40 000 DWT散货船单元模块的分析与应用
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作者:陆德安
摘 要：单元模块化施工是造船行业中比较先进的工艺。本文结合40 000DWT系列散货船单元模块建造的经验，分析单元模块的应用情况，对船厂单元模块建造过程中的优、缺点及需要注意的问题进行阐述。
关键词：单元模块;优缺点;分析
中图分类号：U671.4 文献标识码：A
Abstract： Unit modular construction is an advanced technology in shipbuilding industry. Based on the experience of unit modular building of 40 000 DWT series bulk carrier， this paper analyzes the application of unit modular construction， and expounds the advantages， disadvantages and problems needing attention in the unit modular construction of shipyard.
Key words： Unit modular; Advantages and disadvantages; Analysis
1 引言
单元模块化造船在现代造船行业中具有重要地位。该型式把施工工序前移，改善施工环境，提高建造效率，降低生产成本。本文结合40 000 DWT散货船（以下称40K）单元模块化设计在我司的应用情况，分析不同单元模块设计特点，以及我司单元模块化建造的经验教训。
单元模块的分类大致可分为：区域性单元模块、设备单元模块、纯管路单元模块等。下面从我司目前在建40 K系列散货船中选取以下比较有代表性单元模块进行分析：（1）区域性单元模块（机舱底层盆舾装单元模块）;（2）设备单元模块（中央板冷及管路单元模块）;（3）纯管路单元模块（No.1燃油舱加热盘管单元模块）。
2 机舱底层盆舾装单元模块
40K散货船机舱底层空间狭小，船体线性比较复杂且涉及管路、设备、铁舾件数量众多，在整个舾装件安装中机舱底层盆舾装阶段管路是困扰施工人员的一个难题。盆舾装阶段管路不能在分段预装阶段安装，需待船体总组后才可大面积安装管路、设备、花钢板平台等，导致盆舾裝阶段烧焊打磨工作量大且环境恶劣、效率低下。
面对这种情况，借鉴兄弟船厂经验，决定把盆舾装管路、设备、铁舾件等做成地面单元模块，在地面平台工装上安装定位后通过吊机将单元模块吊装上船，把工序提前，改善施工环境，减少船上烧焊打磨工作量。
2.1 盆舾装单元边界划分
盆舾装区域舾装件主要在底层围绕主机成“回”字型布置，设备管路均在主机周边布置。在模型放样完成后，先把预想方案统计大概重量，主要考虑设备吊装与运输能力，确定设计方向“在满足吊装运输前提下尽量把单元模块做大”，减少后期连接的安装误差。由于盆舾装船体结构整体呈现“V”字型向尾部收缩，故整体“回”字型单元划分吊装条件不满足要求而被否定。经过多次研讨，最终确定方案为整个盆舾装做成“U”字型三个单元（见图1）。
这样既把主要设备及通径较大的管路包含在单元里面提前安装，也满足吊装的灵活型，减少了吊装难度。三个单元模块主要包括：压载、海水、总用泵及基座共7台;海水总管及滤器阀件;压载、消防、海水冷却总管若干及平台角钢铁舾件若干。
2.2 盆舾装单元管路布置
由于盆舾装单元为区域单元，包含设备、管路、地台板等。其中，管路数量及附件安装较为复杂，耗费的时间也最多，所以该模块管路设计的好坏直接影响整个单元的质量。
该单元分为三个呈“U”型布置，单元与单元模块之间有两处需要吊装后连接管路，在单元间的连接需选用法兰等可拆连接型式，避免使用套管等不可拆件连接件。法兰断管型式尽量选择如图2的型式，方便后续起吊及复装。
管路支架的设计也很重要，由于单元需整体起吊安装，支架垫板与平台板不焊接，待吊装到船上再焊接，故管支架尽可能不做到工装平台上而做到地台架支撑角钢上。这样既保证支架强度、减少船上焊接量，同时也提高单元整体型，保证吊装时安全。
2.3 盆舾装单元工装平台要求
内场单元安装平台要与船上实际盆舾装区域尽可能做到一致，保证设备、管路等安装到位，避免后续船上切割修改。如：机舱底平台首部有一处带斜面的结构，角钢基座安装在上面需削斜面角度;在内场安装平台上也要做一个与实际一致的斜面，把安装在斜面的基座、角钢斜面切削好，这样后续吊装就不需再进行二次切割，减少船上施工量。
2.4 盆舾装单元吊装要求
该单元组装区域在总组区域不远处，单元组装完成后直接用吊机吊运到总组盆舾装区域安装，单元需在空中走一段时间，这样对吊装安全性要求更高了。
在起吊前先要检查管路及其他连接件牢固安装到位，如法兰、管码等;再用多根吊装布带把较重的管子根基座相互缠绕起来，确保吊装过程不掉落。在整体吊装过程中如部分设备重心较高不方便固定，则可以拆下单独吊运，如压载泵、总用泵等就是在内场平台安装好连接管路后拆除单独吊装的。 3 中央板冷及管路单元模块
