VLCC大型油轮绿色拆船工艺方案

郭 帅，高 峰，李雪明，林光明

（大连船舶重工集团船务工程有限公司，辽宁大连 116300）

VLCC大型油轮绿色拆船工艺方案

郭 帅，高 峰，李雪明，林光明

（大连船舶重工集团船务工程有限公司，辽宁大连 116300）

基于绿色拆船理念，以大连船舶重工集团钢业有限公司 VLCC拆船项目“NEW VICTORY”号为研究对象，以已经生效的《欧盟（EU）1257/2013船舶回收法规》为准则，提出一种VLCC绿色拆船工艺方案。方案按照法规要求做出了船舶有害材料（IHM）清单，考虑了拆解过程中稳性变化对剩余船体的影响，制定了三条拆解原则，用PATRAN软件对拆解剩余船体结构进行了有限元分析，制定了安全拆解顺序，达到了环境污染小，码头拆解不倾覆、不折断，剩余船体顺利进坞拆解的预期效果。

VLCC；绿色拆船；IHM；拆解顺序；有限元

0 引言

从2008年下半年开始，全球金融危机蔓延，国际消费需求急剧下降，全球航运市场遭遇重创。油轮市场受运力过剩和需求萎靡影响，运价也一直难以提升[1]。许多航运企业因无法承受成本压力，纷纷抛售旧船以自救，引发老旧船舶被加速淘汰，进而带来油轮拆解的复苏回暖。

VLCC舱体深，主尺度大，拆解工程量繁重；危险品及生活废弃物较多；各油舱、机舱、燃油舱、滑油舱残油较多；油脚、油泥、污油水不易清理。因而，在油船这类型船舶的拆解中，VLCC最具代表性。传统的油船拆解大都是冲滩拆解。冲滩拆船对环境造成严重危害，施工所产生的污油以及有毒有害的化学品肆意排放，毫无环保可言。因此，油轮拆船工艺的重新设计是绿色环保的必要保证[2]，也是国际绿色拆船潮流的应运产物。

基于《欧盟（EU）1257/2013 船舶回收法规》对“绿色拆船”的规范与要求，以大型油轮“NEW VICTORY”号为研究对象，采用从上到下、从艏艉到船舯、从两舷向船舯的对称拆解思路，运用PARTON软件对拆解剩余船体进行有限元分析，提出一种新型的VLCC大型油轮绿色拆船工艺方案，以期对传统油轮的拆船工艺有所创新与改进。

图1 “NEW VICTORY”号目视/取样检验计划

1 绿色措施

“NEW VICTORY”号是大连船舶重工集团钢业有限公司的一个单拆船项目，拆解方式采取靠泊码头浮态拆解与进船坞拆解相配合的方式。船体总长328.045m，两柱间长315.00m，型宽57m，型深30.8m，设计吃水21.6m，空船质量39255Mt，载货质量285733Mt。

欧盟（EU）1257/2013船舶回收法规（以下简称《欧盟法规》）已于2013年12月30日正式生效，目的是在船舶整个生命周期内促进安全、保护人体健康和欧盟海洋环境，特别是确保对拆船产生的有害废料进行环境无害化管理，并旨在促进《2009年香港国际安全与环境无害化拆船公约》尽早生效。《欧盟法规》规定，非欧盟旗船舶自2020年12月31日起应制订有害物质清单，且应根据外观/取样检查计划编制[3]。2020年12月31日起，非欧盟旗船舶换成欧盟旗时（或换旗后 6个月内，或初次/换证/附加/最终检验时，取早者）应持有有害物质清单[3]。石棉、多氯联苯（PCB）、臭氧破坏物质、有机锡（TBT）等有害物质必须在IHM中列出。

提出的新型绿色拆解工艺方案贯彻绿色拆船的理念。为保护安全和健康并能最大程度地控制环境污染，提供“NEW VICTORY”号船舶有害材料的具体信息，外观/取样检查计划（VSCP）与有害材料清单(IHM)如图1和图2所示。

IHM清单包括3个方面的内容：第一部分是船舶结构或设备包含的材料；第二部分是操作过程中产生的废弃物；第三部分是物料。在拆解过程中，拆船设施可以根据清单提供的信息，决定如何处理有害材料清单列出的有害材料。

