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        淺談PSPC對(duì)海洋平臺(tái)供應(yīng)船結(jié)構(gòu)送審設(shè)計(jì)的影響

        2016-05-30 10:48:04趙建華李巖
        科技尚品 2016年8期
        關(guān)鍵詞:涂裝

        趙建華 李巖

        摘 要:針對(duì)PSPC新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)制性實(shí)施,船體結(jié)構(gòu)送審設(shè)計(jì)需要做一些改進(jìn)性的措施,以降低船廠施工的難度和強(qiáng)度,從設(shè)計(jì)源頭上減小壓載艙涂裝工作強(qiáng)度,最大程度降低造船成本,提高造船能力。

        關(guān)鍵詞:PSPC;壓載艙;涂裝;打磨;結(jié)構(gòu)送審設(shè)計(jì)

        2006年12月8日,在土耳其伊斯坦布爾召開(kāi)的國(guó)際海事組織(IMO)海上安全委員會(huì)第82次會(huì)議(MSC82)上,正式通過(guò)了《船舶專用海水壓載艙和散貨船雙舷側(cè)處所保護(hù)涂層性能標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡(jiǎn)稱“PSPC ”Performance Standard for Protective Coatings)。

        1 PSPC標(biāo)準(zhǔn)概述

        當(dāng)前,世界范圍內(nèi)每年都有不勝枚舉的由于壓載艙腐蝕而造成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低后致使的海難事件,造成了巨大的人員及經(jīng)濟(jì)損失,同時(shí)也對(duì)國(guó)際海洋環(huán)境造成污染。IMO在各船東國(guó)的強(qiáng)烈要求的壓力下制定并出臺(tái)了《船舶專用海水壓載艙和散貨船雙舷側(cè)處所保護(hù)涂層性能標(biāo)準(zhǔn)》。本規(guī)范的目的是使壓載艙涂層能夠達(dá)到15年的目標(biāo)有效期限,以減少船體的腐蝕。

        2 標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行時(shí)間和范圍

        (1)500總噸以上所有類型船舶專用壓載艙(包括雙層底壓載艙,邊壓載艙及艏艉壓載艙等)和船長(zhǎng)在150m長(zhǎng)度以上的散貨船雙舷側(cè)處所;(2)簽訂建造合同日期在2008年7月1日及以后的船舶;(3)如沒(méi)有簽訂建造合同的,在2009年1月1日及以后鋪龍骨的船舶;(4)在2012年7月1日及以后交船的船舶。

        3 海洋平臺(tái)供應(yīng)船設(shè)計(jì)建造周期現(xiàn)狀,壓載艙分布及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

        因目前全球海洋鉆井平臺(tái)的建造猛增,導(dǎo)致海洋平臺(tái)供應(yīng)船(以下簡(jiǎn)稱海工船)隨即需求量急劇增加,船東為盡快接船盈利,從而要求船廠造船周期越短越好,迫使此類型船造船周期非常短,快則5到6個(gè)月,通常送審設(shè)計(jì)開(kāi)始后1~2個(gè)月船廠建造就開(kāi)始,形成一個(gè)設(shè)計(jì)。建造和送審幾乎同步進(jìn)行模式,因此有許多因設(shè)備訂貨原因,導(dǎo)致其部分結(jié)構(gòu)需后續(xù)增加,如甲板機(jī)械基座加強(qiáng)等,因此結(jié)構(gòu)送審設(shè)計(jì)無(wú)法保證它的完整性,盡管如此,對(duì)于比較重要的結(jié)構(gòu)部分,還是應(yīng)著重考慮,特別是壓載艙區(qū)域結(jié)構(gòu)的完整性。此區(qū)域考慮的應(yīng)該是設(shè)備基座等加強(qiáng),如邊壓載艙區(qū)域有系泊設(shè)備,甲板機(jī)械設(shè)備等加強(qiáng);雙層底壓載艙區(qū)域的內(nèi)底板上機(jī)艙內(nèi)主輔機(jī)基座加強(qiáng),水泥罐底座加強(qiáng)等等,盡量在送審設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)此結(jié)構(gòu)區(qū)域一并考慮,保證其結(jié)構(gòu)的完整性,避免后續(xù)因部分結(jié)構(gòu)增加破壞分段的涂層,達(dá)不到PSPC標(biāo)準(zhǔn)要求,最終導(dǎo)致返工。

