孫有君， 周　智， 侯春蕾， 陳紅梅

(1.大連船舶重工集團(tuán)設(shè)計(jì)研究所有限公司, 遼寧 大連116001；2.大連船舶工程技術(shù)研究中心有限公司， 遼寧 大連 116001；3.海艙工程設(shè)備有限公司， 遼寧 大連 116021)

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大型集裝箱船涂裝設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和施工方法研究

孫有君1， 周智2， 侯春蕾3， 陳紅梅1

(1.大連船舶重工集團(tuán)設(shè)計(jì)研究所有限公司, 遼寧 大連116001；2.大連船舶工程技術(shù)研究中心有限公司， 遼寧 大連 116001；3.海艙工程設(shè)備有限公司， 遼寧 大連 116021)

摘要在介紹大型集裝箱船船體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，分析了大型集裝箱船對(duì)涂裝設(shè)計(jì)的特殊要求，探討了大型集裝箱船涂裝設(shè)計(jì)的思路。通過(guò)對(duì)多個(gè)大型集裝箱船涂裝設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，歸納了大型集裝箱船涂裝設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和涂裝施工的方式方法及其取得的效果。

關(guān)鍵詞集裝箱船涂裝設(shè)計(jì)施工

Research on Painting Design Feathers and Construction Methods of Large Container Ship

SUN You-jun1, ZHOU Zhi2, HOU Chun-lei3, CHEN Hong-mei1

(1.Dalian Shipbuilding Industry Engineering and Research Institute Co., Ltd., Dalian Liaoning 116001,China; 2.Dalian Shipbuilding Technology Research Center Co., Ltd., Dalian Liaoning 116001, China;3.Haicang Engineering & Equipment Co., Ltd., Dalian Liaoning 116021, China)

AbstractBased on introducing the hull structure feathers of Large Container Vessel, this thesis analyses the painting special design requirement of Large Container Vessel, and discusses the thought of painting design. Through summarizing the painting design experience of many Large Container Vessels, this thesis concludes painting design feathers, ways and methods of painting applying, and the results achieved on Large Container Vessel.

Keywords Container vesselPaintingDesignApplication

0引言

隨著集裝箱產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，集裝箱船越來(lái)越受到各國(guó)航運(yùn)業(yè)業(yè)主的重視。集裝箱船的裝卸效率可比普通雜貨船高30～70倍，停港時(shí)間可比普通雜貨船縮短5～6倍，并減少了運(yùn)貨裝卸中的貨損量，使船東的經(jīng)濟(jì)效益顯著提高，因此船東的造船熱情逐年高漲。根據(jù)券商Banchero Costa的統(tǒng)計(jì)，2015年集裝箱船新造船交付量預(yù)計(jì)將達(dá)到255艘，達(dá)到自2010年以來(lái)的最高水平。同時(shí)，集裝箱船的規(guī)模也越來(lái)越大。根據(jù)中國(guó)船舶網(wǎng)的報(bào)道，當(dāng)前，法國(guó)達(dá)飛輪船已經(jīng)訂購(gòu)了20 600TEU的集裝箱船。在2015年所交付的集裝箱船中，8 000TEU以上的集裝箱船占據(jù)85%的比例。

當(dāng)然，隨著集裝箱船規(guī)模的增大，其建造的難度也在不斷地增加，大型、超大型的集裝箱船并不是隨便哪個(gè)小船廠都能夠建造得起來(lái)的。且不說(shuō)船舶結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)和建造難度，單就船舶的涂裝方面，大型集裝箱船也是有許多的特點(diǎn)和特殊的施工要求。

1大型集裝箱船與涂裝相關(guān)的特點(diǎn)和涂裝要求

1.1集裝箱船簡(jiǎn)介

按照裝運(yùn)集裝箱的情況，集裝箱船可分為部分集裝箱船、全集裝箱船和可變換集裝箱船三種。

部分集裝箱船是以船的中央部位作為集裝箱的專用艙位，其他艙位仍裝普通雜貨。

全集裝箱船是專門用以裝運(yùn)集袋箱的船舶。它沒(méi)有內(nèi)部甲板，船體其實(shí)就是一座龐大的倉(cāng)庫(kù)。當(dāng)前最大的集裝箱船長(zhǎng)度達(dá)到399 m，其“倉(cāng)庫(kù)”容量可見(jiàn)一斑。單島型集裝箱船駕駛室和機(jī)艙設(shè)在船艉，雙島型集裝箱船駕駛室和居住區(qū)位于船舶前部，機(jī)艙位于船舶后部，燃油艙布置在居住區(qū)下方。

