HOGERE ZEEVAARTSCHOOL ANTWERPEN OE 2 EXPLOITATIE EN SCHEEPSTECHNIEK
Optimalisatie van het baggerproces op TSHD tijdens het sleepzuigen
Bart Van de Velde
Thesis voorgedragen tot het behalen van de graad van
Promotor: Kapt. Kris De Baere
Master in de nautische wetenschappen academiejaar: 2009 – 2010
Co-promotor: Maarten Dewint
HOGERE ZEEVAARTSCHOOL ANTWERPEN OE 2 EXPLOITATIE EN SCHEEPSTECHNIEK
Optimalisatie van het baggerproces op TSHD tijdens het sleepzuigen
Meer zand, minder tijd
Bart Van de Velde
Thesis voorgedragen tot het behalen van de graad van
Promotor: Kris De Baere
Master in de nautische wetenschappen academiejaar: 2009 – 2010
Co-promotor: Maarten Dewint
2
Dankwoord Bij het maken van deze thesis heb ik het geluk gehad om gesteund te worden door competente mensen met een afdoende kennis van sleephopperzuigers. Ik zou dan ook graag mijn dank betuigen aan het opleidingsteam van Jan De Nul en specifiek Maarten Dewint, mijn co-promotor. Mijn dank gaat ook uit naar het nieuwbouwteam van de 'Leiv Eiriksson' en de bemanning van de 'Gerardus Mercator' en 'Alexander von Humboldt', zij hebben steeds mijn vele vragen beantwoord. Alsook dank aan Ir. Berten Vermeulen. Veel dank gaat ook uit naar mijn vader, Marc Van de Velde, kapitein op de sleephopperzuiger 'Leiv Eiriksson'. Hij heeft me steeds goed gestuurd en bijgestaan met zijn vakkennis Ook bedank ik graag mijn promotor kapitein Kris De Baere, docent en opleidingshoofd aan de hogere zeevaartschool, voor zijn tips en medewerking.
3
Inhoudstafel Dankwoord.............................................................................................................................3 Inhoudstafel............................................................................................................................4 Lijst van figuren.....................................................................................................................6 Verklarende woordenlijst........................................................................................................8 1 Inleiding............................................................................................................................10 Optimalisatie op operationeel niveau........................................................................12 2 De zandpomp....................................................................................................................12 2.1 De binnenboordpomp...............................................................................................12 2.2 De zuigbuispomp......................................................................................................14 2.3 Aandrijvingen...........................................................................................................15 2.3.1 Diesel-direct......................................................................................................15 2.3.2 Elektrisch..........................................................................................................15 2.4 Conclusie..................................................................................................................16 3 De sleepkop......................................................................................................................17 3.1 Hoe werkt een sleepkop............................................................................................17 3.2 Soorten sleepkoppen.................................................................................................18 3.3 Vizier.........................................................................................................................19 3.4 Messen, beitels en pickpoints...................................................................................21 3.5 Waterflap...................................................................................................................23 3.6 Jetwater.....................................................................................................................25 3.7 Conclusie..................................................................................................................27 4 Deiningscompensator.......................................................................................................28 4.1 Waartoe dient een deico............................................................................................28 4.2 Hoe gebruikt men optimaal een deiningscompensator.............................................29 4.2.1 Slaglengte van de deico....................................................................................30 4.2.2 Deico-druk........................................................................................................31 4.3 Slibzuigen.................................................................................................................33 4.4 Conclusie..................................................................................................................34 5 Hopper..............................................................................................................................35 5.1 Overvloei..................................................................................................................39 5.2 Milieuklep.................................................................................................................41 5.3 AMOB......................................................................................................................42 5.4 Conclusie..................................................................................................................42 6 Besluit operationeel niveau..............................................................................................43 Optimalisatie op management niveau.......................................................................44 7 Reserveonderdelen management......................................................................................44 7.1 Bestellen van wisselstukken.....................................................................................44 7.2 Verschillende Stocks.................................................................................................45 4
7.3 Vervangen of behouden............................................................................................46 8 Wear and Tear...................................................................................................................48 8.1 Slijtage......................................................................................................................48 8.2 Opvolgen..................................................................................................................50 8.3 Preventie...................................................................................................................51 9 Cyclusoptimalisatie..........................................................................................................53 9.1 Productievaart...........................................................................................................53 9.2 Optimale lading........................................................................................................58 9.3 Bunkerdag.................................................................................................................61 10 Manoeuvres en Squat.....................................................................................................63 10.1 UKC........................................................................................................................63 10.2 Verticale squat.........................................................................................................66 10.3 Survey.....................................................................................................................71 10.4 Cyclus & Squat.......................................................................................................73 11 Datalogging....................................................................................................................74 11.1 Verloop....................................................................................................................75 11.2 Data-analyse voorbeelden.......................................................................................79 11.2.1 Sleepkoppen Vergelijken.................................................................................79 11.2.2 Zuigvakken vergelijken...................................................................................81 12 Besluit management niveau............................................................................................83 12.1 Kaizen.....................................................................................................................83 12.2 Onderdelen & gewichtsbesparing...........................................................................84 12.3 Tijd..........................................................................................................................85 12.4 Productie.................................................................................................................85 13 Bibliografie.....................................................................................................................86
5
Lijst van figuren Fig. 1: Spleet tussen binnen- en buitenpomp (Bron:persoonlijke opname 2009)...........................................................................................12 Fig. 2: Verliezen baggerpomp (Bron:Voortgezette Opleiding Uitvoering Baggerwerken)..............................................................................13 Fig. 3: Zuigbuispomp Volvox Hollandia (Bron: www.dredgers.nl)...........14 Fig. 4: Actieve sleepkop. (Bron: eigen ontwerp 2009)..........................18 Fig. 5: Sleepkop loopt op de teen (Bron: eigen ontwerp 2009).............19 Fig. 6: Pickpoint en beitel (Bron: persoonlijke opname 2009)................22 Fig. 7: Centrifugaalpomp cavitatie (Bron: www.engineeringtoolbox.com) 24 Fig. 8: Studie jets (Bron: Jan de Nul Group).......................................26 Fig. 9: Schematische opstelling deiningscompensator (Bron: eigen ontwerp 2009)...............................................................................29 Fig. 10: Schematische configuratie onderpijp (Bron: eigen ontwerp 2009) ...................................................................................................33 Fig. 11: Hopper sedimentatie (Bron: Terra et Aqua, nr.112)..................35 Fig. 12: Diagram van Hjulstrom (Bron:Voortgezette Opleiding Uitvoering Baggerwerken)..............................................................................36 Fig. 13: Overvloei Alexander Von Humboldt (Bron: persoonlijke opname 2009)...........................................................................................39 Fig. 14: Overvloei met milieuklep (Bron: persoonlijke opname 2007).....41 Fig. 15: AMOB (Bron: eigen ontwerp 2009)........................................42 Fig. 16: Geknakte onderbuis (Bron: www.theartofdredging.com 2010)...46 Fig. 17: Mengselstromingen in een buis (Bron:Voortgezette Opleiding Uitvoering Baggerwerken)...............................................................47
6
Fig. 18: Impeller schade door cavitatie (Bron: http://www.cheresources.com)........................................................49 Fig. 19: Sleepkop TSHD 'Alexander von Humboldt' (Bron: persoonlijke opname 2007)...............................................................................51 Fig. 20: Grafiek bunker-planning (Bron: eigen ontwerp 2009)...............55 Fig. 21: Cyclus van een sleephopper (Bron: Het in -en uitstromen van baggerspecie in en uit hoppers en het bezinkproces in hoppers, Miedema) ...................................................................................................58 Fig. 22: Optimalisatiedriehoek (Bron: eigen ontwerp 2009)..................59 Fig. 23: Cyclus met optimalisatiedriehoek (Bron: eigen ontwerp 2009)...60 Fig. 24: Vervangen pomphuis Gerardus Mercator (Bron: www.theartofdredging.com, 2009)....................................................61 Fig. 25: UKC (Bron: www.theartofdredging.com, 2008).......................63 Fig. 26: Onderwaterprofiel en squat (Bron: www.theartofdredging.com, 2010)...........................................................................................67 Fig. 27: Onderwater profiel doorsnede (Bron: www.theartofdredging.com, 2010)...........................................................................................68 Fig. 28: vlnr. Onderwaterschip 'Gerardus Mercator' en 'J. S. de Elcano' (Bron: www.theartofdredging.com, 2010)..........................................68 Fig. 29: Verschillende squat-formules (Bron eigen ontwerp).................69 Fig. 30: Invloed van de surveysnelheid op de echo (Bron: HZS)............72 Fig. 31: Datalogging sleepkop A vs. B (Bron: eigen ontwerp, 2010).......80
7
Verklarende woordenlijst Agitatie: Baggervorm waarbij bodemmateriaal in suspensie wordt gebracht in het omgevende water zonder het in de hopper te laden. Bunkercyclus: Lange termijn-cyclus van de sleephopperzuiger; productievaart en bunkeren/reparatietijd. Datalogs: Verschillende belangrijke parameters van het baggerproces worden bijgehouden om de productie te analyseren. FW: Fresh Water, zoetwater HWTK: Hoofdwerktuigkundige, Chief-engineer Onderwaterpomp: Zuigbuispomp, een baggerpomp die gemonteerd is op de zuigbuis. Restlading: lading die niet op een economisch haalbare manier kan worden gelost. Serieleiding: Deze (dubbelwandige) leiding verbindt de uitgang van de eerste perspomp met de ingang van de tweede. Site-management: Management ter plaatse van een bepaald project. Spoelwater: Water dat langs de afsluitringen van een spiegelafsluiter naar binnen wordt gedrukt om verzanding in het afsluiterhuis te voorkomen.
