邊超斐，劉 凱

（滬東中華造船（集團）有限公司，上海 200120）

0 引言

常規(guī)船舶設備吊裝方法是在房間搭載前預先吊裝設備到位，并完成初步預裝工作，按生產次序合理性原則，分層分區(qū)段合理安排生產計劃，逐步推進。然而，在客觀實踐中，并不是所有設備都能夠按期到貨；可能發(fā)生設備損壞，需要出艙；還可能存在安裝問題，需要臨時起吊等，需要結合現場實際條件，針對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鍵點以及現場實際作業(yè)時的風險防控與注意事項。針對具體的吊裝問題，制定解決方案并呈現解決方案的設計內核，對相關領域生產工作者具有一定的參考價值[2]。

1 電機更換項目

1.1 項目簡介

某船配備4臺發(fā)電機，柴油機和電機分別安裝在各自基座上，通過連接軸連接。其中，1臺發(fā)電機的電機在試驗過程中產生異常，造成設備損壞[3]。為保證船舶交付質量，需要對此電機進行整機更換。

電機設備外形如圖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，因此實際吊裝時本體的寬度尺寸在1 9 0 0～2 000 mm；設備箱型主體長度（即吊環(huán)間距）為2 527 mm。

圖1 電機外形圖

該設備位于機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，考慮側面出艙，不需要穿過多層甲板，但由于側面有分油機房間，內部設備管系布置緊密，將產生大量的拆除工作量；同時，側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，結合船體結構布置，在放電機間前方不遠處正上方存在1排吊物口，可借用吊物口進行適當擴大后將電機吊出；主甲板位置位于上層建筑與機艙棚之間，不需要再拆除機艙棚和上建內部的甲板，僅需穿過共計3層甲板即可。

出艙方案考慮如何借用甲板吊物口時，須重點考慮各層甲板的反頂設施，例如電纜、重要管系、大型管系等的拆裝、保護問題，才能合理設計出艙工藝孔最佳位置，減少拆裝工作量。由設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，這是避開重要設施采取的方法，需要進一步考慮在如此大偏差的情況下，設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，設備出艙時如果使用多吊點，則路徑上橫向移動較困難；如果使用單吊點，則非常便利。因此，吊車單吊點拋鉤，鉤下采用綁帶進行設備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)電機間前壁工藝孔開設詳圖如圖4所示。工藝孔設計時應注意工藝要求，不切割吊物口轉圓角，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，則可將轉角設計成轉圓形式，倒角不得小于100 mm。這些措施都可適當避免應力集中現象的產生。

圖4 各層甲板及發(fā)電機間間前壁工藝孔開設方案詳圖（單位：mm）

工藝孔開設位置設計是基于盡量減少拆除工作量而進行的，并不能徹底消除。工藝孔位置確定后，要明確每一層甲板設施拆除、移位的具體內容，如圖5所示[5]。其中，三甲板結構前端帶有主機缸套配件擺放用舾裝件，需要臨時拆分切割（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)電機間間前壁設施拆除示意圖

圖6 主機缸套配件拆除方案

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

圖7 設備出發(fā)電機間的吊環(huán)布置（單位：mm）

1）設備尾部垂直掛1根手拉葫蘆，首部斜向前方掛1根手拉葫蘆，設備吊起離開基座后，以首部葫蘆為主，將設備向斜前上方提拉，尾部葫蘆起到輔助作用，設備會逐漸向首部移動，達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）重復上述操作，使設備繼續(xù)向首部移動，直至設備首部達到發(fā)電機間前壁的位置。

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

5）而后形成吊車單吊點掛鉤狀態(tài)，執(zhí)行下一步出艙操作。

其次，要考慮的是臨時工藝孔板的吊裝。臨時工藝孔板需要設置吊環(huán)，需重點考慮反面強T排結構的嵌入安裝問題。由于強T排高度為800 mm，收尾切割線均垂直時是難以將工藝孔板安裝到位的，在安裝過程中會卡住無法放下去。因此，通常工藝要對甲板反面強T排進行端面削斜，首尾端均削斜50 mm或單邊削斜100 mm即可達到順利到位的要求，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)流程與風險防控