可變換集裝箱船的貨艙內(nèi)裝載集裝箱結(jié)構(gòu)為可拆裝式。它既可裝運(yùn)集裝箱，必要時(shí)也可裝運(yùn)普通雜貨。

由于集裝箱船的載箱量越大，其運(yùn)營(yíng)成本越低，因此，當(dāng)前船東大都訂購(gòu)建造全集裝箱船，如圖1所示的型式。

圖1　全集裝箱船

集裝箱船的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，除了必要的壓載艙結(jié)構(gòu)，就是盛裝集裝箱的貨艙了。集裝箱船的典型橫剖面如圖2所示。

圖2　集裝箱船典型橫剖面示意圖(部分)

1.2集裝箱船與涂裝相關(guān)的特點(diǎn)和涂裝要求

通過(guò)資料的搜集整理和個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，將集裝箱船與涂裝相關(guān)的特點(diǎn)歸納如下。

(1) 集裝箱船的船速一般較快，因此要求水下油漆應(yīng)能夠盡可能地保證水下船體的順滑，即要求水下涂裝材料的摩擦系數(shù)要小。

表1列舉了一些常見(jiàn)貨運(yùn)類船型的航速，可見(jiàn)集裝箱船的航速要求比一般的貨運(yùn)類船舶高出許多。

表1　一些常見(jiàn)貨運(yùn)類船型的航速　　單位：kn

(2) 集裝箱船很多都伴有較高的冰區(qū)等級(jí)，這對(duì)船艏的外板抨擊加強(qiáng)提出了很高的要求，因此要求外板的涂層具有較強(qiáng)的耐寒性、耐沖擊力和耐磨性。

(3) 集裝箱船的舾裝件較多，特別是裝運(yùn)和固定集裝箱的舾裝件，如：將集裝箱船分隔為若干小艙的垂直導(dǎo)軌、貨艙內(nèi)的格柵式貨架等，對(duì)耐磨性要求較高。

(4) 集裝箱船由于貨艙的開(kāi)口大，從穩(wěn)性角度考慮，往往在舷側(cè)設(shè)壓載水艙。壓載水艙涂裝需要滿足PSPC要求，施工難度較大。

(5) 集裝箱船具有艏側(cè)推結(jié)構(gòu)，艏側(cè)推結(jié)構(gòu)的涂裝需要滿足不易附著海生物等要求。

(6) 集裝箱船具有抗橫傾設(shè)計(jì)，抗橫傾艙往往是壓載艙或兼做壓載艙，在涂裝上需要滿足PSPC要求。

(7) 集裝箱船具有與其它類型船舶完全不同的艙口蓋，其涂裝要求也具有獨(dú)特性，需要專門設(shè)計(jì)獨(dú)特的油漆配套。

2大型集裝箱船涂裝設(shè)計(jì)思路探討

針對(duì)集裝箱船的特點(diǎn)和特殊的涂裝要求，在大型集裝箱船的涂裝設(shè)計(jì)中，筆者認(rèn)為應(yīng)兼顧船東船檢的特殊要求和集裝箱船涂裝要求的特點(diǎn)，細(xì)致劃分涂裝區(qū)域，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)涂裝配套和施工方案，達(dá)到涂裝的盡善盡美。可關(guān)注的幾個(gè)方面探討如下。

(1) 應(yīng)充分理解船東對(duì)集裝箱船的涂裝要求，并將滿足船東要求作為涂裝設(shè)計(jì)的第一要?jiǎng)?wù)。

在船舶市場(chǎng)不景氣已成為常態(tài)的大背景下，更應(yīng)準(zhǔn)確理解船東的意圖和要求并盡可能地去滿足。首當(dāng)其沖，必須仔細(xì)研究技術(shù)規(guī)格書，這種研究不僅僅局限于需要研究涂裝要求的章節(jié)，還要兼顧研究船舶的服務(wù)區(qū)域、環(huán)境條件、航速、設(shè)備配置等情況，全面了解需要涂裝的區(qū)域、部件、設(shè)備情況，以便有針對(duì)性地進(jìn)行涂裝設(shè)計(jì)。

(2) 應(yīng)清楚船級(jí)社對(duì)大型集裝箱船的涂裝要求，并按要求進(jìn)行涂裝設(shè)計(jì)。為此，需要首先進(jìn)行船級(jí)社規(guī)范的查詢和研究。例如，在船級(jí)社規(guī)范中，對(duì)于特殊區(qū)域腐蝕余量和易于過(guò)度腐蝕區(qū)域的描述，就有助于涂裝設(shè)計(jì)中涂料種類的選擇。再如，在CCS規(guī)范第1篇第4章，有“防污底系統(tǒng)的應(yīng)用”，“建造中需向驗(yàn)船師提供的文件：涂裝說(shuō)明書”等要求，那么在船舶涂裝設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，就需要有針對(duì)性地采取一些措施，滿足船級(jí)社的要求。