8
Stores: Benaming voor alle levensmiddelen aan boord, die als stukgoed aanwezig zijn. TD: Technische dienst, technische superintendant van het schip. Vaarcyclus: Korte termijn-cyclus van de sleephopperzuiger; varen, laden, varen, lossen. Zuigbuispomp: zie onderwaterpomp. Zuigcyclus: zie vaarcyclus. Zuigzakken: Rubberen flexibele tussenstukken van de zuigbuis die toelaten dat de zuigbuis kan bewegen. Deze zijn met stalen ringen verstevigd om aan de onderdruk van de baggerpomp te weerstaan.
9
1 Inleiding Beste lezer, Met deze thesis tracht ik U een inzicht te geven in het gecompliceerde baggerproces en meer specifiek, de optimalisatie hiervan. Ik leg U uit hoe de verschillende onderdelen aan boord werken en vooral hoe ze samen optimaal kunnen worden gebruikt om de productie hoog te houden. Ook zal ik U meer inzicht proberen te verschaffen in de verschillende parameters in het baggerproces en vooral hun samenhang. In het baggerproces zijn enorm veel parameters van belang. Slechts een deel van deze variabelen zijn gekend en een nog kleiner deel zijn controleerbaar. Deze thesis is opgedeeld in twee grote delen: Optimalisatie op operationeel en op management niveau. Het eerste deel behandelt het operationele deel op korte termijn; de functie van de pijpmannen. Het tweede deel is meer toegespitst op strategische, lange termijn beslissingen. Aangezien het baggeren vele aspecten omvat, heb ik mij enkel toegespitst op het laden van een sleephopperzuiger. Naast het laden zou men gemakkelijk nog een thesis kunnen schrijven over het persen, automatisatie, baggervrijboord, vermogensverdeling, beunbelasting, slijtage, propulsie, ... Een hoge productie is zeer belangrijk aan boord van moderne, competitieve baggerschepen. Dit vergt de nodige kennis en kunde van de bemanning en stafleden.
10
De beschreven theorie in dit document vergt een voorkennis over de baggerinstallatie aan boord van een moderne sleephopperzuiger. Ik verwijs graag als randlectuur naar: •
COTTELEER, B. (2004), DE BAGGERINSTALLATIE BIJ MODERNE SLEEPHOPPERZUIGERS, Hogere Zeevaartschool Antwerpen, Eindverhandeling Nautische Wetenschappen
•
Alkema , J. e.a. (1988), Voortgezette Opleiding Uitvoering Baggerwerken Hfdstk 5 Sleephopperzuiger, Leidschendam, VBKO, derde versie
11
Optimalisatie op operationeel niveau 2 De zandpomp 2.1 De binnenboordpomp Bij de binnenboordpompen onderscheiden we twee grote groepen: •
Perspompen op schepen waar geladen wordt met een zuigbuispomp, worden gekenmerkt door een waaier met een grote diameter en kleine breedte. Perspompen kunnen meer opvoerhoogte leveren voor een bepaald debiet.
•
Pers en zuigpompen op schepen waar geen onderwaterpomp wordt gebruikt1 worden gekenmerkt door een kleinere diameter en een grote breedte. Ze zijn zodanig geoptimaliseerd om een groot debiet te verpompen bij lage druk.
Fig. 1: Spleet tussen binnen- en buitenpomp (Bron:persoonlijke opname 2009) 1 Sommige schepen zijn ontworpen om te kunnen werken met en zonder zuigbuispompen, naargelang de zuigbuis die gemonteerd wordt.
12
Baggerpompen zijn standaard al zeer geoptimaliseerd. Toch let men best op volgende zaken: •
Zorg er steeds voor dat de pomp goed gemonteerd is en dat de slijtplaten nauw genoeg aansluiten. Elke speling of opening tussen de slijtplaten en impeller geeft aanleiding tot spleetverliezen2. Deze verliezen zijn een gevolg van de grote drukverschillen tussen zuigzijde (intrede) en perszijde (uitrede) van de waaier, waardoor water kan terugvloeien door de spleten tussen waaier en de vooren achterdeksels (recirculatie). Pompleveranciers trachten deze spleetverliezen te beperken door speciale afsluitringen en / of dekselplaten.
Fig. 2: Verliezen baggerpomp (Bron:Voortgezette Opleiding Uitvoering Baggerwerken)
•
Tracht bij het laden de stortbakken het dichtst bij de pomp gelegen te gebruiken, zo ondervindt de pomp het minste tegendruk en zal deze meer debiet leveren.
2 Naast spleetverliezen zijn er ook nog wrijvings-, intrede-, botsing- en stootverliezen, maar aan deze verliezen valt weinig te doen aan boord (zieFig. 1).
13
2.2 De zuigbuispomp Deze pomp wordt steeds elektrisch aangedreven, omwille van het feit, dat men geen verbrandingsmotor kan creëren die onder verschillende hoeken gesmeerd worden, de smeerolie zou uit de glijlagers lopen met verlies van afdoende oliedruk tot gevolg.
Fig. 3: Zuigbuispomp Volvox Hollandia (Bron: www.dredgers.nl)
Daarnaast kan men geen toepasbare oliecarter maken die onder de verschillende hoeken toelaat om de olie aan te zuigen. Bovendien zou men 3 leidingen moeten aanleggen naar de motor, namelijk: brandstof, lucht en uitlaatgas. Vergeleken met een electromotor, waar maar 1 leiding moet aangelegd worden, is de verbrandingsmotor nadelig als onderwaterpompaandrijving. Een onderwaterpomp zal minder snel caviteren, daar de ingangsdruk een stuk hoger zal liggen.
Om net deze ingangsdruk hoog te houden, kan de pijpman -indien mogelijk- het stuk zuigbuis met de onderwaterpomp zo diep mogelijk onder water laten zakken. Het met water vullen van de hopper –ook omwille van stabiliteitsredenen- zal de pomp(en) ook dieper doen liggen wat bijgevolg hetzelfde voordeel zal opleveren.
14
2.3 Aandrijvingen 2.3.1
Diesel-direct
Bij een diesel aandrijving wordt de pomp direct aangedreven door de hoofdmotor van het schip. Tussenin staat nog een reductie kast en een slipkoppeling om de as van de pomp te beschermen tegen hoge momentkrachten. De reductiekast heeft doorgaans drie verschillende standen: laag, medium en hoog. Hiermee kan de pijpman de pompkarakteristiek en bijgevolg het werkpunt beïnvloeden. Het gebruik van een directe dieselaandrijving geeft ons een hoog rendement; bij overdracht via een reductiekast, gaat slechts ongeveer 5% energie verloren. Maar dit hoge rendement geldt enkel binnen een klein werkgebied. Buiten dit werkgebied neemt het rendement sterk af. Het grote nadeel bij gebruik van diesel-directe aandrijving is, dat deze niet onbeperkt in toeren kunnen zakken bij toenemende belasting. Als de motor onder een bepaald toerental komt (bijv. 70% van toerental in volkoppelgebied), is er geen garantie meer dat de motor zal blijven draaien. Daarom gebruikt men een reductiekast.
2.3.2
Elektrisch
Alhoewel deze aandrijvingsmethode een rendementsverlies van ongeveer 15% heeft en meer componenten nodig heeft, is dit een heel interessante optie voor de baggerpompaandrijving. Een electromotor kan quasi onbeperkt dalen in toeren bij toenemende belasting. Hetzelfde rendement blijft gegarandeerd over een zeer breed werkgebied. Electrische aandrijving is een zeer flexibele oplossing als aandrijving en bovendien zeer onderhoudsarm.
15
2.4 Conclusie Een baggerpomp is reeds sterk geoptimaliseerd. De operator heeft zelf weinig invloed op de efficiëntie van de pomp. Toch houdt men best volgende stellingen in het achterhoofd: •
Enerzijds is het zeer belangrijk dat de pomp een groot genoeg vacuüm kan verwezenlijken om het mengsel op te zuigen.
•
Anderzijds mag de pomp niet teveel debiet leveren opdat de beunbelasting niet te hoog zou worden (zie hoofdstuk Beun).
•
Verder moet men steeds zorgen dat er genoeg propulsievermogen beschikbaar blijft; hoge mengselsnelheid vraagt veel vermogen.
