Выбор технологического процесса утилизации корпуса судна методом экспертных оценок

УДК 629.5.068.4

Л. В. Пизинцали, Н. И. Александровская, Р. А. Варбанец

ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА УТИЛИЗАЦИИ КОРПУСА СУДНА МЕТОДОМ ЭКСПЕРТНЫ1Х ОЦЕНОК

Рассмотрены проблемы утилизации судов и проведен анализ технологических методов резки, применяемых в настоящее время при утилизации судов. Планы по обеспечению утилизации старых судов с использованием утвержденных Международной морской организацией технологий были рассмотрены Европейской комиссией по вопросам окружающей среды. Проект постановления предполагает контроль над переработкой судов под флагом стран Европейского Союза (ЕС) или судов, регулярно посещающих порты ЕС, на утвержденных объектах по всему миру. Цель проекта - уменьшить случаи негативных последствий при переработке судового лома. Для оценки выбора и обоснования метода резки судов были проведены анализ методов и экспертная оценка различных показателей резки. Все показатели были разбиты на четыре группы: энергетические, экономические, экологические и показатели безопасности процесса. Для порезки корпуса на металл могут быть использованы термические, механические и импульсные методы, а также, в перспективе, гидравлическая резка. Достоинства и недостатки этих методов позволили провести оценку и обоснование выбора эффективного метода резки на различных этапах утилизации судна. Кроме корпуса, при резке утилизации должны подвергаться и механизмы машинного отделения. Наиболее крупные объекты на судне - главные двигатели. Для их утилизации требуются специальные методы резки, минимизирующие экономические затраты и неизбежно возникающий при этом экологический ущерб. Газовая резка в настоящее время является широко применяемым технологическим методом при утилизации судов. Разработан метод определения обобщенной оценки метода утилизации на основании обработки ранговых результатов экспертных оценок с учетом компетентности экспертов. Проведенный анализ показывает, что различные методы резки можно эффективно использовать на различных этапах разделки судна. В связи с высокой эффективностью и экологичностью особого внимания заслуживает гидроабразивный метод резки.

Ключевые слова: утилизация судов, технологические методы резки, экспертные оценки, коэффициент компетентности эксперта.

Введение

Одной из важных задач развития современного мирового флота является утилизация судов. В настоящее время этой проблеме уделяется большое внимание Международной морской организацией. Так, в мае 2009 г. была принята Гонконгская международная конвенция о безопасной и экологически рациональной утилизации судов [1], основная цель которой - обеспечить экологически чистую утилизацию судов и исключить риск нанесения ущерба здоровья персонала. Основные требования Конвенции: наличие перечня опасных материалов на каждом судне, соответствие предприятия по утилизации судна требованиям по безопасной утилизации и подготовка плана утилизации судна.

Правило 9 приложения к Конвенции требует, чтобы для конкретного судна предприятием по утилизации был разработан план утилизации до разделки судна. Для выполнения этого правила были разработаны Рекомендации для разработки Плана по утилизации судна (Резолюция МЕРС.196(62)) [2]. Эти Рекомендации содержат как общее руководство по информации, которая должна быть собрана и рассмотрена предприятием по утилизации судна, так и руководство для рекомендуемого содержания плана утилизации конкретного судна.

Перечисленные нормативные документы отражают лишь общие вопросы и рекомендации по разработке плана утилизации судна. Для полноценного выполнения требований по безопасной и рациональной утилизации судов необходимо в каждом конкретном случае осуществлять выбор оптимального технологического процесса на основе комплексного анализа различных методов резки корпусных конструкций.

Обобщенная оценка технологических методов утилизации судна

Судно - сложный инженерный объект, поэтому при его утилизации необходимо решать целый ряд технических, технологических, финансовых, юридических и организационных задач.

Следует отметить, что крайне незначительное число утилизационных баз Украины и России обладает суммарной пропускной способностью, во много раз меньшей, чем наличные ресурсы лома. К сожалению, эти базы, а тем более судостроительные и судоремонтные предприятия, занимающиеся разделкой судов, в настоящее время характеризуются низким уровнем организации труда и применяемой технологии, слабой технической вооруженностью и значительной вредностью производства. Многие утилизационные базы по этой причине вообще закрыты.

