船舶設(shè)備吊裝工藝解決方案

邊超斐，劉 凱

（滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司，上海 200120）

0 引言

常規(guī)船舶設(shè)備吊裝方法是在房間搭載前預(yù)先吊裝設(shè)備到位，并完成初步預(yù)裝工作，按生產(chǎn)次序合理性原則，分層分區(qū)段合理安排生產(chǎn)計(jì)劃，逐步推進(jìn)。然而，在客觀實(shí)踐中，并不是所有設(shè)備都能夠按期到貨；可能發(fā)生設(shè)備損壞，需要出艙；還可能存在安裝問題，需要臨時(shí)起吊等，需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，針對(duì)特定問題給出解決方案[1]。

本文以2種較常見的特殊吊裝為典型事例，主要闡述了特殊吊裝方案策劃思路、方案制定過程中的關(guān)鍵點(diǎn)以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際作業(yè)時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)防控與注意事項(xiàng)。針對(duì)具體的吊裝問題，制定解決方案并呈現(xiàn)解決方案的設(shè)計(jì)內(nèi)核，對(duì)相關(guān)領(lǐng)域生產(chǎn)工作者具有一定的參考價(jià)值[2]。

1 電機(jī)更換項(xiàng)目

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

某船配備4臺(tái)發(fā)電機(jī)，柴油機(jī)和電機(jī)分別安裝在各自基座上，通過連接軸連接。其中，1臺(tái)發(fā)電機(jī)的電機(jī)在試驗(yàn)過程中產(chǎn)生異常，造成設(shè)備損壞[3]。為保證船舶交付質(zhì)量，需要對(duì)此電機(jī)進(jìn)行整機(jī)更換。

電機(jī)設(shè)備外形如圖1 所示， 尺寸為3 938 mm×2 352 mm×2 509 mm。其中，寬度尺寸2 352 mm包括了控制箱，該控制箱將與本體分開安裝，因此實(shí)際吊裝時(shí)本體的寬度尺寸在1 9 0 0～2 000 mm；設(shè)備箱型主體長(zhǎng)度（即吊環(huán)間距）為2 527 mm。

圖1 電機(jī)外形圖

該設(shè)備位于機(jī)艙三甲板和四甲板之間，位置很深，出艙方案大致有2種考慮方向。首先，考慮側(cè)面出艙，不需要穿過多層甲板，但由于側(cè)面有分油機(jī)房間，內(nèi)部設(shè)備管系布置緊密，將產(chǎn)生大量的拆除工作量；同時(shí)，側(cè)面出艙穿過船體線型外板，封孔難度大，因此不宜采用。其次，考慮頂面出艙方案，結(jié)合船體結(jié)構(gòu)布置，在放電機(jī)間前方不遠(yuǎn)處正上方存在1排吊物口，可借用吊物口進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)大后將電機(jī)吊出；主甲板位置位于上層建筑與機(jī)艙棚之間，不需要再拆除機(jī)艙棚和上建內(nèi)部的甲板，僅需穿過共計(jì)3層甲板即可。

出艙方案考慮如何借用甲板吊物口時(shí)，須重點(diǎn)考慮各層甲板的反頂設(shè)施，例如電纜、重要管系、大型管系等的拆裝、保護(hù)問題，才能合理設(shè)計(jì)出艙工藝孔最佳位置，減少拆裝工作量。由設(shè)備出艙的路徑示意圖（見圖2）可以看出：各層甲板工藝孔存在較大的位置偏差，這是避開重要設(shè)施采取的方法，需要進(jìn)一步考慮在如此大偏差的情況下，設(shè)備是否還能夠順利出艙；如圖3所示，各層甲板工藝孔存在公共區(qū)域，設(shè)備出艙時(shí)如果使用多吊點(diǎn)，則路徑上橫向移動(dòng)較困難；如果使用單吊點(diǎn)，則非常便利。因此，吊車單吊點(diǎn)拋鉤，鉤下采用綁帶進(jìn)行設(shè)備4角連接固定[4]。

圖2 出艙路徑示意圖

圖3 各層甲板工藝孔俯視圖（單位：mm）

1.2 解決方案與作業(yè)流程

各層甲板工藝孔及發(fā)電機(jī)間前壁工藝孔開設(shè)詳圖如圖4所示。工藝孔設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意工藝要求，不切割吊物口轉(zhuǎn)圓角，不形成切割尖角；工藝孔邊沿切割線借用老焊縫處做成直角；沒有老焊縫可借用的邊，則可將轉(zhuǎn)角設(shè)計(jì)成轉(zhuǎn)圓形式，倒角不得小于100 mm。這些措施都可適當(dāng)避免應(yīng)力集中現(xiàn)象的產(chǎn)生。