16
3 De sleepkop 3.1 Hoe werkt een sleepkop De sleepkop is het onderdeel dat op het einde van de zuigbuis zit. Het haalt een laag bodemmateriaal weg met behulp van de onderdruk van de baggerpomp, jetwater, beitels en vizier. Een sleepkop (zuigkop) gaat op verschillende manieren tegelijk de bodem ontgraven: 1. Voldoende onderdruk gecreëerd door de baggerpomp, zal het grondwater mengsel doen opzuigen. 2. Een sleepkop is uitgerust met jetnozzles3 om zeewater onder druk in te spuiten in de bodem.4 3. Op de meeste sleepkoppen zijn pickpoints5 of beitels geïnstalleerd. Zij graven de bovenste laag af en geleiden het losgemaakte materiaal in de kop naar binnen. Daarnaast ziet men heel vaak een stenenrooster of bommenrooster. Dit is een rooster geplaatst na de ingang van de sleepkop. Het houdt stenen en andere voorwerpen tegen, die te groot zijn om door de pomp te geraken. De maat van de opening in het rooster wordt bepaald door de diameter van de grootste bol die nog door een impeller van de baggerpomp kan. Deze waarde wordt aangegeven door de fabrikant van de pomp (sphere passage).
3 Enkele oudere schepen zijn niet uitgerust met jetnozzles, maar alle moderne TSHD's hebben deze optie wel. 4 Sleepkoppen zonder jetwater bestaan ook, maar zijn minder productief. 5 Pickpoints zijn bodem afgravende tanden, die gemonteerd worden op de sleepkop.
17
Een bommenrooster is een soortgelijk rooster met kleinere openingen om te voorkomen dat opgezogen explosieven tot bij de pomp kunnen geraken. De grootte van de openingen wordt hier meestal bepaald door lokale kennis, verzekeringseisen of lokale wetgeving.
3.2 Soorten sleepkoppen Er bestaan veel verschillende soorten sleepkoppen die verschillen per schip, leverancier of rederij. Elk hebben ze hun eigen design. De belangrijkste te onderscheiden soorten sleepkoppen zijn: •
Actieve kop versus passieve kop
•
Eroderende sleepkoppen( vb: Californië-type) versus ontgravende sleepkoppen uitgerust met messen of beitels.
De passieve en de actieve kop zijn vaak gelijkaardig van bouw. Echter kan men bij de actieve kop de stand en kracht van het vizier realtime regelen met behulp van op afstand bedienbare hydraulische cilinders, idem voor de eventueel aangebrachte waterflap of waterinlaatafsluiter.
De keuze van sleepkop is een strategische keuze, die vaak wordt genomen voor men aan een nieuw project begint.
Fig. 4: Actieve sleepkop. (Bron: eigen ontwerp 2009)
18
De eroderende koppen (vb. Californië) worden steeds minder gebruikt, gezien dit type enkel optimaal kan produceren in losgepakt (niet-cohesief) materiaal in het bijzonder grof zand. Hier zullen we enkel de actieve kop bespreken, want dit is het meest gangbare en moderne type, het zorgt doorgaans voor de hoogste productie en is naar optimalisatie toe veruit de meest interessante. Bij de actieve kop kan de pijpman direct de stand van het vizier en de waterflap regelen. Op de sleepkop wordt dit mogelijk gemaakt door middel van hydraulische pistons die gemonteerd staan tussen de helm en het vizier en tussen het vizier en de waterflappen (zie Fig. 3).
3.3 Vizier Het actieve vizier kan men instellen op 3 verschillende manieren: 1. Los: Het vizier wordt met een ingestelde kracht6 naar beneden geduwd, ongeacht de stand van het vizier blijft deze kracht dezelfde. Het vizier zal het bodemprofiel volgen. Bij harde ondergrond zal het vizier het bodemprofiel volgen, bij zachte bodem kan het vizier diep penetreren. Als deze kracht te hoog wordt ingesteld, dan zal het vizier de hele sleepkop van de grond tillen, dit heet 'op zijn teen lopen'. Als de kop op zijn teen loopt, dan heeft enkel de teen contact met
Fig. 5: Sleepkop loopt op de teen (Bron: eigen ontwerp 2009)
de bodem en zal hij enkel zeewater aanzuigen. 6 Dit komt overeen met een bepaalde druk op de viziercilinders.
19
Dit fenomeen is sterk afhankelijk van het gewicht van de kop op de bodem en dus de deico-druk7. De kleinste kracht waarbij de kop op zijn teen begint te lopen is ook afhankelijk van de cohesie van de bodem; cohesieve bodemsoorten hebben meer kracht nodig om te penetreren. 2. Vaste hoek: Het vizier wordt onder een constante hoek gehouden met het vaste deel van de kop. Het vizier zal niet meebewegen met het bodemprofiel. Het systeem zal automatisch meer of minder kracht uitoefenen op het vizier om het in de ingestelde stand te houden. Het gevaar schuilt erin dat de sleepkop over een rots wordt getrokken en dat het vizier hierachter blijft haken en schade berokkent. Bovendien wordt het vizier met onnodig veel kracht in de bodem geduwd, met veel slijtage tot gevolg. 3. Vaste laagdikte: Het systeem regelt zelf de hoek van het vizier om een bepaalde laagdikte af te graven, de pijpman stelt zelf de dikte van de laag in. Met andere woorden, het systeem zal de horizontale afstand tussen teen en hiel bewaren. Deze modus laat toe de baggerdiepte heel precies te controleren. Als het vizier dieper in de grond penetreert, dan zal de sleepweerstand verhogen. M.a.w. de propulsie van het schip zal meer vermogen vragen om dezelfde snelheid aan te houden of bij eenzelfde vermogensverdeling zal het schip trager varen.
7 Zie hoofdstuk
20
Als het schip sneller vaart, dan zal het vizier een hogere tegendruk ondervinden en zal er bijgevolg meer kracht nodig zijn om het vizier in een bepaalde stand aan te houden. Een te grote snelheid betekent ook dat er grotere trekkrachten komen te staan op de kop en onderpijp. Scheepsnelheid is dus een belangrijke factor bij het instellen van de actieve kop. Daarentegen zal een diepere penetratie meer densiteit bij een lagere mengselsnelheid geven, dit vraagt dan weer minder vermogen van de pomp. Breedte x laagdikte x scheepsnelheid (in m/s) geeft ons het volume bodemmateriaal dat de sleepkop afgraaft per seconde. Naast dit volume wordt ook water8 opgezogen. Een bredere kop op een sneller schip geeft dus een hogere productie, mits de pomp en de beun deze hoeveelheid bodemmateriaal kunnen verwerken!
3.4 Messen, beitels en pickpoints Op een vizier kunnen één of meerdere rijen pickpoints gemonteerd worden op een beitelbalk. Er zijn verschillende soorten pickpoints: •
Beitels of messen; zij graven de meeste bodem weg, maar geven ook de meeste sleepweerstand. (Fig. 6: Rechts op de foto)
•
Pickpoints; zij graven minder bodem weg en hebben minder weertsand, maar zijn beter geschikt om hardgepakte en harde bodemsoorten open te rijten. (Fig. 6: Links op de foto)
8 Het gaat hier over water van jetsnozzles, water intredend door waterflappen, water in de poriën van de zandkorrels, water dat intreedt doorheen de spelingen van vast huis en vizier, ...
21
•
Rippers; dit zijn pickpoints tot een meter lang, die voorwaarts gemonteerd worden op de hiel. Ze zijn niet zo talrijk op een zuigkop en dienen om hard en stenig materiaal dat voor de kop ligt te breken. Ze worden zelden ingezet tenzij voor offshore projecten of voor het weghalen van 'zachte' rots.
•
Dragon teeth; deze soort pickpoints zijn speciaal ontworpen voor de Dragon®-sleepkop van IHC. Ze zijn gelijk aan de 'normale' pickpoints behalve dat er een kanaal in zit om jetwater in de bodem in te spuiten.
De hoek waaronder de pickpoints zijn gemonteerd is ook van belang. Als de hoek tussen vizier en pickpoint vermeerdert, zal ook de sleepweerstand toenemen. Vermindert deze hoek,dan zullen de messen minder bodemmateriaal afgraven9 of bodem openbreken; dus bijgevolg minder productie.
Fig. 6: Pickpoint en beitel (Bron: persoonlijke opname 2009)
9 Dit geldt vooral bij beitels.
22
3.5 Waterflap De water flap (water admission valve) is een regelbare opening op de sleepkop om zeewater al dan niet toe te laten in de zuigkop. Het sluiten (=opening wordt verkleind) van deze klep heeft enkele gevolgen: Het vacuum10 van de baggerpomp stijgt; er wordt meer weerstand ondervonden aan de zuigzijde van de pomp. 1. De densiteit stijgt meestal, want er wordt minder water aangezogen en dus meer bodemmateriaal. Dit komt omdat water door de poriën van het zand omhoog dringt en zo materiaal losmaakt. Dit geldt niet voor hard opeengepakte bodemsoorten zoals klei, dan creëert men gewoon meer vacuüm. 2. De mengselsnelheid zal dalen aangezien er meer zuigkracht wordt aangewend om bodemmateriaal op te zuigen i.p.v. water; maar bodemmateriaal is zwaarder en cohesiever dan water en geeft dus meer zuigweerstand voor de pomp. 3. De sleepweerstand vergroot, de kop heeft meer de neiging om zichzelf vast te zuigen.