Однообразные технологические схемы, базирующиеся главным образом на использовании ручной тепловой резки металла, малоэффективны. Вследствие применения дорогостоящих средств судоподъема и устаревшего технологического оборудования. Реализация этих схем на практике приводит к значительным экономическим потерям и загрязнению окружающей среды. На наш взгляд - это одна из главных причин незаинтересованности судоремонтных предприятий Украины в развитии судового утилизационного бизнеса, поэтому в настоящее время очень важной остается разработка научной основы эффективных технологических методов резки при утилизации судов.

Цель исследования - проектирование наиболее эффективных методов резки корпусных конструкций в процессе разработки плана утилизации судна на основе использования теории экспертных оценок.

Все многообразие различных методов резки металла различной формы и толщины можно разделить на четыре вида.

1. Термический метод резки:

- газокислородная (автогенная) резка. До 70 % судового лома перерабатывается газовой резкой. При таком методе в атмосферу выделяется большое количество дыма и ядовитых веществ. Так, при разделке судна массой 10 000 т в атмосферу выделяются токсичные продукты, способные загрязнить воздух до уровня предельно допустимой концентрации - 350 млн м3 воздуха в радиусе 5,5 км [3];

- плазменная резка. Данный вид резки не нашел широкого применения при разделке судов, т. к. требует тщательной подготовки поверхности, переналадки аппаратуры при изменении толщины реза, сопровождается высоким уровнем шума и ультрафиолетовым излучением, а также значительными выбросами токсичных веществ в атмосферу. Этот метод широко используется только при разделке гребных винтов [4];

- экзотермическая резка штучными электродами [5]. Характеризуется повышенным расходом кислорода и невысокой производительностью; надежность, простота и дешевизна оборудования позволяют составить конкуренцию плазменной резке;

- дуговая резка порошковыми проволоками [6]. До сих пор, по нашему мнению, не вышла из стадии экспериментальных работ;

- лазерная резка. Необходимо сложное, громоздкое и дорогое оборудование, которое не используется при разделке судов [7].

2. Механический метод резки. Применяется при порезке плоских секций на товарный лом. Достаточно производительный и экологически чистый. Наиболее целесообразным является применение гидравлических и механических ножниц с большой величиной подъёма ножа. Чаще всего применяют комбинацию ножниц.

3. Импульсный метод резки. Является наиболее перспективным на первом этапе разделки с использованием энергии направленного взрыва (шнуровой кумулятивный заряд) [7]. Однако наличие мощной взрывной волны, большая дальность разлета осколков и высокая стоимость ограничивают широкое распространения этого метода.

4. Гидроабразивная резка (водоструйная) [8]. Вид резки, при котором материал обрабатывается тонкой сверхскоростной струей воды. При гидроабразивной резке для увеличения разрушительной силы водяной струи в нее добавляются частицы высокотвердого материала - абразива. Если обычную воду сжать давлением около 400 МПа, а затем пропустить через отверстие диаметром меньше 1 мм, то она потечет со скоростью, превышающей скорость звука в 3-4 раза. Будучи направленной на обрабатываемое изделие, такая струя воды становится режущим инструментом. С добавлением частиц абразива режущая способность струи во много раз возрастает, и она способна разрезать практически любой материал.

По сравнению с технологиями термической обработки (кислородная, плазменная, лазерная и др.) гидроабразивная резка обладает следующими преимуществами:

— более высокое качество реза из-за минимального термического влияния на заготовку (без плавления, оплавления или пригорания кромок);

— возможность резки термочувствительных материалов (пожаро- и взрывоопасные, ламинированные, композитные и др.);

— экологическая чистота процесса, полное отсутствие вредных газовых выделений, взрыво- и пожаробезопасность процесса;

— способность разрезать материалы толщиной 300 мм и больше;

— может выполняться по сложному контуру с высокой точностью (0,025-0,1 мм), - для обработки объемных изделий с ее помощью можно делать даже скосы;

— эффективность по отношению к алюминиевым сплавам, меди и латуни, из-за высокой теплопроводности которых при термических способах резки требуются более мощные источники нагрева. Кроме того, эти металлы трудно разрезать лазером из-за их низкой способности поглощать лазерное излучение.