圖4 各層甲板及發(fā)電機(jī)間間前壁工藝孔開設(shè)方案詳圖（單位：mm）

工藝孔開設(shè)位置設(shè)計(jì)是基于盡量減少拆除工作量而進(jìn)行的，并不能徹底消除。工藝孔位置確定后，要明確每一層甲板設(shè)施拆除、移位的具體內(nèi)容，如圖5所示[5]。其中，三甲板結(jié)構(gòu)前端帶有主機(jī)缸套配件擺放用舾裝件，需要臨時(shí)拆分切割（見圖6），主甲板和二甲板之間有管徑粗大的SCR管，支架安裝在二甲板頂面，需要拆除。其他拆除件體積小、難度低。

圖5 各層甲板及發(fā)電機(jī)間間前壁設(shè)施拆除示意圖

圖6 主機(jī)缸套配件拆除方案

吊裝方面，要考慮設(shè)備吊裝和工藝孔板的吊裝2個(gè)方面的內(nèi)容。首先是設(shè)備吊裝，設(shè)備出發(fā)電機(jī)間之前，吊車是無法掛鉤到設(shè)備上的，需要首先將設(shè)備運(yùn)輸出發(fā)電機(jī)間前壁，而后吊車才能拋鉤。發(fā)電機(jī)間運(yùn)輸采用艙內(nèi)吊裝的通常方案，使用手拉葫蘆進(jìn)行移動(dòng)。手拉葫蘆需要配合甲板反頂臨時(shí)燒焊的吊環(huán)進(jìn)行使用，吊環(huán)的安裝位置如圖7所示[6]。作業(yè)時(shí)，使用2吊點(diǎn)作業(yè)，可以保證電機(jī)設(shè)備傳輸時(shí)的穩(wěn)定性：

圖7 設(shè)備出發(fā)電機(jī)間的吊環(huán)布置（單位：mm）

1）設(shè)備尾部垂直掛1根手拉葫蘆，首部斜向前方掛1根手拉葫蘆，設(shè)備吊起離開基座后，以首部葫蘆為主，將設(shè)備向斜前上方提拉，尾部葫蘆起到輔助作用，設(shè)備會(huì)逐漸向首部移動(dòng)，達(dá)到尾部葫蘆傾斜首部葫蘆垂直的狀態(tài)。

2）尾部和首部各增加1根葫蘆，都連接距離首部更近的1只吊環(huán)。

3）重復(fù)上述操作，使設(shè)備繼續(xù)向首部移動(dòng)，直至設(shè)備首部達(dá)到發(fā)電機(jī)間前壁的位置。

4）這時(shí)首部吊車拋鉤，替代首部葫蘆，繼續(xù)重復(fù)之前操作，直至設(shè)備整體出艙。

5）而后形成吊車單吊點(diǎn)掛鉤狀態(tài)，執(zhí)行下一步出艙操作。

其次，要考慮的是臨時(shí)工藝孔板的吊裝。臨時(shí)工藝孔板需要設(shè)置吊環(huán)，需重點(diǎn)考慮反面強(qiáng)T排結(jié)構(gòu)的嵌入安裝問題。由于強(qiáng)T排高度為800 mm，收尾切割線均垂直時(shí)是難以將工藝孔板安裝到位的，在安裝過程中會(huì)卡住無法放下去。因此，通常工藝要對(duì)甲板反面強(qiáng)T排進(jìn)行端面削斜，首尾端均削斜50 mm或單邊削斜100 mm即可達(dá)到順利到位的要求，吊環(huán)布置及削斜詳圖如圖8所示。

圖8 臨時(shí)工藝孔板吊環(huán)及開孔削斜方案（單位：mm）

1.3 作業(yè)流程與風(fēng)險(xiǎn)防控

施工流程和重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)防控方案如下：

1）作業(yè)流程。

（1）施工區(qū)域搭設(shè)腳手架。

（2）拆除發(fā)電機(jī)間門口附近的房間絕緣，電控箱、及管系支架等相應(yīng)拆除。

（3）4個(gè)臨時(shí)工藝孔按圖劃線。

（4）切割前施工區(qū)域周圍的設(shè)備、設(shè)施、管系和電纜等，白鐵皮防護(hù)做好。

（5）安裝工藝孔B-2小吊環(huán)。

（6）切割工藝孔，利用B-2吊環(huán)移位放置在本層不影響安全通道的位置。

（7）安裝發(fā)電機(jī)間頂棚（二甲板反頂）設(shè)備起吊吊環(huán)及加強(qiáng)筋。

（8）手工葫蘆連接吊環(huán)及電機(jī)設(shè)備。

（9）發(fā)電機(jī)間出艙時(shí)使用前后2吊點(diǎn)，鋼絲繩交匯時(shí)注意避開發(fā)電機(jī)上方行車梁，以免發(fā)生危險(xiǎn)。發(fā)電機(jī)的電動(dòng)葫蘆小車應(yīng)行走至避開施工區(qū)域的位置。

