趙 銳

（上海中遠船務工程有限公司，上海 200231）

0 引言

散裝水泥運輸方式一般有鐵路、陸路和水路等，其中水路運輸運價最為低廉。傳統(tǒng)水泥水路運輸主要依靠常規(guī)干散貨船和自卸式水泥運輸船來實現(xiàn)，后者一般采用機械或氣動式裝卸貨，并配備水泥運輸專用碼頭，裝卸速度快效率高、船舶停泊時間短、周轉快、船期短。船舶具備全封閉、無粉塵、無污染、綠色環(huán)保和易于清潔等優(yōu)點，越來越受到散裝水泥船運輸市場的青睞。與此同時，考慮到經濟性和項目周期，也有更多客戶選擇利用傳統(tǒng)舊散貨船加裝水泥運輸設備改裝成自卸式水泥運輸船。

本文以某 28 700載重噸散貨船加裝成套德國IBAU水泥運輸設備并改裝成26 500載重噸自卸式水泥運輸船為研究對象，介紹了改裝過程中若干關鍵工程的設計特點，其中包括貨艙區(qū)改造、高效卸貨、降低積存、水泥螺桿泵安裝和氣流床安裝等主要內容。

1 項目簡介

改裝前的散貨船船齡約11年，該船為單甲板、單機、單槳的尾機型船舶，貨艙區(qū)結構設置有雙層底、底邊艙和頂邊艙，舷側為單殼結構，共設置 5個貨艙。此次水泥船改裝工程主要包括原船拆舊和功能性改造。改造后總布置圖見圖 1，改裝前后主尺度變化見表1。

表1 改裝前后主尺度比較

圖1 改裝后總布置圖

1）原船拆舊工程。包括主甲板4臺甲板門機、5只液壓艙口蓋、甲板立柱、甲板儲藏室和主甲板區(qū)域管電附件等。

2）功能性改造。主要包括安裝水泥裝卸系統(tǒng)相關的新增結構、設備和管電功能系統(tǒng)和控制等工程。其中結構舾裝主要包括貨艙區(qū)改造、艙口蓋封堵、泵艙圍壁、甲板室、設備基座、新增房間門窗蓋、救生消防和通道等；水泥輸送設備主要包括壓縮機、水泥螺桿泵、鼓風機、除塵機、貨艙氣流床、甲板濾器、裝載分配器、卸貨軟管吊機和通岸卸貨接頭等；管路系統(tǒng)主要包括壓縮空氣系統(tǒng)、吹氣系統(tǒng)、水泥輸送系統(tǒng)和部分原船管路系統(tǒng)改造等；電氣工程主要包括新增2臺發(fā)電機、配電系統(tǒng)、岸電開關和水泥控制系統(tǒng)等。

經過以上工程改造，該老舊散貨船改裝成具備機械式裝載和氣動式卸貨能力的自卸式水泥運輸船，自卸和裝載能力高達1 000 t/h，同時采用密閉艙室裝卸貨，主甲板處安裝貨艙連通管和濾器可以實現(xiàn)在裝卸過程中有效收集水泥粉塵以避免造成環(huán)境污染，新增雙斜度內底和氣流床設計，這提高了船舶裝卸效率降低了積貨率，是一款具備綠色環(huán)保和高自動化功能的產品，主要經濟指標和技術指標達到了國內領先水平。

2 主要工程設計

由于改裝工期和成本限制，結構工程主要是新增和少量拆舊。新增部分主要包括貨艙區(qū)改造、新增泵艙結構、主甲板發(fā)電機房、水泥控制室、空壓機間等；拆舊部分在保留原散貨船雙層底、底邊艙和頂邊艙等結構基礎上，僅拆除液壓艙口蓋并保留艙口圍以便增加甲板用以支撐機械式裝載分配器等。全船鋼結構改裝總量約1 760 t。

2.1 貨艙區(qū)改造

貨艙區(qū)改造主要包括新增雙斜度內底、管隧結構、中縱艙壁和主甲板結構，見圖2。

圖2 貨艙區(qū)主要改造

由于改裝過程中保留原船雙層底、底邊艙和頂邊艙等主體結構，改裝后總縱強度并無較大損失，因此貨艙區(qū)新增雙斜度內底和管隧結構僅考慮功能性、局部強度和避免應力集中即可。為減少結構重量，所有新增結構材料選用均選用屈服強度為315 MPa的高強度鋼。

新增內底結構為縱骨架式，由于雙斜度呈倒V型導致結構縱向不連續(xù)，在考慮到與原船結構有效連接情況下，根據(jù)規(guī)范要求的甲板載荷1.15 t/m進行強度設計和校核。結構布置方面，根據(jù)貨艙尺寸和原船雙層底實肋板位置，新增內底的框架結構橫向以每3檔肋位間距2 340 mm增加強框架支撐，縱向在原船雙層底實肋板位置增加縱向框架結構。