(3) 應(yīng)優(yōu)先考慮以大型集裝箱船屬于鋼質(zhì)貨船為基礎(chǔ)，滿足鋼質(zhì)貨船的涂裝基本要求，再兼顧大型集裝箱船的特殊涂裝要求，如本文第1.2節(jié)所述的各項(xiàng)要求，來(lái)進(jìn)行涂裝設(shè)計(jì)。表2是通常情況下，普通鋼制貨船(如散貨船、礦砂船、化學(xué)品船等)與大型集裝箱船的涂裝分區(qū)域設(shè)計(jì)情況。

對(duì)于與普通鋼制海船相同的涂裝區(qū)域，除按常規(guī)的設(shè)計(jì)思路，還要兼顧高航速等特殊要求設(shè)計(jì)；對(duì)于大型集裝箱船特有的涂裝區(qū)域，則需要研究其特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出高效、低成本、耐用性好及便于維護(hù)的涂裝配套。

(4) 對(duì)特殊種類的油漆或有特殊涂裝要求或施工方法的油漆，在設(shè)計(jì)時(shí)就要給予特殊關(guān)注和說(shuō)明，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)行設(shè)計(jì)方面的指導(dǎo)。

(5) 要積極推進(jìn)涂裝設(shè)計(jì)和施工工藝的創(chuàng)新和改進(jìn)。心中要有這個(gè)意識(shí)，然后貫徹到涂裝設(shè)計(jì)中。

3大型集裝箱船涂裝設(shè)計(jì)研究和特點(diǎn)總結(jié)

遵循上述的設(shè)計(jì)思路，進(jìn)行整船的涂裝設(shè)計(jì)。對(duì)于特殊部位、特殊要求，研究其特點(diǎn)，進(jìn)行專門的研究和分析，有針對(duì)性地進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)。綜合系列大型集裝箱船的涂裝設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出大型集裝箱船涂裝設(shè)計(jì)具有如下特點(diǎn)：

表2　貨運(yùn)類船舶涂裝設(shè)計(jì)區(qū)域的一般劃分

(1) 涂裝設(shè)計(jì)的區(qū)域大體相同，基本如表2所示。作為集裝箱船，雖然承載的箱數(shù)不同，船東各異，船體線型也不盡相同，但畢竟最終的目的都是盡可能多地承載集裝箱，殊途同歸，作為同一船型，各種集裝箱船全船包含的結(jié)構(gòu)還是大體相同的。因此，涂裝區(qū)域的劃分大體相同也就在情理之中。

(2) 水下船體大多采用“耐磨環(huán)氧+防污漆”的設(shè)計(jì)。自拋光型防污漆可以隨著船體的航行拋光表面，同時(shí)溶解表面油漆，防止海生物附著，減少航行阻力，節(jié)約燃料，提高航速。且耐磨環(huán)氧加防污漆的配套，也非常有利于滿足冰區(qū)耐磨和抗沖擊的獨(dú)特要求。

(3) 對(duì)于耐磨性要求高的區(qū)域設(shè)計(jì)耐磨油漆配套和相應(yīng)的施工方案。如上述的水下油漆配套中，底層的耐磨環(huán)氧漆就是典型的耐磨油漆配套。再如艙口蓋及綁扎橋，使用時(shí)磨損情況比較嚴(yán)重，于是設(shè)計(jì)了無(wú)機(jī)硅酸鋅打底的耐磨涂裝配套。由于無(wú)機(jī)硅酸鋅油漆對(duì)底材的處理要求較高，因此在設(shè)計(jì)中要充分注意到這一點(diǎn)，將表面處理要求設(shè)計(jì)為全部噴砂處理至SA2.5級(jí)，車間底漆完好部位也不允許掃砂處理。

