果汁运输改装船关键工程控制方案研究

徐深泉

(中船澄西船舶修造有限公司，江苏 江阴 214433)

将原船为2 500 TEU的集装箱船(图1)，改装成一艘具有装载27 000 m3果汁能力的运输船(图2)。该船改装后总长210.54 m，型宽29.80 m，型深16.40 m，设计吃水11.40 m，配备15只独立液货罐。

独立液货罐采用食品级不锈钢材料制作而成，能同时装载2种不同果汁。货舱区域为全绝缘覆盖，冷却方式采用货舱低温冷却罐体，并以内循环的方式进行货物的冷却交换。为防止果汁在运输过程中氧化、被细菌污染，特别配置了氮气驱氧系统、盐水空压机冷却机组系统，能有效的将货舱温度长时间控制在0～10 ℃范围内。

图1 2 500 TEU集装箱船

图2 27 000 m3果汁运输船

1 船体结构改装控制方案

1.1 主体工程

原船拆除3台甲板起重机、舱口盖、舱口围、主甲板、货舱纵向结构、集装箱甲板梁、导轨等相关结构约700余吨，新制结构物质量达到1 650余吨，共划分为85个分段，主要为新加底部平台分段及主甲板以上的顶棚分段。

1.2 新加底部平台分段工程

货舱底部新增一层860 mm隔层结构，从1#货舱后舱壁一直延伸至5#货舱，5#货舱左舷底部增加泄放舱，收集货罐冲洗污水，右舷主甲板区域增加一个盐水舱。为配合罐体坡面底座外形，对2#、5#货舱两侧的边压载舱舱室结构进行削斜改装，以便坡面底座罐体的安装。1#货舱底部增加了淡水舱和空舱。因新加底部平台分段在设计时下口加放了 30 mm 余量，而平台分段距原船内底板高度仅0.86 m，空间狭小，舱内修割余量施工人员很难施展，既影响工程进度又无法确保施工质量。因此，在分段吊装时，采用无余量的施工方案。

利用激光经纬仪测出原船内底板纵桁、横向肋板等强结构处的平整度差值。统计整合相关数据，确定与原船内底板纵桁相对应的新底部平台纵桁下口余量值。按照图纸和测量数据，在分段对应结构处进行划线，余量修割后吊装分段。考虑到浮态下挠度的影响，环缝焊接时，可进坞释放船体应力后完成焊接。

1.3 新加 C 型顶棚甲板总段工程

全船共划分为 6 个顶棚甲板总段，最大总段质量约280 t，最小总段质量约130 t，改装结构以纵骨架式居多。原船 1#～5#舱各对应一个顶棚总段，艉部生活区前甲板新加设备间，对应一个顶棚总段。除艏艉2个总段特殊外，其余4个总段长度均为 30 m左右，宽度为25.5 m，高度为4.5 m。

艏部防浪板改低改小，以适应货舱的改装设计需要。主甲板平台在1#、2#、5#货舱增加升高平台结构，以起到稳固罐体作用，右舷平台位置上增加梯道直通货舱下方。

顶棚甲板从1#货舱一直延伸至上建前壁，层高4 500 mm，顶棚甲板使用纵骨160×7、140×7的AH36球扁钢，横向、纵向设有大型T排。两侧纵壁上T排结构直接插入原船舱口围下方安装。

顶棚甲板总段安装前，液货罐已吊装入舱，舱壁绝缘保温材料也已安装。因此，总段内大量铁舾件需在总段吊装前安装到位。同时，总段吊装电焊时需重点关注防火安全及设备设施保护工作。

2 货舱绝缘工程控制方案

2.1 技术要求

对高酸性浓缩果汁而言，当质量百分数大于72%时，微生物常温下不易繁殖。浓缩橙汁的质量百分数只有65%，常温下不能阻止微生物的繁殖。因此，橙汁和浓缩橙汁在运输过程中需保持低温状态，防止橙汁氧化。

橙汁运输船的货舱绝缘系统是保证橙汁在运输过程中始终处在低温状态的重要技术方案。在船体结构上安装隔热绝缘使货罐直接暴露在低温环境中，利用冷传输的原理，通过冷却不锈钢液货罐来冷却货罐内的橙汁，从而保证橙汁在运输过程中始终处于低温状态。

2.2 货舱绝缘材料选择

货舱绝缘板选用船用聚氨酯冷库板。聚氨酯冷库板以轻质聚氨酯发泡作为冷库板的芯材，外部由彩钢板和不锈钢板组合而成。聚氨酯冷库板具有以下特点：导热系数低、热工性能好。当聚氨酯密度为35～40 kg/m3时，导热系数仅为0.018～0.024 W/(m·K)，是所有保温材料中导热系数最低的。硬质聚氨酯具有防潮、防水、防火、阻燃、耐高温、抗变形能力强、不易开裂、饰面稳定、安全度高等性能特点。选用聚氨酯发泡板用作冷库板可以有效防止冷库板因为货舱内外温差较大而导致的热量传播，从而使冷库更加的节能，提高了冷库的工作效率。聚氨酯冷库板中禁含氯氟烃类(CFC)和氢氯氟烃(HCFC)2种物质。

