。

图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块板，4与5、6与7、9与10、12与13、14与15号分段相同排板切割方法。

4.2.3内底板与外底板

内底板与外底板可利用板材如图7阴影部分所示区域，即双层底分段除去底边水舱区域，多分布20 mm板材，如图7所示，分段划分可按照6 m×8 m(横向6 m,纵向8 m)切割分段，板材规格应为1.8 m×5.2 m。

5　强度校核

根据2015年《钢质海船八级规范》与《指南》的要求，先对“明业”号进坞前剩余船体进行三维建模，模型范围采用半宽模型，模型的纵向范围从艏到艉[5]；垂向范围为船底至甲板。其网格划分见图8。

施加载荷时考虑到静水压力与波浪水动压力[6]，并将结构模型提交到结构分析软件MSC/PATRAN计算,得到“明业”号剩余船体结构在静水漂浮工况下的响应[7]。

图7　船底板可利用区域板材

图8　码头拆解剩余船体PATRAN网格划分

计算结果表明，“明业”号进坞前剩余船体结构的最大应力值为167 MPa，满足规范要求，拆解方案设计合理。高应力值主要集中出现在机舱前横舱壁、机舱平台与外板的交接处。经分析可知，由于拆解过程中结构与重量的减少该变了全船的重心分布，机舱中的主辅机等设备局限于码头处的吊车设备能力无法吊运，形成了集中载荷，从而致使机舱附近剖面模数突变，机舱前横舱壁、机舱平台与外板的交接处的单元应力值最高。

6　舵机系统拆解方法

“明业”号舵承形式属于平面止推滑动轴承上舵承。拆解方法如下。

a.将舵杆之后、艉封板之前的船体分段，全部切割吊运完毕，裸露出舵杆及舵页结构。

b.上轴承前部、挂舵臂上端带线性外板严禁切割，切割吊运须在工序h之后。

c.在舵页侧板顶部边缘对称设置4个吊孔，选35 t卸扣配合钢丝绳，将舵页结构系于吊车上。

d.将下轴承与舵销连接处切开并将舵杆下端螺母处舵页结构切断。

e.将舵页结构整体吊运下段，如果舵页结构超重，也可先切割部分分段。

f.吊运及拆解人员应根据随船的舵系装配图等相关图纸确认舵系结构相关设备及零件重量。

g.脱开连接在舵柄上的液压缸及附件。

h.拆解到舵承时，无论舵承形式，连接轴承座与船板的螺栓都严禁脱开，围绕连接螺栓将船板切开，船板预留与螺栓距离至少为300 mm,在船板上选择取4个吊点，卡环选取25T通用卡环。

i.形切断上轴承舵杆，按照f～i工序切割完成后的结构整体吊运。

拆解工序图见图9。

图9　舵机系统拆解工序示意

7　坞内拆解

按照方案拆解成进坞前剩余船体形态后，使用拖轮将剩余船体拖进干船坞内进行拆解。进坞情况见图10。在设计坞内拆解方案时，最大出材率的原则同样应该坚持并应兼顾坞期的使用期限，由于坞内坞墩分布充足，拆解时按照吊车设备的最大吊运能力设计分段划分形式，将剩余船体分段尽快吊运到二次拆解场地上，直至拆船全部完成。

图10　剩余船体进坞图

8　结束语

提出的干散货船绿色拆船技术方案满足定尺板市场需求，考虑工期安排与工程安全，减少干船坞的使用时间并严格遵守《香港公约》与《欧盟法规》的规定，适用于干散货船的拆解，船型范围可囊括35 000 DWT 5货舱散货船到180 000 DWT 9货舱散货船。

与文献[5]中的拆解方案相比较，在拆船工程作业中都收到了海上浮态拆解后安全进坞的理想效果，但方案更加强调了市场与拆船成本因素；与文献[7]相比较，对坞期的要求同样严格，而对海上浮态拆解后的剩余船体形态再一次做出了新的探索，且行之有效。

《欧盟法规》中提到的“欧盟清单”即将公布，绿色拆船技术是未来拆船的大势所趋。但严格执行公约要求，拆船成本也会随之增大。方案中的研究涉及到出材率与坞期等拆船成本重要因素，但仍然有提升的空间。未来有待开展更多降低拆船成本、符合市场绿色拆船技术研究，并对更多干散货船的数值计算结果与成本因素进行验证。

[1] 薛飞.我国拆船业前景分析[J].对外经贸.2012(10):58-59.

[2] 关昊.干散货国际航运市场及其波动周期研究[D].上海：东华大学，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] 任弥高.拆船手册[M].北京：中国拆船总公司出版社，1989.

[5] 高峰,李雪明,郭帅.一种新型的绿色拆船工艺方案[J].船海工程，2014(4):15-18.

[6] 吴梵,朱锡,梅志远.船舶结构力学[M].北京:国防工业出版社,2010.

[7] 郭帅,李雪明.节省坞期的绿色拆船技术方案[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

欧盟及国际海事环境无害化拆船技术研发

郭帅(1987—)，男，硕士，工程师

U672.8

A

1671-7953(2016)04-0045-05

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2016.04.011

研究方向:绿色拆船工艺设计与优化

E-mail:hsgs1987@163.com