(4) 對(duì)于執(zhí)行PSPC的艙室，進(jìn)行精細(xì)化的涂裝設(shè)計(jì)。壓載艙執(zhí)行PSPC，需要設(shè)計(jì)耐磨性好、抗腐蝕性強(qiáng)的涂裝配套、需要設(shè)計(jì)詳細(xì)的一次表面處理要求(包括表面處理方式和粗糙度要求，車間底漆要求)、二次表面處理要求(包括鋼板預(yù)處理要求、表面清潔處理要求、合攏后表面處理要求、粗糙度要求、灰塵要求、油污要求)等。然后在生產(chǎn)設(shè)計(jì)中進(jìn)行深化和細(xì)化，達(dá)到減少和控制涂裝修補(bǔ)的目的，保證所有壓載艙的破損修補(bǔ)率在規(guī)定范圍內(nèi)。

(5) 深化細(xì)化涂裝生產(chǎn)設(shè)計(jì)，更大限度地貫徹設(shè)計(jì)為生產(chǎn)服務(wù)的理念。為使分段涂裝生產(chǎn)施工錯(cuò)誤率降到最低點(diǎn)甚至為零，對(duì)涂裝生產(chǎn)設(shè)計(jì)進(jìn)一步深化細(xì)化，如：對(duì)壓載艙和貨艙進(jìn)行分艙；利用開(kāi)發(fā)TRIBON 系統(tǒng)超強(qiáng)的分段自動(dòng)組合、翻轉(zhuǎn)解剖、消隱、照光等功能，對(duì)機(jī)艙分段采用雙圖標(biāo)注，對(duì)機(jī)泵艙和樓子進(jìn)行分層；對(duì)油柜進(jìn)行分艙，所有免涂區(qū)域均用陰影網(wǎng)絡(luò)線標(biāo)注；對(duì)直底、干舷進(jìn)行高度尺寸標(biāo)注，肋位標(biāo)注等。

4大型集裝箱船涂裝施工方法的研究和效果

4.1大型集裝箱船涂裝施工必須滿足常規(guī)的涂裝施工要求

大型集裝箱船涂裝施工的環(huán)境，一般如表3所示。

表3　涂裝施工環(huán)境的常規(guī)要求[2]

在密閉或狹小空間進(jìn)行涂裝施工及油漆干燥期間，應(yīng)注意大量通風(fēng)，關(guān)注密閉空間涂裝施工的安全問(wèn)題，特別防止燃爆事故的發(fā)生。涂裝完畢后，在4小時(shí)內(nèi)嚴(yán)禁漆膜遭到?jīng)_刷、雨淋、霜雪覆蓋等。遇到突發(fā)事件時(shí)，應(yīng)及時(shí)做好漆膜的保護(hù)工作。施工工具、容器可用專用稀釋劑清洗干凈以備反復(fù)使用。

在涂裝施工的方法上，無(wú)氣噴涂是船舶涂裝的主要方式，用于大面積的涂裝如分段、艙室、甲板、外板的涂裝。刷涂和輥涂適用于小件的涂裝或預(yù)涂。

4.2特殊的油漆，必須采用對(duì)應(yīng)的施工方法

艙口蓋涂裝無(wú)機(jī)硅酸鋅底漆，該油漆防腐性能優(yōu)越，但施工要求較高，過(guò)程控制要求嚴(yán)格，要求施工溫度、相對(duì)濕度以及干膜厚度均要控制在規(guī)定范圍內(nèi)，表面清潔處理要求高，表面不能有油，否則涂層容易出現(xiàn)脫落等問(wèn)題。為此通過(guò)與油漆商共同研究，制定合理的施工工藝程序，包括噴涂設(shè)備的選用、表面處理要求、噴涂施工要領(lǐng)、環(huán)境條件的監(jiān)控以及注意事項(xiàng)等。

4.3艙口蓋及綁扎橋涂裝工藝創(chuàng)新

一般來(lái)說(shuō)，艙口蓋和綁扎橋應(yīng)屬于舾裝件，根據(jù)舾裝件的涂裝工藝要求，涂裝配套應(yīng)該是兩度通用環(huán)氧底漆，加一度專船環(huán)氧面漆。而如果采用專船油漆則可以是一度環(huán)氧底漆和一度環(huán)氧面漆．為了節(jié)省油漆，降低材料成本，在綁扎橋涂裝設(shè)計(jì)上進(jìn)行了工藝創(chuàng)新，修改了涂裝配套、涂裝度數(shù)、每一涂層的漆膜厚度和施工的順序，既節(jié)省了油漆，又減少了磨損和浪費(fèi)，還節(jié)省了工時(shí)．例如，在最近建造的某型集裝箱船上，艙口蓋和綁扎橋采用舾裝件的涂裝工藝修改后比修改前共節(jié)省油漆4 800余升/船, 稀釋劑700余升/船。

4.4淡水艙涂裝工藝改進(jìn)