施工流程和重點風險防控方案如下：

1）作業(yè)流程。

（1）施工區(qū)域搭設腳手架。

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

（3）4個臨時工藝孔按圖劃線。

（4）切割前施工區(qū)域周圍的設備、設施、管系和電纜等，白鐵皮防護做好。

（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)電機間頂棚（二甲板反頂）設備起吊吊環(huán)及加強筋。

（8）手工葫蘆連接吊環(huán)及電機設備。

（9）發(fā)電機間出艙時使用前后2吊點，鋼絲繩交匯時注意避開發(fā)電機上方行車梁，以免發(fā)生危險。發(fā)電機的電動葫蘆小車應行走至避開施工區(qū)域的位置。

（10）水平吊起電機。

（11）水平移動出艙。

（12）待電機前端通過FR35艙壁門時，碼頭吊車拋鉤將電機逐漸移動出艙。

（13）電機整體出艙后，改為單吊點，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）主甲板出機艙運至碼頭放置。

（16）新電機起吊入艙，過程與舊機拆除逆向，原理相同。但應特別注意的是，新電機平行運入發(fā)電機間時，不允許發(fā)生大的傾斜，應盡可能平行移動擱置在基座上。

（17）新電機到位后定位并螺栓固定。

（18）封孔裝配及報驗。

（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）恢復之前拆除的設施、管系、電纜。

（22）恢復涂裝、房間絕緣及腳手拆除。

2）風險防控。

（1）吊環(huán)及加強焊后探傷，保證質量。

（2）吊裝過程難度高，應緩慢移動電機；當發(fā)現作業(yè)極端困難時，不要冒險操作，應停止作業(yè)，討論修改方案后繼續(xù)開展。

（3）盡量避免交叉作業(yè)。

（4）質量防護是重點，應提前妥善處置。

（5）施工區(qū)域拉設紅白旗，無關人員禁止進入。

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

（7）新電機禁止過大傾斜，以免定子轉子間隙受損。

通過上述工藝孔開設方案、設施拆除、吊裝方案、作業(yè)流程以及風險防控方案的制定，保證了項目的順利實施?；诒痉桨?，預估工期2周的項目僅5 d即完成了設備出艙和新機吊入、封孔等作業(yè)，成本節(jié)約、安全可控。

2 艙內起吊項目

2.1 項目簡介

某FSRU船以發(fā)電機作為主機，采用電力推進，配備有電力推進馬達并通過減速齒輪箱控制螺旋槳轉速。電力推進馬達作為螺旋槳的動力源，是非常重要的設備。如圖9 所示，箱體尺寸為3 080 mm×2 580 mm×3 900 mm（長×寬×高）。該馬達質量大，整體質量約為45 t。同時，馬達設備下方設計有長大基座，基座面板板厚達60 mm，整體強度大。因特殊原因，需要更換電力推進馬達基座，要求將馬達設備吊起后，將舊基座整體移除再吊入新基座進行定位安裝。因電推馬達位于四甲板以下，深入機艙底部，吊裝時考慮使用吊車通過逐層甲板臨時開孔將設備吊出的方案不可行，需要設計1套借用甲板結構作為設備起吊受力點，僅將基座吊入吊出艙室的方案。方案設計時，除可行性外，還應著重考慮施工安全性，通過計算校核輔助設計定稿。

圖9 電推馬達外形圖

2.2 方案設計

設備吊環(huán)位于本體四角，對應的，甲板面強T排結構處安裝4只B-20吊環(huán)作為起吊受力點，施工時通過葫蘆對設備進行提升，葫蘆一端扣緊B-20吊環(huán)，另一端扣緊設備本體吊環(huán)。設備及吊環(huán)位置見圖10陰影部分。設備本體上的吊環(huán)使用見圖11。B-20吊環(huán)安裝位置見圖12結構剖面圖。

圖10 設備與四甲板的相對位置（單位：mm）

圖11 設備吊環(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，考慮到風浪擾動，應選擇圍壁及立柱等垂直強結構安裝4只10 t吊環(huán)，使用5 t或10 t葫蘆將設備4角略絞緊，防止吊在空中的設備發(fā)生過大的晃動對甲板局部產生突發(fā)力，造成事故。起吊后的狀態(tài)如圖13所示。