        海工船壓載艙主要分布為邊壓載艙,雙層底壓載艙和艏.艉尖壓載艙等。因目前海工船船長(zhǎng)在30~120m之間,船型都比較小,其壓載艙空間狹窄,結(jié)構(gòu)繁瑣,通常邊艙寬度最小1m左右,雙層底艙高最小約0.9m左右,并且普通型材一般選用角鋼(主要原因?yàn)榻卿撓啾惹虮怃搯挝恢亓坷寐矢?,降低船體重量,另外使用角鋼,船舶空間利用率高),如此狹窄的空間和繁瑣的結(jié)構(gòu),導(dǎo)致施工空間比較小,施工難度大,以及角鋼的設(shè)置造成型材自由邊多,打磨長(zhǎng)度增加,這些是對(duì)PSPC的實(shí)施是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。

        4 結(jié)構(gòu)送審設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)PSPC的對(duì)策實(shí)例

        顯然,船舶送審設(shè)計(jì)是應(yīng)對(duì)PSPC的源頭,尤其是船舶結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理直接影響到船廠施工,優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將對(duì)船廠施工應(yīng)對(duì)PSPC標(biāo)準(zhǔn)有直接的幫助。

        下面從船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾個(gè)主要典型的優(yōu)化設(shè)計(jì)以應(yīng)對(duì)PSPC:

        4.1 邊壓載艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

        邊壓載艙結(jié)構(gòu)特點(diǎn):結(jié)構(gòu)空間在船寬方向狹窄,在垂直方向通常設(shè)舷側(cè)肋骨和縱艙壁扶強(qiáng)材,水平方向的水平桁,以及甲板處設(shè)有縱骨,如此狹小的空間和復(fù)雜的舷側(cè)結(jié)構(gòu)設(shè)置,對(duì)船廠焊接,打磨,涂裝符合PSPC標(biāo)準(zhǔn)無(wú)疑是一巨大困難。

        設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)對(duì)PSPC策略:

        (1)甲板縱骨和舷側(cè)外板縱骨由角鋼改成球扁鋼。優(yōu)點(diǎn):球扁鋼自由邊少,直接減少自由邊打磨長(zhǎng)度,減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度;另外,同等剖面模數(shù)的球扁鋼和角鋼,球扁鋼腹板高,球頭寬度比角鋼面板寬度小,增大了焊接.打磨及涂裝空間,降低了施工難度;缺點(diǎn):因同等剖面模數(shù)的球扁鋼和角鋼,球扁鋼單位長(zhǎng)度的重量稍大,從而增加部分船體的重量,但因結(jié)構(gòu)修改僅在壓載艙,對(duì)總的船舶重量影響不大。

        (2)綜合考慮此設(shè)計(jì)的優(yōu)化,利大于弊,船東和船廠都可以接受。壓載艙周邊艙壁扶強(qiáng)材朝向改變。扶強(qiáng)材由通常設(shè)置在壓載艙內(nèi)改到艙外或背面其他液艙內(nèi)。優(yōu)點(diǎn):①直接減少壓在艙縱艙壁的扶強(qiáng)材,大大降低了壓載艙結(jié)構(gòu),增大了施工空間增加,降低了打磨和涂裝工作強(qiáng)度和難度;②扶強(qiáng)材朝向艙外,如壓載艙緊臨機(jī)艙或者舵機(jī)艙,改變扶強(qiáng)材后,避免將來(lái)因后續(xù)在縱艙壁焊接工作對(duì)壓載艙涂層的破壞,如某些設(shè)備的重量油柜需安裝在縱艙壁,可以直接焊接到機(jī)艙內(nèi)的扶強(qiáng)材上,不會(huì)破壞壓載艙縱壁內(nèi)的涂層;缺點(diǎn):機(jī)艙由于空間變小,對(duì)機(jī)艙空間放樣有所影響。

        綜合考慮此設(shè)計(jì)的優(yōu)化,利遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于弊。

        (1)壓載艙上面甲板機(jī)械基座等加強(qiáng)提前考慮,盡量保證此部分結(jié)構(gòu)的完整性,另外結(jié)構(gòu)加強(qiáng)的優(yōu)化處理,如使用用扁鐵或球扁鋼加強(qiáng),避免采用角鋼和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式,也是對(duì)壓載艙涂裝工作有幫助;(2)流水孔透氣孔的布置在滿足規(guī)范要求下盡量少并且注意位置布置;漸少打磨工作量,以及避免死角,降低涂裝工作難度。