40K系列散货船比较典型的设备与管系单元为中央板冷单元模块。中央板冷有两台，其管路通径较大、阀件多而密集、支管安装多。如果中央板冷待设备定位后船上安装连接管路，除了管路施工环境复杂、安装难度大外，也需要增加多根外场管，效率低下不利于施工。
3.1 设备布置
通过放样前的预想把设备布置预放，综合考虑周边环境及管路阀件的走向最终确定了设备对称布置，这样可使管路走向最短、布置最紧凑。在板冷订货时需注明接口位置，避免混淆接错。
3.2 管路安装精度控制
由于该单元设备接口四个连接点对称，管路间支管连接点较多且中间不设置调整管路，所以管路制作与安装的精度尤为重要。刚开始设置该单元时，由于异径接头来货长度有误差，导致管路修改。后续要求厂家按标准供货以及校管时注意测量点间长来避免误差累积。如果施工环节可调整，可考虑把整个单元的阀件附件交由管路内场制作时连接起来，做成整体再安装，这样可从根源上解决误差问题。
3.3 设备使用个性化要求设计
40 K散货船中央板冷设备为外循环海水冷却淡水，该设备海水口连接处容易出现腐蚀，故船东要求增加开拆短管方便腐蚀后更换。由于该单元上阀件均使用对夹式阀件，断管时需综合考虑满足各方面要求优化设计。
4 加热盘管单元模块
油舱加热盘管单元是纯管子单元，不涉及其他专业，而且安装在舱内不与其他专业有交集，设计时只要考虑舱室的空间及原理图中理论长度放样即可。即使这样，由于单元制作安装阶段不一样，设计加热盘管单元时也要注意三个方面。
4.1 确定管路走向及层数
先根据船体舱室结构确定是否可以做单元，有部分结构有横向或纵向加强的不满足吊装条件，不能做成单元模块。加热盘管尽可能贴近舱底，根据原理图计算的长度确定盘管层数。如NO.1燃油舱盘管要求约110 m，大致走向放样为6层。确定大致走向后，才能综合考虑细化设计。
4.2 盘管放样注意事项
由于盘管是通过水蒸汽加热燃油，所以密性尤为重要。在设计时必须使用焊接套管连接，不能使用法兰等开拆连接型式。管路尽量使用弯管机弯制，避免使用弯头异径等连接件，减少可能泄露的焊接点。由于单元在内场制作安装后吊装，所以不用考虑施工环境制约。
4.3 管支架及吊装注意事项
加热盘管单元为6层时由于管路布置紧凑，管支架做完后烧焊打磨会比较困难。管路放样时要提前预留吊装后烧焊打磨空间，且支架布置要预留管路膨胀余量。在这种层数较多、布置紧凑的管路单元，采用先把管路及支架连接到位后再整体焊接连接套管，这样有管支架固定层数多也不会变形，后续支架安装阶段也提前了，效率大大提高。有部分管路需插进加热盘管单元时需待盘管吊装定位完毕后才能安装，避免后续无法安装到位，如油舱吸口以及测深管等。
5 经验教训
以上三种单元模块型式可以提高生产效率，改善施工环境。但是在这过程中，有部分借鉴其他兄弟船厂经验勉强做成单元模块效果并不好。下面分析两个比较典型做成单元模块后效果并不显著而取消的单元模块形式。
5.1 分油机间单元模块
由于分油机间管路较多且密集，很多船厂都做成单元模块型式。我司开始时也把分油机间管路做成模块，但由于分油机间是在分段合拢口处，而且底部船体线性复杂导致做单元模块时地台板高度无法确定;同时管路安装比较零碎，造成单元管路大量临时固定不能安装到位，导致后续合拢时管路丢失，如果提前定位平台角钢就要按分油机间底部线性做一个平台工装，工作量大而且费用较高。最后决定取消分油机间单元模块制作，改成总组后再安装，情况得到改善。
5.2 部分小设备接口单元
如淡水柜、空气瓶等小型设备接口管路单元。开始尝试制作单元模块时，施工人员觉得能较大程度提高生产效率，要求大量地制作单元模块，几乎把所有设备都制作成一个小型设备及管路单元。这样导致图纸托盘、集配、施工场地要求范围大大提高，把原本在船上简单安装的一两根小管分散到内场各个场地中，降低工作效率、增加人力成本、管路部件管理困难导致管件丢失。经过多次沟通，决定取消部分进出口仅一根小通径管连接的单元设计，保留到船上阶段统一安装，后续施工恢复正常，效率得到保證。
6 结语
综上所述，单元的制作模式有一定的通用性，也有因具体船型、具体施工流程不一样的差异性。单元模块的最终目的是为了提高生产效率、改善施工环境、降低成本，不能为了做单元模块而做单元模块，也不能看着别的船厂这样做就照搬照套。单元模块的设计需要经过多次沟通、试验以及长期的总结积累，形成适合自己船厂的一种生产模式。本文就我司40K系列多条散货船单元模块设计经验进行分析，希望对其他兄弟船厂也有一定的参考作用。
参考文献
[1] 应长春. 船舶工艺技术[M]. 上海：上海交通大学出版社，2013.
[2] 付锦云. 船舶管路系统[M]. 哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2009.
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