10 De onderdruk aan de zuigzijde van de pomp.
23
Vb:
Een baggerschip moet baggeren op 50 meter diepte. Op deze diepte is het niet mogelijk om een voldoende rijk mengsel omhoog te zuigen zonder cavitatie 11 in de binnenboordpomp (vacuüm loopt hoog op). De productie is dan ondermaats omdat een zeer onregelmatig proces ontstaat. Door het hoge vacuum aan de intrede van de pomp ontstaat cavitatie die de goede werking van de pomp verhindert. Dit heeft als gevolg dat de mengselsnelheid plots helemaal kan wegvallen. Door de waterflappen verder open te zetten of een grotere opening te voorzien voor water, kan een mengsel met lagere densiteit opgezogen worden. Dit mengsel geeft minder leidingsverlies en is dus met een lager vacuüm op te zuigen. Uiteindelijk zorgt deze ingreep voor een hogere productie en continu procesverloop.
Fig. 7: Centrifugaalpomp cavitatie (Bron: www.engineeringtoolbox.com)
11 Als het vacuüm aan de zuigzijde, hoger wordt dan de dampspanning van het mengsel, dan onstaan dampbellen die imploderen in de pomp. De pomp zal hierdoor slecht renderen en zelfs afslaan.
24
3.6 Jetwater Het jetsysteem op de sleepkop dient om kinetische energie in te brengen in de bodem. Dit gebeurt door water onder hoge druk in te spuiten in de bodem om zo de ondergrond in suspensie te brengen en te fluïdiseren. Zo kan het bodemmateriaal makkelijker worden losgewoeld en verpompt. Het bodemmateriaal bestaat uit opeengepakte deeltjes met weinig of geen water tussen. De bodem is hard en opeengepakt. Door injecteren van water in de bodem zullen de poriën vergroten, met een volumeverandering tot gevolg. Het bodemmateriaal kan nu makkelijker worden losgemaakt en verpompt. De bedoeling van het jetsysteem is om een volumevermeerdering teweeg te brengen in de grond dit heet dilateren12. Hoe meer bodemmateriaal dilatantie ondergaat, hoe meer er kan losgemaakt en tenslotte ook opgepompt worden. We hebben er alle belang bij dat het jetwater zo diep mogelijk penetreert. De hoge jetdruk verwerft men door de jetpompen in serie te plaatsen. Meer jetdruk –en dit onder de juiste hoek- impliceert bijgevolg ook een diepere penetratie in de bodem. Om deze optimale inspuiting van jetwater in de bodem te verkrijgen staat de onderbuis best onder een hoek van ongeveer 28 graden13 met de bodem. Onder deze hoek kunnen de jetstralen het diepste in de bodem dringen.De jetnozzles op de sleepkop kunnen aangepast worden in diameter en aantal met een verschillende leidingskarakteristiek (Q-H) als gevolg (zie Fig. 8).
12 Als men zeer dichtgepakt zand probeert te ontgraven zal de onderspanning in de poriën tussen het zand ervoor zorgen dat de permeabiliteit van het materiaal is zeer laag is. De weerstand om het materiaal te beroeren is zeer hoog. De oplossing is om jetwater in de poriën te injecteren, hierdoor stijgt de intergranulaire druk en is het materiaal eenvoudig op te zuigen. 13 Deze hoek is ongeveer 28 graden, maar de beste hoek van de onderpijp kan best proefondervindelijk worden vastgesteld. Dit kan verschillen naar gelang het design van de sleepkop
25
Fig. 8: Studie jets (Bron: Jan de Nul Group)
Het toerental van jetpompen is meestal regelbaar, ze kunnen in serie of parallel geschakeld worden en men kan zelfs een verschillende impeller plaatsen. Zo zal een impeller met meer bladen hogere drukken kunnen realiseren dan impellers met minder bladen. Ingrepen aan de configuratie van de jetpompen zullen hun pompkarakteristiek wijzigen. Voor wat sleepzuigen betreft moeten de jetpompen een zo hoog mogelijke energie-input leveren aan het systeem ter hoogte van de jetnozzles in de sleepkop. Het wijzigen van diameter van de jetnozzles zal tot doel hebben aan de grondsoort aangepaste jetstralen te geven, maximum debiet of maximum druk.
26
3.7 Conclusie Op de sleepkop kan men volgende parameters wijzigen: •
Vizier 1.
Kracht op vizier
2.
Stand vizier
•
Waterflap: stand
•
Pickpoints 1. Pickpoints 2. Beitels (messen) 3. Combinatie 4.
•
Geen pickpoint of beitels
Stand onderpijp 1. Onderknik 2. Bovenknik 3. Rechte pijp
•
Sleepsnelheid
•
Jetdruk
•
Keuze sleepkop
Elk van deze keuzes zal een andere invloed hebben op de productie, maar het is vooral de samenhang van deze ingrepen die van belang is. De operator zal zelf moeten uitzoeken welke configuratie de beste is voor zijn specifieke situatie.
27
4 Deiningscompensator 4.1 Waartoe dient een deico14 De deiningscompensator is een systeem dat de spanning op een draad houdt. In dit geval hebben we het over een deiningscompensator (deico) aan boord van sleephopperzuigers. Dit systeem houdt de spanning constant op de zuigdraad van de sleepkop. De deico heeft twee doelen: 1. Het moet de spanning op de kopdraad houden. Als de kopdraad ontspant kan hij van de schijven aan dek vallen, en ontstaat tevens kans op draadbreuk15 als de sleepkop een oneffen bodemprofiel volgt. 2. De sleepkop steeds aan de grond houden met bepaalde druk, de sleepkop wordt met gelijke kracht op de grond gezet (voor een zelfde uitslag van de deico-cilinder). De deico staat tussen de kopwinch en de zuigbuisbok van de sleepkop, de kopdraad loopt over de deico. De deico-installatie bestaat uit een drukvat16 gevuld met lucht of stikstof. Stikstof heeft als voordeel geen water te bevatten en is bijgevolg minder corrosief voor de accumulator. Het onderste deel van het drukvat bevat hydraulische olie. Het drukvat is door een olieleiding verbonden met een hydraulische cilinder en fungeert als buffer en veer. Op het uiteinde van de deico-cilinder staan één of meerdere draadschijven17 waarover de zuigdraad van de sleepkop loopt. 14 Deico is de gangbare afkorting voor deiningcompensator. 15 De kracht in de sleepdraad kan ontoelaatbaar groot worden als de sleepkop plots naar beneden valt en de zuigdraad strak trekt. Een deico voorkomt deze situatie. 16 De druk in het drukvat kan vaak realtime worden aangepast door de pijpman, hiermee kan hij direct het proces beïnvloeden. 17 De draadschijf is vaak geschilderd in verschillende kleuren zodat men van op de baggerlessenaar gemakkelijk kan zien of deze draait of niet.
28
Fig. 9: Schematische opstelling deiningscompensator (Bron: eigen ontwerp 2009)
Op enkele schepen is er ook een deiningscompensator aan de knikdraad en de draad van de onderwaterpomp geïnstalleerd.
4.2 Hoe gebruikt men optimaal een deiningscompensator De bewegingen van het schip én de veranderingen in het bodemprofiel worden opgevangen door de deico, zodat de sleepkop steeds (gedeeltelijk) op de bodem rust en gelijkmatig materiaal opzuigt. Op die manier wordt een continu productieproces verzekerd.
29
4.2.1
Slaglengte van de deico
De slag van de deico-cilinder is beperkt. Een deico-cilinder die bijvoorbeeld maar 2 meter verticaal kan bewegen, kan geen scheepsbewegingen opvangen van die grootorde op de plaats van de sleepkop. Als gevolg daarvan zal een sleephopper niet veilig meer kunnen baggeren als het schip teveel stampt, dompt of rolt. Als de deico de scheepsbewegingen niet kan opvangen, bestaat het gevaar dat de sleepkop van de bodem wordt getild en daarna met grote kracht op de bodem neerkomt; dit kan schade berokkenen aan de sleepkop en onderste delen van de zuigbuis. Ook kan dit gevaar opleveren als de deico met kracht op zijn laagste of hoogste stand neerkomt. Ernstige ravage aan de fundatie van de piston en de cilinder is dan het gevolg. Een goede pijpman kan deze scheepsbewegingen voorzien door tijdig de kopwinch te laten vieren of hijsen, om zo het stampen, rollen of dompen van het schip te compenseren. Deze laatste optie kan de werkbaarheid in slecht weer een stuk vergroten, maar is niet zonder risico’s. De slag van de deico-cilinder is dus bepalend voor de werkbaarheid van de sleephopperzuiger in golven en/of deining. In slecht weer met grote scheepsbewegingen willen we dat de sleepkop lichter aan de grond staat, ook willen we zekerheid dat de zuigdraad steeds strak blijft. Als de zuigdraad even slap komt te staan en daarna snel strak komt, dan wordt de kracht op de zuigdraad oneindig groot met draadbreuk tot gevolg. Er bestaan ook deiningscompensatoren die uitgerust zijn met een dubbele draadschijf. De zuigdraad zal dan ook dubbel ingeschoren worden; hieruit volgt dat bij een deico-verandering van 1 meter, de uitstaande draadlengte 4 meter wijzigt.