        4.2 雙層底壓載艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

        雙層底壓載艙結(jié)構(gòu)特點(diǎn):雙層底層高較低,最小約0.9m左右,導(dǎo)致施工空間狹小,并且肋板有扶強(qiáng)材,以及減輕空. 貫穿孔.流水孔和透氣孔的布置繁瑣,都會(huì)給結(jié)構(gòu)的打磨涂裝帶來(lái)困難。

        設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)對(duì)PSPC策略:

        (1)取消肋板的扶強(qiáng)材,合理布置肋板上開(kāi)孔(減輕空,貫穿孔,流水孔和透氣孔)。此結(jié)構(gòu)形式最大程度地改善了雙層底結(jié)構(gòu)內(nèi)施工空間,施工強(qiáng)度及施工難度,是比較好的優(yōu)化設(shè)計(jì),對(duì)船廠來(lái)講幾乎全都是有利的,只是對(duì)送審設(shè)計(jì)來(lái)講,增加了部分工作量。

        現(xiàn)就設(shè)計(jì)對(duì)此結(jié)構(gòu)形式作簡(jiǎn)單概述:取消肋板扶強(qiáng)材的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),因規(guī)范對(duì)此形式?jīng)]有明確的直接計(jì)算條款,屬于規(guī)范中特殊結(jié)構(gòu)形式,需作具體結(jié)構(gòu)分析(to be considered case-by-case)。因不同位置肋板受力形式及大小不同,需作不同位置的受力分析,但就肋板強(qiáng)度要求分析,主要研究其屈服強(qiáng)度和屈曲分析即可,根據(jù)其受力及不同位置,可創(chuàng)建局部雙層底肋板結(jié)構(gòu)有限元模型進(jìn)行受力分析,圖3和4是對(duì)屈服強(qiáng)度和屈曲有限元分析的實(shí)船建模截圖。

        取消肋板的扶強(qiáng)材的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式雖然給結(jié)構(gòu)送審設(shè)計(jì)工作增加了部分工作量,但大大減少了生產(chǎn)設(shè)計(jì)及船廠施工工作量,對(duì)造船整個(gè)過(guò)程是非常大的幫助;

        (2)提前考慮雙層底壓載艙區(qū)域內(nèi)底板上設(shè)備基座加強(qiáng),盡量保證此部分結(jié)構(gòu)的完整性,避免后續(xù)結(jié)構(gòu)增加對(duì)涂層的破壞,防止返工;優(yōu)化內(nèi)底板上設(shè)備基座加強(qiáng),降低雙層底艙內(nèi)施工難度,如用扁鐵或球扁鋼加強(qiáng),避免實(shí)用角鋼和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式。

        4.3 艉壓載艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        (1)甲板縱骨選用自由邊少的球扁鋼;(2)盡量減少朝向壓載艙的扶強(qiáng)材;(3)提前考慮尾部分段上設(shè)備基座加強(qiáng),保證其結(jié)構(gòu)的完整性。(4)流水孔透氣孔的布置在滿足規(guī)范要求下盡量少并且注意位置布置;漸少打磨工作量,以及避免死角,降低涂裝工作難度;

        5 結(jié)語(yǔ)

        本文是根據(jù)目前海工船舶送審設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)部分為應(yīng)對(duì)PSPC標(biāo)準(zhǔn)作出的幾點(diǎn)簡(jiǎn)單切實(shí)可行的優(yōu)化方案,分別對(duì)舷側(cè)壓載艙,雙層底壓載艙和艉壓載艙作出簡(jiǎn)單的描述性優(yōu)化方案,希望對(duì)目前在建或?qū)⒁ㄔ斓念愃拼吞峁┮恍┧悸泛蛦l(fā)。隨著設(shè)計(jì)人員對(duì)PSPC標(biāo)準(zhǔn)的不斷深入認(rèn)識(shí),相信必將會(huì)在船舶設(shè)計(jì),特別是結(jié)構(gòu)送審設(shè)計(jì)中不斷優(yōu)化設(shè)計(jì),以及研發(fā)新的結(jié)構(gòu)形式,以更好的應(yīng)對(duì)PSPC標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施,提高我國(guó)造船能力和水平。

        參考文獻(xiàn)

        [1]何秀容.75m海洋平臺(tái)供應(yīng)船生產(chǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案[J].機(jī)電技術(shù),2013,(4):126-128.

        [2]現(xiàn)代造船模式研究的應(yīng)用研究[D].上海船舶工藝研究所,2007.

        (作者單位:1.青島遠(yuǎn)洋船員職業(yè)學(xué)院 航海系;2.青島遠(yuǎn)洋船員職業(yè)學(xué)院 機(jī)電系)

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