2.3 货舱绝缘安装

为保证最大载货量，货罐的外形尺寸及其距货舱结构的距离已在设计阶段确定，因此，在满足货舱保温效果的前提下，为了解决空间狭小的难题，货舱舱壁上的绝缘板紧贴舱壁安装。安装绝缘板时，使用自攻螺钉将绝缘板固定在底座上，舱内通过尼龙压盖密封自攻螺钉。

横舱壁区域有燃油舱，为解决燃油舱舱壁温度对货舱温度的影响，在燃油舱舱壁上增加隔热岩棉，使货舱绝缘板和燃油舱之间形成了隔热层，可以有效解决货舱内允许回升温度总值偏高的问题。

顶棚甲板分段的所有结构加强均安装在货舱一侧，绝缘板无法紧贴甲板和舱壁安装，在结构加强之间增加木龙骨且木龙骨下沿和顶棚结构大梁的下口平齐，保证了舱顶绝缘板安装在同一平面内。

货罐顶部距绝缘板的距离偏小，其净空间无法满足货罐顶部液位检测雷达系统、氮气注入系统及热水冲洗系统相关设备的安装，为解决此处绝缘板安装问题，需将货罐顶部区域的绝缘板抬高，加大绝缘板和货罐顶之间的间距。

3 液货罐工程控制方案

该果汁改装船共15个独立货罐，每个货罐容积为1 820 m3，直径为12.2 m，高度为18.8 m，总质量约140 t。

货罐分为底座、中间罐体、封头和上部支撑4个部分。主体全部由食品级不锈钢制作而成，底座和上部支撑由普通钢制作。浅蝶型封头为货罐上的端盖，是容器的主要承压元件。货罐自带保温和冷冻系统，对密封的要求极高。

3.1 液货罐吊装工程

1)吊装前。吊装前，船舶纵倾不超过0.5 m，平均吃水约5 m(误差不得超过1 m)；主甲板以下货舱结构改造完成；货舱绝缘保温板按要求完成；罐体的限位工装，按图纸要求安装完成。

2)吊装。由于罐体吊耳布置在顶部四周，吊耳周围没有供人员站立的位置，也无法搭设脚手架进行施工作业。在吊装过程中，浮吊容易受涌浪、过往船舶和船舶停靠码头的倾斜度影响，罐体表面受风面积较大，同时罐体垂直进舱时与舱壁之间间隙不到200 mm，同一舱室罐体之间间隙只有100 mm，在浮态下进行罐体吊装难度较大。船舶停靠码头后，采用1 600 t的4个主钩进行货罐吊装，施工人员乘坐吊桥对罐体顶部吊耳进行吊索具连接，并在每个舱室的舱口围四周焊接不同的限位工装，达到保护墙壁绝缘及喷淋探头的目的。

3.2 液货罐安装工程

1)安装前需完成的工作。新加内底结构和原船底部结构改装工程完工；新内底板货罐中心线勘划工作完成；限位块和挡条安装结束；隔热垫木安装结束；货罐底部区域内绝缘板安装结束。

2)安装。隔热垫木安装结束且水平平整度调整完毕后，将货罐定位销安装在相应的限位块上。每个货罐的定位销数量不少于3个，且须分别安装在不同平面的限位块上，以确保货罐在吊装过程中精确落位。

货罐吊起并缓慢进舱，货罐接近定位销时需降低下降速度，避免其他因素对货罐安装精度产生影响；货罐完全落下时，所有定位销均应正对货罐底座上的螺栓孔；货罐吊装结束后，底部的所有定位螺栓应安装结束。

为保证货罐的整体重量均匀分布在货罐底部垫木上，货罐底座和垫木的接触面不能少于70%。货罐底部采用特殊方案进行固定，限位装置500 mm范围内的空间，采用水泥基环氧进行补缺，木块和绝缘的开缝处增加木板或塑料板封边，防止限位装置在浇注环氧时外流到其他区域，底部安装绝缘板的区域存在的缝隙采用聚氨酯材料填充处理。完成上述工作后进行环氧浇注，采用流水级的环氧进行反向欧米茄浇注至最终需要的稳固状态。

平直区域测量间隙小于2 mm，采用不锈钢垫片垫平处理。安装前先需要制作1∶20的锥形楔子垫块，用于抬高间隙处的缝隙，减少货罐因重力下降的原因导致间隙不均，难以塞入填充板的问题。完成制作后，根据间隙测量分布图对间隙大于等于2 mm的位置，按照填充钢板大小均布锥形楔子垫块，如部分区域有十字结构则需要增加锥形楔子垫块，并分布到对应侧。把楔子垫块适当敲入后，将预先加工好的不锈钢薄填充板填入缝隙内，待底部全部补齐完工后取出楔子并用封边木条封闭。

斜向部分的基座和罐体的接触面是施工中最难的区域。因结构形态比较难控制，木块的连接存在断点，环氧施工泄漏也比较多，相对于前者受限制的因素较多。根据实际测量发现该处区域的间隙比较大，最大有24 mm。施工前全部采用水泥基环氧封边，浇注时采用分段式进行浇注。确保填充空间的完整性，减少气泡的出现。