К недостаткам водно-абразивной резки можно отнести:

— существенно меньшую скорость разрезания стали малой толщины по сравнению с плазменной и лазерной резкой;

— высокую стоимость оборудования и высокие эксплуатационные затраты (характерно и для лазерной резки), обусловленные расходом абразива, электроэнергии, воды, заменами смесительных трубок, водяных сопел и уплотнителей, выдерживающих высокое давление;

— издержки по утилизации отходов;

— повышенный шум из-за истечения струи со сверхзвуковой скоростью (характерно и для плазменной резки).

Задача выбора эффективного метода резки для каждого конкретного случая является многофакторной, поскольку оптимизацию следует проводить комплексно по техническим, экономическим и экологическим параметрам. Ее решение зависит как от типа и конструкции судна, так и от технологических возможностей предприятия по утилизации. Кроме того, для резки различных элементов корпуса целесообразно использовать разные технологические методы. Поэтому решение данной проблемы возможно лишь на основании использования метода экспертных оценок [9, 10]. С учетом сложности данной задачи, недостаточности информационного потенциала и значительного субъективизма экспертов, предлагается определять обобщенную оценку того или иного технологического процесса на основании предварительно рассчитанного коэффициента компетентности экспертов.

Пусть т экспертов произвели оценку п различных методов резки. Результаты оценки представлены в виде величин Х/, где / - номер эксперта, 7 - номер технологического процесса. Алгоритм вычисления коэффициентов компетентности экспертов и обобщенной оценки методов сводится к расчетам по следующим формулам:

п

Х г = 2 X ;

7=1

х' = Z Z х у х i;

7=1 /=1 1 П

k ] = л г 2 Х 7/ Х 7 .

Л / = 1

Вычисления начинаются с г = 1. Начальные значения компетентности принимаются одинаковыми на основании результатов предыдущих оценок.

В процессе решения данной задачи эксперты зачастую используют не объективные оценки той или иной технологии, что сделать достаточно сложно, а ранжируют различные методы по степени предпочтительности, т. е. X/ представляют собой ранги или места, отводимые /-м экспертом 7-му методу. В этом случае ранжировку можно представить в виде матрицы парных сравнений У], элементы которой определяют следующим образом:

YJ =

I1, если Ху < Ху

если Хр > Ху

где х - ранги, присваиваемые]-м экспертом /-му и 1-му методам соответственно. Например, пусть ранжировка одного эксперта имеет вид

М1 > М2 = М3 > М4 > М5,

тогда матрица парных сравнений может быть представлена таблицей (табл.).

Матрица парных сравнений

Методы М1 Мг Мз М4 М5

М1 1 1 1 1 1

Мг 0 1 1 1 1

Мз 0 1 1 1 1

М4 0 0 0 1 1

М5 0 0 0 0 1

Введем метрику в пространстве ранжировок, вычисляемую по формуле

Dlf = У - , ], / = 1, 2, ..., т.

¿—I ¿—¡\ п

/=1 1=1

Используя данную метрику, можно определить обобщенную ранжировку матрицы парных сравнений, которая наилучшим образом согласуется с матрицами парных сравнений каждого эксперта. Примером задания такой точки может быть медиана

т п п

1=1 г =1 1=1

Тогда обобщенная ранжировка, доставляющая минимальное значение введенной метрике, вычисляется по следующему правилу:

^ = [1, еСлИ Ьп > 0,5

г1

0, если Ь,., < 0,5

п

где Ьа = ^ kjYlj - вероятность того, что /-й метод предпочтительнее 1-го

метода.

1=1

Поскольку выбор лучшего метода утилизации корпуса судна производится по нескольким параметрам, эксперты производят ранжировку по каждому из них в отдельности. Если известны вероятности предпочтения того или иного метода

Р1, Р2, ••., Pd,

где d - число различных параметров, то можно построить обобщенную ранжировку, осреднен-ную по всем характеристикам того или иного технологического процесса. Для этого вводится

у элементов матриц парных сравнений индекс 5 - номер показателя Г/5. В этом случае обобщенная ранжировка будет определяться из условия

d т п п

г:

а^тш ЕША

5=1 1=1 г =1 1=1

и находиться по следующему правилу:

{0,

, если еа > 1/2 а 10, если е < 1/2'

где

m d

с*=YL kjpJus •

j=1 s=1

Предложенный метод реализован в среде Microsoft Excel.

Заключение

Результаты исследования различных технологических методов резки при утилизации судов позволяют сделать следующие выводы.