圖13 設備起吊立體示意圖

設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，新基座進入需穿過4層甲板，每層甲板均設計有永久吊物口，吊物口尺寸為3 000 mm×3 000 mm，小于基座長寬，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，逐個吊入后在艙底進行拼裝組合，拆分方法如圖14所示。此外，因機艙各層甲板吊物口不在一條垂線上，還需要艙內移動，使用機艙行車軌道配合葫蘆工具進行傳輸，最終放置到位。

圖14 新基座拆分方法（單位：mm）

解決了上述2個方面難點，設計總體作業(yè)流程如下：

1）在設備上方機艙四甲板反頂T排結構上，按圖安裝B-20吊環(huán)4只，并連接20 t以上的葫蘆。

2）在艙室內設備四周，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，起吊電力推進馬達設備，5 t葫蘆此時保持松弛狀態(tài)。

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

6）拆除設備基座，拆除時應注意留根割除，殘余內底板上的焊根打磨平整并進行MT表面探傷，確認甲板材質狀態(tài)；割除后的舊基座拆散并通過各層甲板吊物口運輸下船，回收利用。

7）在內底板通過UT檢驗設備基座反面結構所在位置，在內底板上做出新基座的定位洋沖點并彈線。

8）將已經分為3部分制作的設備基座逐片吊入艙內，根據洋沖點位置進行定位；首先將連接板散裝件預定位擺放好，而后精確定位兩側部件一和部件二，找準縱向結構位置；中間的連接板散裝件再根據兩側部件的位置進行二次定位微調，根據需要少量修割并制作坡口、進行打磨。

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結束后，首先適當放松四角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備并定位，使其螺栓孔與基座螺栓孔全部對準，20 t葫蘆繼續(xù)下放，逐漸松弛，最終設備重量全部由基座承擔。

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

2.3 安全校核

馬達設備重45 t，設備本體吊環(huán)位于外圍四角。設備與四甲板的相對位置見圖10。由圖10可見：設備左右兩側各有1個甲板開孔，分別是梯道口和吊物口；此外，甲板板厚僅10 mm。這2個因素共同導致甲板強度偏低，是否能起吊45 t重量而不發(fā)生結構破損或大變形存疑，因此有必要進行計算校核，確定甲板結構內應力及變形量。

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

計算得到：正應力為172 MPa，見圖15；剪應力為92 MPa，見圖16。數值接近設定的最大值。從圖15和圖16可以看出，現有的結構形式造成了應力集中現象。除集中區(qū)域外，正應力為110 MPa時，剪應力約為60 MPa。針對應力集中區(qū)域，考慮進行局部補強的方式處理。補強主要采取T排貫穿孔臨時封板和增加吊環(huán)防傾肘板加強2種方式進行了修改。此外，計算甲板變形為5.99 mm，可滿足要求，見圖17所示。

圖15 甲板正應力校核結果

圖16 甲板剪應力校核結果

圖17 甲板變形校核結果

3 結論

通過工藝研究、作業(yè)流程設定和安全性計算，復雜吊裝問題得以細化分解，最終形成行之有效的工藝技術方案。得出以下結論：

1）結構臨時開孔應注意避免造成應力集中，嚴格遵照相關工藝要求設計。

2）工藝方案的核心目的是保證在達到預期結果的前提下，返工工作量最小，設施拆除最少，降低成本。

3）作業(yè)流程編制時應全面考慮安全和質量問題，統(tǒng)籌制定。

4）當涉及到可能存在的安全隱患時，應進行科學的計算以判定工作安全性，不可僅憑經驗判斷。

5）設備出艙和艙內起吊是2種造船生產領域最常見的復雜吊裝問題，以結構工藝為主的同時涉及多專業(yè)統(tǒng)籌協(xié)調，在工藝設計時，設備出艙應重點考慮出艙路徑和工作量；艙內吊裝應重點關注甲板強度保證安全性。