30
De druk in de accumulator zal ook verdubbeld moeten worden, want de zuigdraad zal 2 maal een neerwaartse kracht uitoefenen op de cilinder. Zo kan met een zelfde deico-cilinder de werkbaarheid van een sleephopper in slecht weer verhoogd worden. Dus: Verticale scheepsbeweging > maximale slag van de deico = gevaar op schade aan deico of sleepkop.
4.2.2
Deico-druk
De druk in het drukvat van de accumulator is een belangrijke en onderschatte parameter in het baggerproces. Als de druk niet realtime vanuit de baggerlessenaar kan worden veranderd, kan men de deico een stuk verder laten uitkomen. Hierdoor zakt het oliepeil in de accumulator (dus het volume lucht daalt) en de luchtdruk zal zakken in de accumulator. Meer deicodruk heeft als gevolg dat de piston meer spanning op de kopdraad zal houden. Dit zorgt er voor dat het gewicht van de sleepkop minder rust op de bodem; 'de kop staat minder zwaar aan de grond'. Dit zorgt er op zijn beurt voor dat de bodem-ontgravende delen van de sleepkop (cf.: tanden, messen, beitels) minder penetreren in de bodem en er dus per tijdseenheid een kleinere laag wordt afgegraven. De aanpassing van de druk in het drukvat heeft niet bij elk deico-systeem hetzelfde effect. Er moet rekening gehouden worden met de oppervlakte van de piston in de deiningcompensator.
31
Vb:
Boring van de zuiger in de cilinder is 400mm. Dit geeft een pistonoppervlakte van 0,1256 m².
(=A)
We verhogen de druk van 20 bar naar 21 bar.
(=p)
F=p.A Dit zal een verhoging van 12566 Newton geven op de kopdraad. F=m.g
(g=9,81 m/s²)
De zuigdraad zal dan extra compenseren voor een gewicht 1280,3 kg (ruwweg 1,3ton). De sleepkop zal dus minder op de bodem rusten dan voordien, en wel met 1,3 ton minder gewicht. De invloed hiervan is natuurlijk relatief ten opzichte van het gewicht van de sleepkop; met een grote sleepkop van 40 ton zal hiervan weinig merkbaar zijn in de productie.
Als de zuigbuis zeer steil staat dan loopt de zuigdraad niet loodrecht naar beneden en zal de krachten verdeling anders zijn. Bij baggeren op grotere dieptes is men genoodzaakt om te werken met een zuigbuis die zeer steil staat; op dat moment staat de zuigdraad schuin naar achteren gericht. De trekkracht van de zuigdraad resulteert in een stuk naar achteren en een stuk naar boven. Vb:
Stel een zuigbuis waarop een zuigdraad is bevestigd met een spanning (Fz) van 25 ton. Deze zuigdraad staat niet loodrecht, maar maakt een hoek naar achteren van 20 graden. We willen weten met welke kracht (Fo) de zuigbuis omhoog wordt getrokken(=x). cos(Ө) = x/25 x = cos(Ө).25 De kracht (Fo) waarmee de sleepkop omhoog wordt gehouden is 23,5 ton. Een deel van de kracht van de zuigdraad gaat verloren in een horizontale component naar achteren gericht. Deze wordt gegeven door: x = sin(Ө).25 De sleepkop wordt dan met 8,5 ton (Fa) naar achteren getrokken, deze laatste kracht zal enkel de zuigbuis en vooral de bocht18 belasten.
18 De bocht is het deel van de zuigbuis dat aangrijpt op de scheepsromp.
32
Fig. 10: Schematische configuratie onderpijp (Bron: eigen ontwerp 2009)
4.3 Slibzuigen19 Bij slibzuigen staat de deico niet uit. De sleepkop zinkt dan in de bodemlaag en wordt dan volledig gedragen door het slib. Om te voorkomen dat de sleepkop te diep zou wegzakken, zal de deicodruk hoger moeten staan dan bij zwaardere grondsoorten.
19 Slib is bodemmateriaal met een gemiddelde korrlediameter tussen 2 µm en 60 µm.
33
4.4 Conclusie De parameter 'deicodruk' kan best verhoogd worden als •
de densiteit van het opgezogen mengsel te hoog wordt; de sleepkop rust minder op de bodem en zuigt minder materiaal op.
•
de snelheid van het opgezogen mengsel te laag wordt; de sleepkop rust minder op de bodem en zuigt meer water in het mengsel mee.
•
door slechte weersomstandigheden het schip teveel stampt of dompt. De verhoogde deico-druk zal zorgen dat de kop minder tegen de bodem aandrukt en dus minder snel kan beschadigd worden als deze met kracht tegen de bodem wordt gezet.
•
een zwaardere sleepkop of onderpijp wordt gemonteerd. Een zwaardere zuigbuis zal door zijn eigen gewicht meer op de grond rusten.
•
er op een grotere diepte wordt gezogen, want dan zal de zuigbuis steiler staan en de horizontale component op de onderpijp kleiner worden.
• •
men een zeer licht sediment moet baggeren; de sleepkop wordt gedragen door verschillende bodemlaagjes op verschillende dieptes en door de zuigdraad.
34
5 Hopper De hopper of de beun is de laadruimte van de sleephopperzuiger. Hierin wordt het grond-watermengsel geladen. Het is de bedoeling dat het mengsel in de beun optimaal bezinkt. Daartoe moet het baggermengsel zo langzaam mogelijk stromen. Een mengsel met grof bodemmateriaal zal sneller bezinken dan een fijne bodemsoort in suspensie (cf. slib) Dit wordt allemaal duidelijk aan de hand van het Hjulstrøm-diagram (zie Fig. 10). In de beun proberen we de horizontale mengselsnelheid zodanig laag te houden, opdat het bezinkingsproces zich in het onderste deel van het diagram afspeelt (deposition, ofwel sedimentatie, afzetting). Hoe lager de horizontale mengselsnelheid, hoe hoger de bezinkingssnelheid van de individuele deeltjes (korrels). Merk op dat dit quasi onmogelijk is bij heel fijn materiaal (slib en klei). Het is dus van primordiaal belang om de snelheid in de beun zo laag mogelijk te houden, zodat zoveel mogelijk materiaal kan bezinken. Het is belangrijk om in te zien dat intredend mengsel steeds sneller zal stromen naarmate de hopper voller raakt. De vrije vloeibare sectie waar het mengsel door moet wordt steeds kleiner. Het zand zal sneller stromen in een kleiner vrije sectie. En als het sneller stroomt zal er minder materiaal bezinken (zie Fig. 11).
35
Fig. 11: Hopper sedimentatie (Bron: Terra et Aqua, nr.112)
Fig. 12: Diagram van Hjulstrom (Bron:Voortgezette Opleiding Uitvoering Baggerwerken)
36
Men kan berekenen hoe snel een deeltje zal stromen in de hopper aan de hand van een eenvoudige berekening. Vb:
Stel een rechthoekig beun met lengte 60 m en breedte 22 m en diepte 18
meter. Het mengsel komt binnen via 2 pijpen met diameter 1100 mm en met een snelheid van 5 m/s.
Q=v. A
A=.
d² 2
Het debiet wordt dan 4,75 m³/s per pijp of 9,5 m³/s die de beun binnenkomt. Als de beun volledig leeg is, dan moet het mengsel door een sectie stromen van 18 meter bij 22 m en dit over een lengte van 60 meter. A= 60 m . 22 m v=Q/A Mengselsnelheid (v) in de beun is dan 0,72 cm/s. Uit het diagram van Hjulstrøm20 kunnen we dan afleiden dat deze snelheid voldoende laag is om korrels met diameter 0,1 mm of groter te doen bezinken. Dit verhaal gaat enkel op als de bezinkingsweg de volledige afstand van de beun bedraagt, helaas is dit zelden het geval21.