图2 “NEW VICTORY”号部分有害材料清单

2 拆解前期准备与清理

New Victory号系泊在公司2号码头，码头沿船纵向分布有16个可利用的导缆桩，间距为23m。2000kN的双系缆桩有4对，1000kN的系缆桩有8个。根据“NEW VICTORY”号的船长与其靠泊码头的岸桩分布，确定了9个长期系缆点。不焊吊耳，直接在舷侧强肋骨处开孔，用一段3.5m长的锚链环绕开孔处强肋骨，将缆绳系在锚链上。船首与船尾处可用一节锚链系缆。共用3节锚链、7条缆绳（直径110mm），系缆点布置图如图1所示。

图3 “NEW VICTORY”号系缆点布置图

固定好船后，在艏艉至岸边，敷设围油栏；增设缆索和锚链紧以防遇到大风浪，并可在迎力方向抛锚，以增强抗击能力；经常检查系缆情况，及时发现隐患；系缆留有一定伸张余地，以适应涨潮或水位变化[4]；拆解过程中时时监控艏艉吃水变化和横倾情况，根据船舶浮态变化及时调整系缆的松紧度与判断是否增加质量。

拆除生活区内装材料过程中，对可利用的设备仪器及备品备件，进行了仔细拆卸和吊运，保持完整和配套；按照绿色措施清除机舱热力管路，主辅机排气管的保温层及上层建筑的舱室隔板等部位的石棉制品；清除油舱、机舱、油箱、油柜、油管、液压系统中剩余的和残存的原油、燃油、润滑油、液压油和其他油料，以及含油压载水、舱底水、洗舱水、油泥；清理含有机锡的油漆和涂料碎片；清理废旧的电池、仪表中含有的镉、汞以及油漆涂料中含有的铅等重金属；按照《含多氯联苯废物污染控制标准》的要求处置主要存在于船上设备、电缆线等材料中的多氯联苯[4]。

3 拆解分段吊点位置

3.1 吊点分类

在船舶拆解过程中，吊点根据所在拆解分段的位置进行分类。

1）拆解分段位于主甲板、上层建筑或者机舱平台等结构时，吊点选在甲板或者平台下扶强材的腹板上开孔；确定吊点位置，使用AUTOCAD2013REG功能生成面域模块，再用MASSPROP功能命令计算面积与质心位置，根据质心位置，定好吊点。

2）拆解分段位于舷侧、压载水舱或者边油舱，并且该分段的横向维度小于纵向时，吊点选在外板或者纵向舱壁上直接开孔。

3.2 吊点开孔高度

两类吊点位置均涉及到钢板的开孔，开孔高度决定吊运的安全性。在拆解分段吊运过程中，吊点所在钢板应力值必须同时满足材料的的许用正应力[σ]与许用切应力[τ][5]。

式中：σ为正应力，N/mm2；P为允许载荷，N；Fmin为垂直于P方向的最小截面积，mm2；Amin为平行于P方向的最小截面积，mm2；σs为材料的屈服点，N/mm2；K为安全系数；[σ]为材料许用正应力，N/mm2；[τ]为材料许用切应力，N/mm2。

方案根据材料力学原理并考虑到“New Victory”号船板的腐蚀程度，安全系数K取3，计算出允许载荷在10t~50t范围内吊点开孔的高度（表1），进而可以确定吊点位置，对现场的吊运具有指导意义。

表1 钢板开孔高度计算表

4 拆解顺序

4.1 上层建筑拆解顺序

“NEW VICTORY”号是艉机型船，重心靠后，方案首先拆除上层建筑。凯旋号上层建筑从上到下有6层，分别为：罗经甲板、驾驶甲板、D甲板、C甲板、B甲板、A甲板。其拆解原则为从上到下，立体分段吊运。上层建筑各个甲板的吊点选在甲板下扶强材的腹板上，并在吊点上方的甲板或平台开孔。其拆解原则为从上到下，立体分段吊运。

以C甲板为例，先根据C甲板基本结构图，统计甲板板材与型材质量，并实际登船进行检测，如发现有不符的情况以现场测量数据为准（表2）。

表2 C甲板质量统计表

根据码头塔吊额定载荷（50t），结合C甲板结构特点，将A甲板及其下围壁划分为（1）~（11）共11个分段（图4）。C甲板分段的吊点属于1）类吊点，在甲板纵桁的腹板开孔，开孔高度按照3.2小节进行计算。