1. Решение технологических вопросов утилизации судов в настоящее время является актуальной проблемой мирового судоходного бизнеса.

2. Решение проблемы утилизации судов в первую очередь связано с поиском эффективных методов разделки судов, которые были бы высоко технологичны, обеспечивали бы удовлетворительные экологические показатели, отвечали бы требованиям техники безопасности и были бы экономически выгодны как для судовладельца, так и для утилизационного предприятия.

3. Разработанный метод обработки результатов экспертных заключений позволяет повысить достоверность экспертных оценок и, следовательно, эффективность решений, принимаемых в процессе разработки плана утилизации судна.

4. Результаты анализа показывают, что различные методы резки можно эффективно использовать на различных этапах разделки судна.

5. В связи с высокой эффективностью и экологичностью особого внимания заслуживает гидроабразивный метод резки.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Международная конвенция о безопасной и экологически рациональной утилизации судов. Гонконг, 2009 // URL: http://www.mintrans.ru/news/detail.php ?ELEMENT_ID=10558.

2. Резолюция МЕРС.196(62). Руководство 2011 года по разработке плана утилизации судна // URL: http://www.imodocs.com/txt/data_www/texts/MEPC196_62.php3.

3. Каганер Ю. А. Квазар технология взрывных работ и ее применение при судоразделке / Ю. А. Каганер, Л. А. Шушко // Судостроение. 1977. № 4. С. 67-69.

4. Муктепавел В. О. Резка гребного винта на металлолом / В. О. Муктепавел // Сварочное производство. 1994. № 7. С. 28-29.

5. Данченко М. Е. Подводная резка штучными электродами / М. Е. Давченко, А. В. Лаппа // Автоматическая сварка. 1993. № 8. С. 36-37.

6. Лебедев В. А. О выборе оборудования для механизированной резки порошковыми проволоками / В. А. Лебедев, В. Ф. Мошкин, В. Г. Пичак // Автоматическая сварка. 1995. № 6. С. 53-54.

7. URL: http://www.osvarke.com/gidroabrazivnaya-rezka.html.

8. Пизинцали Л. В. Анализ технологических методов утилизации судов / Л. В. Пизинцали. Енерге-тика судна: експлуатащя та ремонт: матерiали науч.-техн. конф., Одеса, 26-28 марта 2014 г. Одеса: ОН-МА, 2014. С. 33-34.

9. Орлов А. И. Теория принятия решений: учеб. пособие / А. И. Орлов. М.: Март, 2004. 656 с.

10. Гуцыкова С. В. Метод экспертных оценок: теория и практика / С. В. Гуцыкова. М.: Изд-во Ин-та психологии РАН, 2011. 144 с.

Статья поступила в редакцию 05.11.2014, в окончательном варианте - 12.02.2015

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Пизинцале Людмила Викторовна - Украина, 65029, Одесса; Одесский национальный морской университет; канд. техн. наук, доцент; доцент кафедры «Судоремонт»; pizintsali52@mail.ru.

Александровская Надежда Игоревна - Украина, 65029, Одесса; Одесский национальный морской университет; канд. техн. наук; доцент кафедры «Судоремонт»; a.nadegda@gmail.com.

Варбанец Роман Анатольевич - Украина, 65029, Одесса; Одесский национальный морской университет; д-р техн. наук, профессор; зав. кафедрой «Судовые энергетические установки и техническая эксплуатация»; roman.varbanets@gmail.com.