Naarmate er meer bezonken lading in de hopper ligt, zal er minder vrije ruimte zijn waarin het mengsel kan stromen en bezinken. Daarom berekenen we de 'beunbelasting', dit is het aantal seconden dat een deeltje verblijft in de beun. Beunbelasting = Debiet / Volume vrije sectie Waarbij de vrije sectie gedefiniëerd wordt als: vrije vloeibare laag boven de bezonken lading. Deze laag is moeilijk af te lijnen aangezien de densiteit dieper in de hopper geleidelijk toeneemt. Het is dan ook moeilijk te zeggen op welke diepte de lading niet meer vloeibaar is. De stromingen in de hopper zijn een zeer complex begrip en zijn door de wetenschap nog steeds niet gevat in een passend wiskundig model. De modellen waarop men zich baseert zijn (nog) niet sluitend om het bezinkingsproces te weer te geven. 20 Hjulstrøm is enkel geldig voor 1 korrel in heldere vloeistof. In een hopper geldt gehinderde bezinking; korrels stoten elkaar aan en geven kinetische energie door en vertragen zo de bezinking. 21 Men kan niet steeds de verste laadbak gebruiken en de overvloeien staan niet steeds op het uiterste punt van de beun opgesteld.
37
Als de beunbelasting te hoog wordt kan men volgende ingrepen toepassen: •
Op korte termijn: 1. De actieve sleepkop instellen zodat hij materiaal levert aan een lagere snelheid en hogere densiteit (zie hoofdstuk sleepkop). 2. Steeds een laadklep gebruiken die zo ver mogelijk van de overvloei zit. Op die manier zal de bezinkingsweg zo lang mogelijk zijn en dus zal ook meer materiaal bezinken. 3. Het toerental van de pomp verlagen om zo het debiet te beperken. 4. De milieuklep (zie verder) gedeeltelijk sluiten en/of de overflow in een hogere stand zetten. Hiermee zal de waterstand in de hopper iets verhogen, dus meer vrije sectie creëren. Dit heeft een positieve invloed op bezinkingsgraad. Ook zal het knijpen van de milieuklep de luchtbellen in het water rond het schip verminderen, met als gevolg minder luchtbellen in de schroeven en dus minder verlies op propulsievermogen.
•
Op lange termijn: 1. Afgravende elementen op de zuigkop aanpassen. Bijvoorbeeld pickpoints monteren i.p.v. beitels. 2. Een kleinere sleepkop monteren, de kleinere breedte zal er voor zorgen dat de kop minder debiet aan bodemmateriaal afgraaft. Dit kleinere debiet zal de beun wel kunnen verwerken. 3. Eén zuigbuis i.p.v. twee zuigbuizen gebruiken; het debiet en dus de snelheid zal halveren. Deze aanpak zal ook de productie kelderen en is daarom niet populair.
38
5.1 Overvloei Dit systeem zal de pijpman in staat stellen om de waterlaag te controleren op een minder nauwkeurige manier. De overvloei of overloop kan op ongeveer 10 cm nauwkeurig verticaal gepositioneerd worden. Het dient om de bovenste waterlaag 'af te romen' van het mengsel in de beun. In het begin van het zuigproces wordt er zolang mogelijk gewacht met overvloeien om de snelheid van de deeltjes zo laag mogelijk te houden.22
F ig. 13: Overvloei Alexander Von Humboldt (Bron: persoonlijke opname 2009)
22 In het begin van het zuigproces is overvloeien zelfs onmogelijk, want het waterniveau komt onder de rand van de overvloei(en).
39
Overvloeien van water heeft verschillende voordelen 23: 1. Het verhoogt de nuttige lading, bezonken partikels blijven aan boord terwijl het water wordt afgevoerd. Na de zuigcyclus heeft het schip meer nuttige (droge) lading (Constant Tonnage Systeem). 2. De baggerspecie kan ruwweg gesorteerd worden; kleinere korrels krijgen geen tijd om te bezinken en vloeien mee overboord, terwijl de grotere korrels aan boord blijven. Na het zuigen heeft het schip een lading met een gemiddeld grovere korrel dan wat oorspronkelijk was opgezogen. Dit is nuttig als er enkel grof zand gewenst is. Er zijn ook nadelen verbonden aan overvloeien, zo gaat veel materiaal verloren bij het overvloeien. Dit noemt men de overloopverliezen. Zij zijn een limiterende factor in het zuigproces; een baggerschip zal stoppen met baggeren als de overloopverliezen te hoog worden om nog economisch te kunnen verantwoorden. Bij slibzuigen wordt gestopt met laden als het schip op zijn baggermerk ligt en er wordt bijna nooit overgevloeid. Dit is omdat slib zeer langzaam bezinkt. Het opgebaggerde slib zou voor bijna 100% overvloeien. Hoe trager een mengsel bezinkt, hoe langer de weg die het nodig heeft om ten volle te bezinken. Dit noemen we de bezinkingsweg. De operator kan zelf de bezinkingsweg optimaliseren door steeds de laadkleppen te gebruiken die zich het verst bevinden van de overvloeien. Zo krijgt het zand meer tijd om te bezinken. Dit is in de praktijk niet haalbaar, als men bijvoorbeeld steeds de achterste laadklep zou gebruiken, dan zal het schip een grote trim krijgen en wordt niet al het draagvermogen van het schip gebruikt. 23 Er zijn nog andere voordelen aan overvloeien zoals veiligheid- en stabiliteitsvoordelen, maar zij hebben weinig te maken met optimalisatie van de productie.
40
5.2 Milieuklep De milieuklep of smoorklep (Eng: turbidity valve of nog environmental throttle valve) is een vlinderklep in de overvloeikoker die de hoogte van de waterkolom kan regelen in de overvloeikoker. De milieuklep is de fijnregelaar van de overflow. Als deze smoorklep teveel wordt toegeknepen, bestaat het gevaar dat de klep verzandt en zelfs blokkeert. Zo'n situatie is potentieëel gevaarlijk; het water kan niet meer weg en de beun kan overlopen aan dek met stabiliteitsvermindering tot gevolg. Bovendien zal de diepgang van het schip drastisch toenemen !
Fig. 14: Overvloei met milieuklep (Bron: persoonlijke opname 2007)
41
5.3 AMOB AMOB staat voor Arm Mengsel Overboord. Dit is een alternatieve afsluiter configuratie, om mengsel van een lage densiteit direct overboord te pompen en niet in de beun te laden. Bij het starten van de pompen of als de pijpen even gelicht worden, zuigt de
Fig. 15: AMOB (Bron: eigen ontwerp 2009)
pomp enkel zeewater aan. Op die momenten wordt AMOB ingeschakeld. Dit heeft als direct voordeel dat de horizontale mengselsnelheid in de beun niet zal stijgen als er even geen zand wordt opgezogen.
5.4 Conclusie De hoogste productie wordt behaald door zoveel mogelijk specie te laten bezinken in de beun. Dit gebeurt op verschillende manieren: 1. Door de bezinkingsweg zo lang mogelijk te houden. 2. Door de beunbelasting zo laag mogelijk te houden. 3. Door de horizontale deeltjessnelheid in de hopper laag te houden. 4. Door de densiteit van het inkomend mengsel hoog te houden.
42
6 Besluit operationeel niveau Om productief te baggeren, moet men steeds de drie hoofdelementen in het achterhoofd houden: 1.
Sleepkop: De sleepkop graaft een bepaalde hoeveelheid bodemmateriaal af die we kunnen beïnvloeden. Het jetsysteem, zal op zich een sterke invloed hebben op wat de sleepkop kan afgraven en opzuigen. Ook geeft de sleepkop een weerstand aan het schip, de sleepweerstand, dit zal de propulsie van het schip tegenwerken. Ten slotte zal de sleepkop zorgen voor een bepaalde tegendruk voor de pomp, die tegendruk zal het debiet en druk van de pomp wijzigen.
2.
Pomp: De baggerpomp bepaalt in grote mate de capaciteit van het systeem, het geeft het materiaal door van kop naar beun.
3.
Beun: Hier wordt het materiaal 'verwerkt', vaste deeltjes bezinken en water vloeit over. De beunbelasting is de hoofdparameter die hier in de gaten moet worden gehouden, een hoge beunbelasting geeft aanleiding tot grote overvloeiverliezen. Het is zéér belangrijk om de productie-capaciteit van beun, pomp en sleepkop met elkaar overeen te stemmen, in functie van een optimale bezinking in de hopper.
43
Optimalisatie op management niveau 7 Reserveonderdelen management Spareparts maken tot 15% uit van het totale deplacement en tot 1/3 van het kapitaal van een sleephopper. Als we zouden kunnen besparen in dit gewicht, kan het schip meer nuttige, betaalde lading meenemen. Daarnaast zijn ongebruikte spareparts een vorm van dood kapitaal aan boord. Daartegenover staat dat het aantal reserve onderdelen recht evenredig is met de onafhankelijkheid van het schip en dus ook de snelheid van reparaties. De mogelijkheid om een reservestuk aan de wal te zetten verschilt van project tot project. Vaak wordt, voor grote projecten, een speciale opslagwerf voorzien. Het is aan de kapitein en het project management om bij de aanvang van een project de onnodige gewichten aan wal te laten brengen.