（10）水平吊起電機(jī)。

（11）水平移動(dòng)出艙。

（12）待電機(jī)前端通過FR35艙壁門時(shí)，碼頭吊車拋鉤將電機(jī)逐漸移動(dòng)出艙。

（13）電機(jī)整體出艙后，改為單吊點(diǎn)，利用吊車單吊繩垂直起吊。

（14）通過三甲板后要平行移位再通過二甲板及主甲板。

（15）主甲板出機(jī)艙運(yùn)至碼頭放置。

（16）新電機(jī)起吊入艙，過程與舊機(jī)拆除逆向，原理相同。但應(yīng)特別注意的是，新電機(jī)平行運(yùn)入發(fā)電機(jī)間時(shí)，不允許發(fā)生大的傾斜，應(yīng)盡可能平行移動(dòng)擱置在基座上。

（17）新電機(jī)到位后定位并螺栓固定。

（18）封孔裝配及報(bào)驗(yàn)。

（19）封孔焊縫焊接，按工藝要求探傷。

（20）主甲板艙口蓋基座整體換新。

（21）恢復(fù)之前拆除的設(shè)施、管系、電纜。

（22）恢復(fù)涂裝、房間絕緣及腳手拆除。

2）風(fēng)險(xiǎn)防控。

（1）吊環(huán)及加強(qiáng)焊后探傷，保證質(zhì)量。

（2）吊裝過程難度高，應(yīng)緩慢移動(dòng)電機(jī)；當(dāng)發(fā)現(xiàn)作業(yè)極端困難時(shí)，不要冒險(xiǎn)操作，應(yīng)停止作業(yè)，討論修改方案后繼續(xù)開展。

（3）盡量避免交叉作業(yè)。

（4）質(zhì)量防護(hù)是重點(diǎn)，應(yīng)提前妥善處置。

（5）施工區(qū)域拉設(shè)紅白旗，無關(guān)人員禁止進(jìn)入。

（6）存在拆除控制空氣管的可能性，該船已完成海試，各項(xiàng)控制系統(tǒng)要仔細(xì)考慮是否必須操作，避免引起其他位置的質(zhì)量事故。

（7）新電機(jī)禁止過大傾斜，以免定子轉(zhuǎn)子間隙受損。

通過上述工藝孔開設(shè)方案、設(shè)施拆除、吊裝方案、作業(yè)流程以及風(fēng)險(xiǎn)防控方案的制定，保證了項(xiàng)目的順利實(shí)施?；诒痉桨福A(yù)估工期2周的項(xiàng)目?jī)H5 d即完成了設(shè)備出艙和新機(jī)吊入、封孔等作業(yè)，成本節(jié)約、安全可控。

2 艙內(nèi)起吊項(xiàng)目

2.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

某FSRU船以發(fā)電機(jī)作為主機(jī)，采用電力推進(jìn)，配備有電力推進(jìn)馬達(dá)并通過減速齒輪箱控制螺旋槳轉(zhuǎn)速。電力推進(jìn)馬達(dá)作為螺旋槳的動(dòng)力源，是非常重要的設(shè)備。如圖9 所示，箱體尺寸為3 080 mm×2 580 mm×3 900 mm（長(zhǎng)×寬×高）。該馬達(dá)質(zhì)量大，整體質(zhì)量約為45 t。同時(shí)，馬達(dá)設(shè)備下方設(shè)計(jì)有長(zhǎng)大基座，基座面板板厚達(dá)60 mm，整體強(qiáng)度大。因特殊原因，需要更換電力推進(jìn)馬達(dá)基座，要求將馬達(dá)設(shè)備吊起后，將舊基座整體移除再吊入新基座進(jìn)行定位安裝。因電推馬達(dá)位于四甲板以下，深入機(jī)艙底部，吊裝時(shí)考慮使用吊車通過逐層甲板臨時(shí)開孔將設(shè)備吊出的方案不可行，需要設(shè)計(jì)1套借用甲板結(jié)構(gòu)作為設(shè)備起吊受力點(diǎn)，僅將基座吊入吊出艙室的方案。方案設(shè)計(jì)時(shí)，除可行性外，還應(yīng)著重考慮施工安全性，通過計(jì)算校核輔助設(shè)計(jì)定稿。