4 货舱管路系统工程控制方案

4.1 冷藏系统

货舱冷藏系统采用的是盐水间接冷却的制冷形式，制冷剂在盐水冷却器内先冷却载冷剂“盐水”，再通过载冷剂实现冷藏舱的降温。该船冷藏系统管路及附件采用低温管路(ASTM A333),盐水管路从压缩机组房间到货舱空冷器需穿过货舱舱壁，穿舱件为ROXTEC形式的密封穿舱件，货舱中的纵向盐水管路较长，管路中间安装膨胀接头(满足CaCl2和-25 ℃技术要求)。

在压缩机间的空间布置盐水冷却管路时，需充分考虑管子外包覆的80 mm厚的绝热材料，布置时尽量远离设备、基座、平台角钢等，留足充分空间以满足绝热材料的包覆。为保证系统能安全和正常的运行，在管路的最高点设置透气阀，最低点设置泄放阀，为方便透气阀的操作，该船透气阀都引至方便操作的高度位置。

盐水管管系安装前须磷化处理，因锌层不能承受低温介质，管子内部不能热镀锌。

盐水冷却管路支撑若选择不当，不仅会影响管道系统整体美观，给施工带来不便，而且会导致系统形成冷/热桥现象，易产生结露、结霜、发霉和管道腐蚀风险。盐水管路支撑一般采用木托，该船选用的是福乐斯(Armafix)支撑，与传统的木托结构相比，效果更好。

货舱内管路绝缘选用30 mm厚的福乐斯食品级绝缘，福乐斯是采用微板(Microban)技术的一种柔性绝热材料，当微生物与绝热材料表面接触时，福乐斯产品内的Microban活性剂会穿透微生物组织的细胞壁，破环其活动、生长和繁殖。

4.2 液货系统

该船液货管路满足运输非冷冻浓缩橙汁(NFC)和冷冻浓缩橙汁(FCOJ)的要求，管路、阀件等均采用食品级不锈钢材料， NFC管路和FCOJ管路系统互相独立，并配有独立的输送泵，因此，液货系统管路非常多，采用集中的方式布置，为区分两路液货系统，在装卸货房间的上下两层分别布置，FCOJ管路设置有风机，为独立的绝缘冷却风道供风。

5 电气系统工程控制方案

原船为冷藏集装箱船，有主发电机3台，每台功率1 805 kW，应急发电机176 kW。改装后，该船在航行过程中，不管处于普通航行状态还是货罐清洗状态，只需运行1台主发电机；在靠港装卸货时，只需运行2台主发电机，另一台处于备用状态；船舶在靠港不进行装卸货时全船功率为666 kW，如运行1台主发电机，使用效率低且浪费燃油，应急发电机功率为176 kW，满足不了靠港时功率要求。因此，增加了1台港泊发电机，功率为711 kW，并自带脱硫、脱硝设备，满足国际公约关于港口排放的要求，该发电机可满足果汁船电力负荷的实际需要，提高发电机的使用效率，同时节省燃油。

5.1 电气控制系统

该船自动化液货控制系统采用西门子PLC通过总线布置技术(PROFINET)，构建了高性能的现场局域网,实现对液货系统的网络化监控，既发挥了计算机作为上位机提供良好人机互动界面的优点，又发挥了PLC 作为下位机应用于现场可靠和抗干扰能力强的优点，同时现场总线设备的智能化、数字化，从根本上提高了测量与控制的准确度,减少了传送误差，提高了整个系统的准确性与可靠性。

采用计算机网络自动控制系统实现了对液货各系统的全面自动控制，降低了能耗，有利于保证设备的运行质量，提高了整个系统的自动化管理控制水平。

5.2 冷却系统电气控制

每个大舱设置一只冷却信号采集箱，采集箱布置在货舱横梁上，采集冷却器进出口温度信号、大舱温度信号，通过网线传输到控制室内的控制箱，控制箱在接收信号后通过分析、判断，发出指令，对冷却压缩机组、冷却器风机、阀门等进行控制。

压缩机间布置3台盐水冷却压缩机，每台功率为184 kW，分别在货控室、控制室和本地三处控制。由于压缩机功率较大，为规避启动压缩机对全船电网带来的冲击，确保全船电网安全，压缩机组采用了变频控制系统。

各货舱均设置了信号采集箱，集号采集箱控制室之间的信号传输采用“环式”光纤传输，在一根光纤损坏的情况下，可利用另一根光纤进行信号传输。

6 结束语

本次改装项目重点鲜明，难点突出。核心工程主要集中在船体结构改装、货舱绝缘安装、液货罐安装、货舱管路系统及电气控制系统5个方面。通过对关键改装工程的研究，优化了工程施工控制方案，实现了以关键改装工程为突破口，提前完成了各项工程节点的预期目标。该改装项目的完成，取得了良好的经济效益和社会效益，对其他同类型的改装项目具有借鉴意义。