7.1 Bestellen van wisselstukken Er bestaan verschillende technieken om een voorraad op peil te houden. Echter aan boord is de prioriteit om nooit zonder voorraad te komen en zo snel mogelijk defecten te repareren. Niet operationeel zijn door een tekort aan spareparts is geen optie! Er moet rekening worden gehouden met lange leveringstijden voor stukken uit gietstaal vb. waaier, pomphuizen, bochten (tot 1 jaar en meer). 44
De TD moet bewust zijn van het feit dat reservestukken ook lokaal kunnen aangekocht of gefabriceerd worden.
7.2 Verschillende Stocks Er zijn drie verschillende stocks van reserveonderdelen, voor het schip: 1. Stock aan boord: direct bruikbaar, maar negatief in de gewichtsbalans. 2. Stock aan de wal: leverbaar binnen een korte termijn (bvb. minder dan 24u). Als vuistregel geldt: Als: De tijd om het defecte stuk te demonteren > de tijd om het wisselstuk aan boord te laten komen. Dan: Moet het reserve stuk beter aan de wal blijven. Op deze manier wordt onnodig gewicht aan boord vermeden, terwijl men toch zeker is van de snelste reparatietijd; gegeven dat de logistieke ondersteuning aan de wal op elk uur van elke dag paraat is! 3. Strategische stock: leverbaar op lange termijn (afhankelijk van de afstand tot deze opslag; 1 tot 3 maand). De inhoud van deze laatste stock is niet gekend voor het schip om strategische redenen. Deze laatste stock word enkel aangesproken als het schip onderdelen inslaat voor vertrek naar een nieuw project of bij onverwachte schade.
45
7.3 Vervangen of behouden Om te bepalen of we baggeronderdelen24 vervangen of behouden, worden diktemetingen uitgevoerd van het staal. Voor dubbelwandige onderdelen25 moeten deze metingen binnenin gedaan worden (zie hoofdstuk)
Fig. 16: Geknakte onderbuis (Bron: www.theartofdredging.com 2010)
De diktemetingen van elk stuk moeten worden bijgehouden om een prognose te maken hoelang het desbetreffende stuk nog bruikbaar is. Hierop baseert men zich dan weer om stukken te bestellen. Bij bepaalde onderdelen kunnen we iets grotere toleranties toestaan: 1. Voor buizen die bij gewone operaties een lagere druk hebben dan hun omgeving geldt26: als er een lek optreedt, is het niet mogelijk dat materiaal naar buiten lekt, eerder omgekeerd. 2. Losleidingen boven het beun: als deze zand lekken, dan komt dit meestal rechtstreeks in het beun terecht. In de zuigbuis zijn de minimum toegelaten diktes aanzienlijk hoger, vooral voor de onderpijp, hier zorgt de dikte namelijk voor structurele sterkte. 24 Omvat, maar niet beperkt tot: zuigbuis, zuigkop, alle baggerleidingen, jetleidingen en alle zuigdraden. Ook rubberen zuigzakken dienen gecontroleerd te worden. 25 Vb.: Dubbelwandige pompen, persleidingen. 26 Zuigleidingen, leiding die voor de pomp zijn gelegen.
46
Het gevaar schuilt erin dat met een te dunne onderpijp, de zuigbuis knikt en breekt met eventueel verlies van de zuigkop tot gevolg. (zie Fig. 16). Omdat baggermengsels een hogere densiteit hebben onderin een buis, zal deze daar sneller afslijten. Om tijdelijk een vervanging van een rechte, uitgesleten buis uit te stellen, kan men deze 120° of 180° draaien om zijn horizontale as. Deze methode werkt enkel bij horizontale rechte buizen. Aangezien daar een laminair stromingspatroon is, zal de slijtage dus meer bedragen aan de onderzijde (zieFig. 16). Schuine, verticale buizen en bochten. Vertonen een turbulent stromingspatroon. Het slijtagepatroon zal daar chaotisch en onvoorspelbaar zijn.
47
Fig. 17: Mengselstromingen in een buis (Bron:Voortgezette Opleiding Uitvoering Baggerwerken)
8 Wear and Tear Gezien de vaak abrasieve aard van het product en de hoge productieeisen die aan de schepen wordt opgelegd, is het belangrijk om te weten wanneer een zandvoerend onderdeel (sleepkop, pomp, pijpdeel) aan vervanging toe is, om niet voor verrassingen te staan bij bezwijken van deze onderdelen. De kosten voor een sleephopper te wijten aan slijtage bedragen ongeveer 10%27 van de operationele kost van het schip.
8.1 Slijtage Enkele parameters zijn van belang om te bepalen hoeveel slijtage verwacht kan worden: •
Korreldiameter: zand werkt als schuurpapier; bij slib zal de slijtage minimaal zijn, bij grof zand groter.
•
Angulariteit van het materiaal: hoekig zand veroorzaakt meer slijtage dan rond zand.
•
Samenstelling van het zand: kwarts en glasdeeltjes hebben een extra schurende werking.
•
Mengselsnelheid: bij een groter debiet zal meer zand de leiding passeren en dus een meer abrasieve werking hebben.
•
Dichtheid van het mengsel; Samen met de mengselsnelheid betekent dit dus: hoe meer productie, hoe meer slijtage.
•
Druk van het mengsel, hoe hoger de druk, hoe meer het materiaal de pijp zal uitslijten.
Door deze parameters in acht te nemen kan men het slijtagepatroon inschatten.
27 Zelfs tot 20% bij grindproductie en korte vaarcyclussen.
48
Specifiek voor de pomp moet men nog rekening houden met cavitatie. De implosie van lucht- of gasbellen kan snel de waaier aantasten op plaatsen waar vacuüm heerst. Dit zal langzaam merkbaar worden in een lagere pompkarakteristiek ; de pomp gedraagt zich zoals met een afgedraaide waaier (zie Fig. 17). Als het vacuüm hoger is dan -0.85 bar (relatieve druk) zal cavitatie de kop op steken. Boven deze grens valt de productie in elkaar wegens cavitatie.
Fig. 18: Impeller schade door cavitatie (Bron: http://www.cheresources.com)
49
8.2 Opvolgen Wanddiktemetingen van baggeronderdelen zijn zeer belangrijk in verband met slijtage. Diktemetingen gebeuren aan de hand van ultrasoon onderzoek van de leiding. Voor elk onderdeel waar bodemmateriaal passeert aan boord is minimum toegelaten dikte gegeven. Zonder diktemeting is men onwetend over de staat van de leidingen, pomp(en) en zuigkop(pen). Diktemetingen gebeuren door periodiek de dikte van de buizen te meten. Deze metingen worden in een computerprogramma ingebracht. Deze berekent het verdere slijtagepatroon aan de hand van extrapolatie. De software kan waarschuwen wanneer de minimale dikte overschreden zal worden. Dit programma kan evenwel geen rekening houden met verandering van materieel tijdens de vaart. Bijvoorbeeld als een hopperzuiger plots de productie overschakelt van grof zand naar slib, dan zal de slijtage bijna onbestaande worden. Hieruit volgt dat als een hopper werkt met abrasiever materiaal, de frequentie van diktemetingen flink moet worden opgeschroefd.
Niet enkel stalen onderdelen hebben aandacht nodig, ook de zuigzakken slijten. Deze zijn opgebouwd uit verschillende lagen rubber met afwisselende kleuren, zo kan men de slijtage eenvoudig opvolgen.
50
8.3 Preventie Op kritieke punten kan men extra wanddikte ontwerpen of kan slijtvast materiaal toegevoegd worden. Er zijn verschillende technieken om dit te bekomen: •
Verschalen: Hierbij worden stalen schalen28 binnenin de pijp gelast, zodat deze pijp langs binnen dikker wordt. Deze methode is uiterst geschikt om een bestaand lek in een buis te dichten. Deze schalen kunnen ook langs buiten op de buis worden vastgezet om een acuut lek te dichten. Dit is een relatief snelle methode om een groot oppervlak te verdikken. Het is ook een goede manier om de bruikbaarheid van een pijpdeel met een paar maand te rekken, tot aan een geplande grote reparatie.
Fig. 19: Sleepkop TSHD 'Alexander von Humboldt' (Bron: persoonlijke opname 2007)
•
Oplassen/hardfacing: Met speciale electrodes wordt een harde laag op het metaal gelegd. Dit zijn meestal wolfraam-carbide legeringen, daar deze het beste bestendigd zijn tegen abrasieve
28 Segment van een koker
51
werking. Zie Fig. 18, de hiel van de sleepkop is volledig bedekt met hardfacing. Het zachtere staal aan de rand van harface zal sneller wegslijten door turbulentie en de hardface zelf blijft intact. Zeer arbeidsintensieve methode, maar het resultaat is uiterst slijtvast. Verder is het moeilijk om te lassen bovenop de hardfacelaag; deze laag is hard maar ook bros. De hitte van een tweede las doet de oorspronkelijke hardface afbreken. •
Domiteblokken® : Dit zijn slijtblokken met een bovenkant van slijtvast metaal (legering van gegoten, koolstofrijk chromium en molybdeen-rijk wit ijzer). De onderkant is gemaakt uit zacht staal zodat deze gemakkelijk kan worden gelast op de stukken. Zie Fig. 19, de onderkant van het vizier is bedekt met bimetalen domiteblokken. Het vaste huis zit onder een laag hardface. Domiteblokken zijn vele malen sneller te plaatsen dan vergelijkbare hardface-lagen, bovendien gaan ze langer mee.