圖9 電推馬達(dá)外形圖

2.2 方案設(shè)計(jì)

設(shè)備吊環(huán)位于本體四角，對(duì)應(yīng)的，甲板面強(qiáng)T排結(jié)構(gòu)處安裝4只B-20吊環(huán)作為起吊受力點(diǎn)，施工時(shí)通過葫蘆對(duì)設(shè)備進(jìn)行提升，葫蘆一端扣緊B-20吊環(huán)，另一端扣緊設(shè)備本體吊環(huán)。設(shè)備及吊環(huán)位置見圖10陰影部分。設(shè)備本體上的吊環(huán)使用見圖11。B-20吊環(huán)安裝位置見圖12結(jié)構(gòu)剖面圖。

圖10 設(shè)備與四甲板的相對(duì)位置（單位：mm）

圖11 設(shè)備吊環(huán)使用方法

圖12 甲板吊環(huán)安裝位置（單位：mm）

位于碼頭水上作業(yè)時(shí)，考慮到風(fēng)浪擾動(dòng)，應(yīng)選擇圍壁及立柱等垂直強(qiáng)結(jié)構(gòu)安裝4只10 t吊環(huán)，使用5 t或10 t葫蘆將設(shè)備4角略絞緊，防止吊在空中的設(shè)備發(fā)生過大的晃動(dòng)對(duì)甲板局部產(chǎn)生突發(fā)力，造成事故。起吊后的狀態(tài)如圖13所示。

圖13 設(shè)備起吊立體示意圖

設(shè)備起吊后與基座分離，舊基座可以開始拆除，拆除后更換新基座到位安裝。因基座位于四甲板以下，新基座進(jìn)入需穿過4層甲板，每層甲板均設(shè)計(jì)有永久吊物口，吊物口尺寸為3 000 mm×3 000 mm，小于基座長(zhǎng)寬，因此新基座無法正常吊入?？紤]將新基座拆分為3部分分別加工制作，逐個(gè)吊入后在艙底進(jìn)行拼裝組合，拆分方法如圖14所示。此外，因機(jī)艙各層甲板吊物口不在一條垂線上，還需要艙內(nèi)移動(dòng)，使用機(jī)艙行車軌道配合葫蘆工具進(jìn)行傳輸，最終放置到位。

圖14 新基座拆分方法（單位：mm）

解決了上述2個(gè)方面難點(diǎn)，設(shè)計(jì)總體作業(yè)流程如下：

1）在設(shè)備上方機(jī)艙四甲板反頂T排結(jié)構(gòu)上，按圖安裝B-20吊環(huán)4只，并連接20 t以上的葫蘆。

2）在艙室內(nèi)設(shè)備四周，借用立柱或圍壁安裝10 t吊環(huán)4只，并連接5 t以上葫蘆。

3）拆除設(shè)備與基座間的固定螺栓。

4）以20 t葫蘆為主要工具，起吊電力推進(jìn)馬達(dá)設(shè)備，5 t葫蘆此時(shí)保持松弛狀態(tài)。

5）起吊高度達(dá)到1 m以上時(shí)，20 t葫蘆停止，5 t葫蘆已基本水平，逐漸絞緊但不能過緊，僅起到限制設(shè)備晃蕩的作用。

6）拆除設(shè)備基座，拆除時(shí)應(yīng)注意留根割除，殘余內(nèi)底板上的焊根打磨平整并進(jìn)行MT表面探傷，確認(rèn)甲板材質(zhì)狀態(tài)；割除后的舊基座拆散并通過各層甲板吊物口運(yùn)輸下船，回收利用。

7）在內(nèi)底板通過UT檢驗(yàn)設(shè)備基座反面結(jié)構(gòu)所在位置，在內(nèi)底板上做出新基座的定位洋沖點(diǎn)并彈線。

8）將已經(jīng)分為3部分制作的設(shè)備基座逐片吊入艙內(nèi)，根據(jù)洋沖點(diǎn)位置進(jìn)行定位；首先將連接板散裝件預(yù)定位擺放好，而后精確定位兩側(cè)部件一和部件二，找準(zhǔn)縱向結(jié)構(gòu)位置；中間的連接板散裝件再根據(jù)兩側(cè)部件的位置進(jìn)行二次定位微調(diào)，根據(jù)需要少量修割并制作坡口、進(jìn)行打磨。