新增管隧和中縱艙壁方面，水泥卸載設備和系統(tǒng)如水泥螺桿泵、吹氣、壓縮空氣和水泥運輸管路均布置于左右貨艙之間管隧里，非水密中縱艙壁位于管隧結構頂端至主甲板。同樣因為不參與總縱強度并考慮縱骨架式易造成水泥積存，兩者結構形式選用橫骨架式保證局部強度即可。主甲板處增加縱骨架式的甲板、橫梁和縱骨以承受水泥裝載分配器產生的局部載荷。此外，為了避免裝卸貨過程中各艙之間的壓力均衡，主甲板各艙增加連通管結構。

2.2 提高卸貨效率

散裝水泥由于流動性極差，為避免裝卸貨過程中積壓和殘存、提高裝卸效率，本文從內底傾斜角度、扶強材方向、邊角設計和甲板橫梁等方面出發(fā)，從源頭進行設計優(yōu)化以保障卸貨效率。

首先是雙斜度內底設計，即從縱向和橫向將內底結構向貨艙中央傾斜。根據(jù)不同卸貨方式，自卸式水泥船貨艙底部傾斜角度一般在8°～12°之間，角度設置過大利于貨物高效卸載但犧牲了艙容，反之則不利于高效卸載。根據(jù)客戶裝載水泥成分和供應商要求，最終選定新增內底傾斜角度為 10°，貨艙中央最低點與水泥螺桿泵連接處距離原船雙層底約980 mm。扶強材和加強扁鋼選擇方面，所有暴露水泥艙內的扶強材均選用垂向和橫向，規(guī)避使用水平和縱向扶強材，同時所有開孔加強及新增甲板橫梁面板均選用圓鋼代替扁鋼以防止水泥積存。在原船橫艙壁以及外板與新增內底連接處，垂向扶強材與新增內底板形成角落，在裝卸貨過程中容易造成積壓、凝固并難以清理。因此，在連接處增加斜度補板避免積存，見圖3。

圖3 橫艙壁和外板處斜板

2.3 水泥螺桿泵安裝

水泥輸送主要依靠安裝在管隧內的5臺運輸能力為250 t/h的水泥螺桿泵，如圖4所示，該泵體分別與貨艙出料斗和水泥輸送管剛性連接，船舶航行和設備運轉時極易產生振動和繞曲，安裝精度要求高。

圖4 水泥螺桿泵和基板示意圖

結合供應商圖紙和現(xiàn)場實際，設計主要從基板定位、面板機加工、公差測量和設備對中等方面進行策劃以保證水泥螺桿泵順利安裝完成。主要安裝技術要求如下：

1）安裝區(qū)域內內底板甲板平整度誤差不超過5 mm，如不滿足要求需要對原船內底板進行挖補換新，測量時在泵體基板處選擇2個基準點，并在螺桿泵基座面板區(qū)域內設置12個點進行測量。

2）基座面板與泵體底座螺栓連接處貼合面陰影區(qū)域表面機加工后平面度誤差不超過±0.25 mm。

3）基座面板與泵體底座貼合面接觸面積拂配檢查應不小于90%。

4）基座面板與泵體底座貼合面區(qū)域，與螺桿泵馬達基座上表面之間平面度誤差不超過±0.25 mm。

5）基座面板定位尺寸、艏艉及左右舷方向誤差不應超過±2.5 mm。

2.4 氣流床安裝

氣流床安裝于新增貨艙底部，是自卸式水泥船的關鍵設施之一。卸貨過程中，當貨艙水泥靠自身重力卸貨至90%以上時，吹氣系統(tǒng)開始工作使得貨艙內氣流床上的殘留水泥由高處流向低處，并最終匯集至螺桿泵內，達到清艙和完全卸貨。

本項目5個貨艙共計有由供應商提供的600余塊長5 m、寬1 m的成品氣流床，總面積約為2 500 m。成品氣流床的提供減少了船廠下料、燙孔和帆布安裝等預制工作。如圖5所示，氣流床通過扁鐵座板、螺柱和卡槽等安裝于貨艙內底板，并與內底板下方的吹氣系統(tǒng)管嘴連接，因此，氣流床安裝最重要的是定位精準和管嘴密封安裝。

具體安裝步驟如下：

1）清理貨艙底板保證整齊無灰塵雜物等，點焊定位氣流床扁鐵座板。

2）根據(jù)管嘴位置涂抹第1層硅膠并安置橡膠墊片，然后在墊片上涂抹第2層硅膠并放置氣流床。

3）壓緊氣流床并使硅膠均勻布滿。

4）在貨艙內底板下依次涂抹第3層硅膠、安裝橡膠墊片、涂抹第4層硅膠。

5）安裝并緊固螺母，安裝管嘴并與氣流床緊密貼合。

圖5 氣流床布置示意圖

3 結論

相比較新造水泥運輸船，老舊散貨船改裝自卸式水泥船周期短、成本低，在同樣滿足船舶功能的情況下往往更受到船東的青睞，具有可觀的經濟效益。不同于新造水泥船，改裝項目設計不但要考慮滿足船舶功能性要求，相對于原船的適用性和工藝性同樣也要滿足。文章以實船改裝為例，介紹了改裝過程中幾個關鍵工程的設計方案和思路，不僅為同樣類似項目提供了設計經驗和參考，過程中數(shù)字化建模、工藝設計和特殊設備安裝等同樣為項目設計提供了思路和依據(jù)。