一般情況下，船舶建造的淡水艙涂裝全部都是合攏后整體涂裝施工，要求高，難度大，整艙必須滿打腳手架，整艙進(jìn)行噴砂，表面處理要求達(dá)到Sa2.5級(jí)，同時(shí)必須具有良好的通風(fēng)和照明條件，該施工方法人工費(fèi)、成本費(fèi)高、具有一定的危險(xiǎn)性。在大型集裝箱船上，淡水艙原技術(shù)規(guī)格書也要求采用上述涂裝施工工藝。為規(guī)避這些問(wèn)題，減小施工難度，涂裝設(shè)計(jì)人員提出淡水艙改進(jìn)涂裝施工工藝，經(jīng)與項(xiàng)目組、施工部門和油漆商溝通研究，并征求船東的意見(jiàn)，達(dá)成共識(shí)，在噴砂除銹、涂裝施工的各個(gè)階段進(jìn)行工藝改進(jìn)，使表面處理和涂裝施工分別得到妥善處理，既能滿足技術(shù)要求，又使施工便捷。顯著提高了工作效率、節(jié)省了施工工時(shí)、材料成本、人工成本，同時(shí)還降低了施工的危險(xiǎn)性，一舉數(shù)得。

4.5從設(shè)計(jì)源頭改進(jìn)傳統(tǒng)施工方法

按以往涂裝生產(chǎn)設(shè)計(jì)慣例，是按規(guī)定的設(shè)計(jì)膜厚在分段階段涂裝一度、二度油漆或完工狀態(tài)，但對(duì)于分段僅涂一度漆的部位，在分段涂裝后，會(huì)由于各種不同的原因，導(dǎo)致該度涂層破損嚴(yán)重，待合攏后修補(bǔ)時(shí)，需全部重新打掉，重新滿噴涂一度漆，造成該度漆的大量浪費(fèi)。為此，創(chuàng)新涂裝現(xiàn)場(chǎng)施工工藝，合理細(xì)化、優(yōu)化涂裝生產(chǎn)設(shè)計(jì)，采取一度漆薄噴的生產(chǎn)設(shè)計(jì)方法，既滿足分段階段臨時(shí)保護(hù)的需要，又能降低涂裝成本

5結(jié)果和討論

大型集裝箱船涂裝的設(shè)計(jì)和施工，主要是要滿足航速高、個(gè)別區(qū)域耐磨性要求高的特點(diǎn)。針對(duì)航速要求高，水下部分需要設(shè)計(jì)順滑性好的油漆配套。對(duì)于艙口蓋和綁扎橋等磨損嚴(yán)重的部位，除了要設(shè)計(jì)耐磨的油漆配套，還要相應(yīng)地深化和細(xì)化生產(chǎn)設(shè)計(jì)，保證其從表面處理到油漆施工能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)意圖，滿足實(shí)際需要。而對(duì)于淡水艙等施工工藝的改進(jìn)和對(duì)分段階段施工漆膜厚度的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，則不但保證了大型集裝箱船涂裝施工的效果，而且節(jié)省了大量的人力物力，值得推廣和借鑒。

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[上接第59頁(yè)]

(2) 相同功率，焊接速度較大時(shí)，焊縫存在時(shí)間短，焊縫較窄，氮?dú)庖莩隹臻g小，滯留在焊縫中成為氣孔，且隨著焊接速度的提高，激光焊的“小孔”穩(wěn)定性降低，更易產(chǎn)生氣孔； 當(dāng)焊接速度降低到臨界值時(shí)，焊縫中幾乎無(wú)氣孔；而當(dāng)焊接速度降低到臨界值以下時(shí)，原本以固溶態(tài)存在的氮又一次成為氮?dú)鉁艉缚p中形成氣孔。

(3) 焊接接頭顯微分析可知母材組織為奧氏體，掃描電鏡下為不同位向的束狀組織；焊縫區(qū)組織為奧氏體彌散分布部分Cr2N。隨著熱輸入的增加，熱影響區(qū)寬度及晶粒大小發(fā)生明顯的增加。

(4) 隨著熱輸入的增加，焊縫及熱影響區(qū)的硬度值略微減小。焊接接頭拉伸試驗(yàn)斷裂部位均為焊縫區(qū)，斷口出現(xiàn)明顯韌窩，為韌性斷裂。隨著熱輸入的提高，抗拉強(qiáng)度提高，韌窩深度和數(shù)量都明顯增加。

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中圖分類號(hào)U671

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

作者簡(jiǎn)介：孫有君(1969-)，男，主任設(shè)計(jì)師。從事船舶涂裝工作。