图4 C甲板模块划分与吊点分布

4.2 主船体拆解顺序

凯旋轮系油船，可燃性气体浓度较大，切割作业时为了便于通风透气与安全操作，主甲板工艺孔开9个。每个工艺孔的尺寸大小为7m×8m。切割位置如图5所示。

图5 主甲板拆解顺序图

上层建筑切割吊运后开始切割主甲板。主甲板拆解顺序分为6个步骤，遵循从船首尾向船舯的拆解原则：1）船首（FRO-FR44）与船尾（FR103-AFT）同时拆解；2）FR44-距FR60 4035mm处与FR98-103同时拆解；3）距FR60 4035mm处-FR65与FR93-98同时拆解；4）FR65-71与FR87-93同时拆解；5） FR71-76与FR81-87同时拆解；6）FR76-81。

4.3 进坞拆解阶段

这是拆解的最后阶段，按照顺序进行拆解后，剩余船体预留部分：1）主甲板下6.4m结构全部切割吊运；2）纵向第一层：71#横舱壁-84#肋位处结构保留24.6m；3）纵向第二层：59#-71#，84#-93#均保留17.96m；4）纵向第三层：15#-59#，93#-船首保留11.46m。

剩余船体计划切割工况侧视图如图6所示，将剩余船体拖进船坞拆解，海上浮态拆解船体的60%~70%，坞内拆解或者拆船池内拆解剩余30%~40%。

图6 剩余船体侧视图

全部拆解完成后及时对码头、坞坑、沿岸水域及岸上拆解场地进行清理。并对设施检查维修，做好下一艘船舶的拆解准备工作。

5 可行性分析

参考规范与指南要求，用三维有限元模型进行拆船剩余船体主要构件的强度直接计算时，模型范围为半宽模型，模型的纵向范围从首到尾，剩余船体网格划分如图7所示；垂向范围为船底至甲板。舷外水压力由静水压力和波浪水动压力组成[6]，全船应力分析云图如图8所示。

图7 剩余船体PATRAN网格划分

图8 剩余船体应力分析云图

“New Victory”拆解剩余船体横舱壁、强框架和弱框架的最大应力均小于许用应力235MPa，最大值为159MPa，满足要求。船体甲板和船底板的最大应力值均在与切割断面与舷侧接壤的区域，主要是由于角隅应力集中的体现。由PATRAN计算结果可知：方案作出的阶梯型拆解是安全、可行的。

6 结束语

方案贯彻绿色拆船理念，严格遵循欧盟法规，对VLCC有害材料清单进行了系统制作，对传统的拆船工艺进行改进创新。方案在拆解进度中配合生产监控达到了预期的效果，在安全、合理拆解顺序的基础上最大程度地保证减少对海洋环境的污染，适用于VLCC大型油船这一类型船舶的拆解。

[1] 金鸿祥, 建立绿色拆船业是企业新商机[J]. 中国水运, 2013, 13(3): 49-51.

[2] 周鑫, 王立坤. 中国拆船业可持续发展的相关建议[J].大连海事学报, 2007(5): 53-57.

[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] 刘鸿文. 材料力学[M]. 北京: 高等教育出版社, 2011.

[6] 刘寅东. 船舶设计原理[M]. 北京: 国防工业出版社, 2010.

Green Ship-recycling Process of VLCC

Guo Shuai, Gao Feng, Li Xue-ming, Lin Guang-ming

(Dalian Shipbuilding Industry Marine Services Co., Ltd., Liaoning Dalian 116300, China)

It proposes a green dismantling process scheme based on EU 1257/2013 Ship Recycling Convention, which has entered into force. Taking New Victory as the study object, which is the ship-recycling project of Dalian Shipbuilding Industry, Ship Recycling Co., Ltd., it considers the stability in the dismantling process which affects the remaining hull, develops three dismantling principles, finishes finite element analysis of the remaining hull with PATRAN, determines the hanging position of the sub-block and develops a detailed dismantling order. It causes less pollution of the environment. The process realizes the expected effect that the ship is not be overthrow or broke in the pier dismantling process and the remaining hull is smoothly dismantled.

VLCC; green ship-recycling; IHM; dismantling sequence; FEA

U672.8

A

1005-7560 (2014) 06-0027-04

辽宁省引进海外专家专项资金

郭帅（1987-），男，助理工程师，研究方向：绿色拆船工艺设计与优化。