9）基座與甲板間燒定位約束焊，防止基座本體焊接時(shí)發(fā)生大的變形引起定位返工。

10）將焊接位置油漆打磨干凈、污漬擦拭干凈，開展熔透焊接使基座成為整體。

11）清理并焊接基座與甲板間的焊道。

12）基座焊接并提交檢驗(yàn)結(jié)束后，首先適當(dāng)放松四角5 t限制晃蕩的葫蘆，最終松弛。

13）用20 t葫蘆將設(shè)備逐漸下放至距離基座表面20 mm左右高度，定位新的基座上的螺栓孔位置。

14）用20 t葫蘆再次將設(shè)備吊起，留出足夠的空間，在基座上鉆螺栓孔。

15）螺栓孔鉆好后再次下放設(shè)備并定位，使其螺栓孔與基座螺栓孔全部對(duì)準(zhǔn)，20 t葫蘆繼續(xù)下放，逐漸松弛，最終設(shè)備重量全部由基座承擔(dān)。

16）安裝固定螺栓，拆除項(xiàng)目所使用的各類葫蘆及吊環(huán)、加強(qiáng)板等，工程項(xiàng)目結(jié)束。

2.3 安全校核

馬達(dá)設(shè)備重45 t，設(shè)備本體吊環(huán)位于外圍四角。設(shè)備與四甲板的相對(duì)位置見圖10。由圖10可見：設(shè)備左右兩側(cè)各有1個(gè)甲板開孔，分別是梯道口和吊物口；此外，甲板板厚僅10 mm。這2個(gè)因素共同導(dǎo)致甲板強(qiáng)度偏低，是否能起吊45 t重量而不發(fā)生結(jié)構(gòu)破損或大變形存疑，因此有必要進(jìn)行計(jì)算校核，確定甲板結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力及變形量。

運(yùn)用MSC.PATRAN建立有限元模型，運(yùn)用MSC.NASTRAN進(jìn)行計(jì)算。工況考慮為：每個(gè)吊環(huán)承受垂直向下重量為10.5 t，可接受最大正應(yīng)力為188 MPa；可接受最大剪應(yīng)力為94 MPa；因甲板吊環(huán)位置與設(shè)備吊環(huán)位置略有偏離，每只吊環(huán)都承受角度為7°的橫向力。

計(jì)算得到：正應(yīng)力為172 MPa，見圖15；剪應(yīng)力為92 MPa，見圖16。數(shù)值接近設(shè)定的最大值。從圖15和圖16可以看出，現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)形式造成了應(yīng)力集中現(xiàn)象。除集中區(qū)域外，正應(yīng)力為110 MPa時(shí)，剪應(yīng)力約為60 MPa。針對(duì)應(yīng)力集中區(qū)域，考慮進(jìn)行局部補(bǔ)強(qiáng)的方式處理。補(bǔ)強(qiáng)主要采取T排貫穿孔臨時(shí)封板和增加吊環(huán)防傾肘板加強(qiáng)2種方式進(jìn)行了修改。此外，計(jì)算甲板變形為5.99 mm，可滿足要求，見圖17所示。

圖15 甲板正應(yīng)力校核結(jié)果

圖16 甲板剪應(yīng)力校核結(jié)果

圖17 甲板變形校核結(jié)果

3 結(jié)論

通過工藝研究、作業(yè)流程設(shè)定和安全性計(jì)算，復(fù)雜吊裝問題得以細(xì)化分解，最終形成行之有效的工藝技術(shù)方案。得出以下結(jié)論：

1）結(jié)構(gòu)臨時(shí)開孔應(yīng)注意避免造成應(yīng)力集中，嚴(yán)格遵照相關(guān)工藝要求設(shè)計(jì)。

2）工藝方案的核心目的是保證在達(dá)到預(yù)期結(jié)果的前提下，返工工作量最小，設(shè)施拆除最少，降低成本。

3）作業(yè)流程編制時(shí)應(yīng)全面考慮安全和質(zhì)量問題，統(tǒng)籌制定。

4）當(dāng)涉及到可能存在的安全隱患時(shí)，應(yīng)進(jìn)行科學(xué)的計(jì)算以判定工作安全性，不可僅憑經(jīng)驗(yàn)判斷。

5）設(shè)備出艙和艙內(nèi)起吊是2種造船生產(chǎn)領(lǐng)域最常見的復(fù)雜吊裝問題，以結(jié)構(gòu)工藝為主的同時(shí)涉及多專業(yè)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，在工藝設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)備出艙應(yīng)重點(diǎn)考慮出艙路徑和工作量；艙內(nèi)吊裝應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注甲板強(qiáng)度保證安全性。