L. V. Pizintsali, N. I. Aleksandrovskaya, R. A. Varbanets

CHOICE OF THE TECHNOLOGICAL PROCESS OF THE SHIP HULL UTILIZATION USING THE METHOD OF EXPERT ASSESSMENTS

Abstract. The paper considers the issues of utilization of marine vessels and analyzes the cutting technology used at present for the vessel utilization. The plans for ensuring utilization of the old vessels with use of the technologies approved by the International Marina Organization were considered by the European Commission on environmental issues. The draft of the resolution assumes control over processing of the vessels under the flag of the European Community (EU) countries or the vessels, which are regularly visiting EU ports on the approved objects worldwide. The purposes of the draft is to reduce the cases of negative consequences inevitable when processing ship scrap. To assess the choice and justify the ship cutting technology, the analysis of the techniques and an expert assessment of the various cutting indicators on 10-scale system of an assessment were carried out. All indicators were divided into four groups: power, economical, ecological and indicators of the process safety. For cutting the hull on metal, thermal, mechanical and pulse techniques, and also in the long term the hydraulic cutting can be used. Merits and demerits of these techniques allowed to carry out an assessment and justification of the choice of the effective cutting technology at various stages of utilization of the vessel. Except the hull, while cutting the mechanisms of the engine room should be also exposed to utilization. The largest objects on the vessel are the main engines. For utilization of such large objects special cutting techniques, minimizing economic expenses and, inevitably causing ecological damage, are required. Gas cutting, today, is the most widely applied technology used at utilization of the vessels. The carried-out analysis shows that the various cutting techniques are possible to be effectively used at various stages of cutting the vessel. Due to the high efficiency and ecological compatibility, a special attention should be paid to the hydroabrasive cutting technique.

Key words: ship utilization, cutting ships, cutting technology.

REFERENCES

1. Mezhdunarodnaia konventsiia o bezopasnoi i ekologicheski ratsional'noi utilizatsii sudov [International Convention on Safe and Ecologically Rational Ship Utilization]. Hong Kong, 2009. Available at: http://www.mintrans.ru/news/detail.php?ELEMENT_ID=10558.

2. Rezoliutsiia MERS.196(62). Rukovodstvo 2011 goda po razrabotke plana utilizatsii sudna [Rezoliutsiia MERS.196(62) Recommendations 2011 of the project on ship utilizatia]. Available at: http://www.imodocs.com/txt/data_www/texts/MEPC196_62.php3.

3. Kaganer Iu. A., Shushko L. A. Kvazar-tekhnologiia vzryvnykh rabot i ee primenenie pri sudorazdelke [Quasar-technology of explosion operations and their application at ship utilization]. Leningrad, Sudostroenie, 1977, no. 4, pp. 67-69.

4. Muktepavel V. O. Rezka grebnogo vinta na metallolom [Cutting the shaft propeller for metal scrap]. Svarochnoe proizvodstvo, 1994, no. 7, pp. 28-29.

5. Danchenko M. E., Lappa A. V. Podvodnaia rezka shtuchnymi elektrodami [Submarine cutting with single electrodes]. Avtomaticheskaia svarka, 1993, no. 8, pp. 36-37.

6. Lebedev V. A., Moshkin V. F., Pichak V. G. O vybore oborudovaniia dlia mekhanizirovannoi rezki poroshkovymi provolokami [On choice of the equipment for mechanical cutting using cored electrodes]. Avtomaticheskaia svarka, 1995, no. 6, pp. 53-54.

7. Available at: http://www.osvarke.com/gidroabrazivnaya-rezka.html.

8. Pizintsali L. V. Analiz tekhnologicheskikh metodov utilizatsii sudov. Energetika sudna: ekspluatatsiia ta remont [Analysis of technology of ship utilization]. Materiali nauchno-tekhnicheskoi konferentsii, Odesa, 26-28 marta 2014 g. Odesa, ONMA, 2014. P. 33-34.

9. Orlov A. I. Teoriiapriniatiia reshenii [Theory of decision making]. Moscow, Mart Publ., 2004. 656 p.

10. Gutsykova S. V. Metod ekspertnykh otsenok: teoriia i praktika [Method of expert assessments: theory and practice]. Moscow, Izd-vo Instituta psikhologii RAN, 2011. 144 p.

The article submitted to the editors 05.11.2014, in the final version - 12.02.2015

INFORMATION ABOUT THE AUTHORS

Pizintsale Ludmila Viktorovna - Ukraine, 65029, Odessa; Odessa National Maritime University; Candidate of Technical Science, Assistant Professor; Assistant Professor of the Department "Ship repairing"; pizintsali52@mail.ru.

Alexandrovskaya Nadezhda Igorevna - Ukraine, 65029, Odessa; Odessa National Maritime University; Candidate of Technical Science; Assistant Professor of the Department "Ship repairing"; a.nadegda@gmail.com.

Varbanets Roman Anatolevich - Ukraine, 65029, Odessa; Odessa National Maritime University; Doctor of Technical Sciences, Professor; Head of the Department "Marine Power Plants and Technical Operation"; roman.varbanets@gmail.com.