•
Hardstaal: We vinden een laag hardstaal terug in de liner van dubbelwandige pijpen en in het binnenste pomphuis van dubbelwandige pompen. Vaak is dit Nihard29 of FEDUR30. Deze dubbelwandige stukken wegen ongeveer drie keer zo veel, maar kunnen veel beter slijtage weerstaan. Ze worden enkel gebruikt op plaatsen waar de de slijtageverwachting zeer hoog is of waar de stukken zeer moeilijk te bereiken zijn.
•
Keramische pickpoints: In deze pickpoints is onder het snijdende oppervlak een keramische staaf ingewerkt. Deze pickpoints worden enkel toegepast in zeer slijtagegevoelige situaties. Deze pickpoints zijn veel duurder in vergelijking met 'gewone' hardstalen pickpoints.
29 Ni-Hard® is een metaal met chroom inhoud tussen 1.4% en 28%. 30 FEDUR® bestaat uit 2 lagen metaal. Eén laag is lasbaar en bestaat uit Fe360-420. De andere bestaat uit een harde legering van koolstofrijk metaal.
52
9 Cyclusoptimalisatie Een sleephopperzuiger opereert typisch in 2 cyclussen: •
Korte termijn-cyclus, bestaande uit laden, geladen varen, lossen, leeg varen.
•
Lange termijn-cyclus of bunkercyclus, bestaande uit verschillende vaarcyclussen en bunkeren (& repareren).
Een baggerschip in een typische bunkercyclus gaat periodiek de productie stilleggen om brandstof, water, spares en stores in te slaan. Gedurende deze tijd is het schip niet productief. Deze niet-productieve tijd kan worden ingevuld door reparaties of controles uit te voeren. Om deze lange termijn bunkercyclus te optimaliseren naar productie, moeten we enerzijds de tijd die we kunnen produceren maximaliseren, anderzijds moeten we streven naar een zo licht mogelijk schip tijdens de productievaart. Elke ton brandstof aan boord is ballast, en vertaalt zich in een kleinere lading, tijdens elke korte termijn cyclus. Doordat een baggerschip meerdere zuigcyclussen maakt per dag, heeft een relatief kleine gewichtsbesparing een multiplicator-effect op de productie.
9.1 Productievaart Het komt er op aan om zo lang mogelijk continu te blijven produceren. In een utopische situatie zal het baggerschip 24/7/365 de productiecyclus uitvoeren.
53
De beperkende factoren waarom het baggerschip niet continu kan blijven varen zijn volgende: 1. Brandstof bunkeren 2. Levensmiddelen inslaan 3. Drinkwater bunkeren 4. Bemanningswissel 5. Aanvullen reserveonderdelen en materieel 6. Droogdok/Onderhoud Het nadeel van deze factoren kan worden beperkt: 1.
Brandstof: Om zolang mogelijk
te varen moet het schip telkens volle capaciteit bunkers meenemen (Eng.: endurance). Daarentegen als men door andere omstandigheden (zie verder) verplicht is om telkens na een bepaalde periode aan te meren, dan is het beter om juist genoeg brandstof plus een vaste reserve31 mee te nemen. Het is typisch dat een schip op het einde van zijn bunkercyclus veel meer draagvermogen heeft. Dit is omdat het schip dan aanzienlijk minder brandstof aan boord heeft. Daarentegen moet men het tijdsverlies dat ontstaat door te bunkeren, binnen de perken houden (zie voorbeeld). Veel brandstof is als ballast. Elke ton bunkerolie teveel is een ton zand te weinig.
31 Naargelang 3 tot 5 dagen reserve brandstof.
54
Vb: Een sleephopperzuiger met volgende kenmerken: Brandstofverbruik: 40m³/dag
Densiteit brandstof: 0,87 t/m³
Densiteit in hopper: 1,9 t/m³
Cyclus tijd: 3h
Netto lading: 8000 m³
Tijd voor bunkering: 8h
We zoeken na hoeveel dagen het schip moet bunkeren om zo weinig mogelijk productie te verliezen. Dus: hoe lang duurt de optimale cyclus ?
Nettolading 8000m³ = =2667 m³/h Cyclustijd 3h
•
Cyclus productie (m³/h) =
•
Ladingsverlies door bunkers (m³/dag) =
=
•
Gewicht dagelijkse bunkers Densiteit lading
40 m³∗0,87 t/ m³ = 18 m³/dag 1,9 t / m³ Ladingsverlies door 1 bunkering (m³) =
Tijd voor bunkering∗Cyclusproduktie = 8 h∗2667 m³ /h = 21333 m³
•
Wekelijks verlies door bunkering32 =
Tijd per bunkering∗Cyclusproductie ∗7 Duur van de bunkercyclus •
Gecumuleerd ladingsverlies door gewicht bunkers33 =
Productieverlies (m3)
Bunker-planning Ladingsverlies per dag
Ladingsverlies per bunkering
Gecumuleerd verlies door bunkers
30000 10000 -10000 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 Duur van de Bunkercyclus (dagen)
Fig. 20: Grafiek bunker-planning (Bron: eigen ontwerp 2009)
32 Uitkomst afhankelijk van variabele: Duur van de bunkercylus. Zie: Grafiek bunkerplanning. 33 Uitkomst afhankelijk van variabele: Duur van de bunkercylus. Zie: Grafiek bunkerplanning.
55
•
Uit de grafiek leiden we af dat het optimale bunkermoment op dag 16 ligt. Dit is het snijpunt van de lijnen 'ladingsverlies per bunkering' en 'gecumuleerd verlies door bunkers'. Baggeren volgens deze bunkercyclus geeft de balans tussen:
Verlies in draagvermogen door bunkers a/b (minder brandstof).
Verlies door tijdsverlies van het bunkeren (meer brandstof).
Let wel: Deze methode houdt geen rekening dat met een kortere bunkerinterval, het bunkeren daadwerkelijk ook korter zal duren (er moet dan namelijk minder brandstof overgepompt worden).
Indien mogelijk is het een gunstige zaak om het schip te bunkeren zonder aan te meren. Bijvoorbeeld tijdens het walpersen kan men gemakkelijk ship to ship brandstof inslaan34. 2.
Levensmiddelen: Levensmiddelen worden best tijdens de
vaart aan boord gebracht, ship-to-ship. Dit beperkt het tijdsverlies. 3.
Drinkwater: Op de bunkerdag wordt vaak samen met
brandstof en stores ook drinkwater gebunkerd. Het is erg riskant om te besparen op zoetwater aan boord, maar tevens is het een gemakkelijke manier om te besparen. Men zorgt gewoon dat er genoeg drinkwater is om de tijd tussen twee bunkerdagen te vullen plus een reserve. Men kan extra besparen door de drinkwater generator te laten werken. Drinkwater wordt dan aan boord geproduceerd. Dan kan men aanzienlijk minder zoet water meenemen. Dit wordt vaak niet gedaan omdat het baggerschip vaak vaart in troebel/vervuild water en omdat de kwaliteit van dit water te wensen over laat. In geval van twijfel kunnen stalen van het drinkwater aan de wal onderzocht worden voor consumptie.
34 Dit wordt vaak (nog) niet toegepast door tijdsgebrek en papierwerk.
56
4.
Bemanningswissel: In de mate van het mogelijke kan dit
gebeuren zonder dat het schip moet aanmeren; bijvoorbeeld via een hulpvlet tijdens het walpersen of tijdens het laden op een rustig zuigvak (weinig verkeer en golfslag). 5.
Reserveonderdelen: Ook dit kan in de mate van het
mogelijke per boot worden aangebracht. Zie hoofdstuk. Verder kan men ervoor zorgen dat alle baggerleidingen steeds leeg zijn tijdens het varen. Deze vullen zich namelijk met spoelwater. 6.
Droogdok/onderhoud: Beslissingen over droogdokkingen
worden genomen in samenspraak met TD, kapitein en HWTK. Uit oogpunt van productie wordt het droogdok steeds zolang mogelijk uitgesteld. Desondanks zal een baggerschip doorgaans toch nog meer droogdokken doen dan het wettelijk verplichte minimum35. Dit komt door de slijtage gebonden aan de aard van het werk. Er wordt weinig rekening mee gehouden dat als een droogdok te lang wordt uitgesteld, het schip met defecten blijft varen. Zo'n defecten kunnen de productie sterk doen teruglopen (bijvoorbeeld lekke bodemdeuren).
35 2 droogdokken per 5 jaar., niet meer dan 3 jaar verspreid.
57
9.2 Optimale lading Niet enkel het patroon waarin het schip vaart kan verbeterd worden. Ook het optimale punt waarop moet gestopt worden met laden. Cyclusproductie
m³ Getransporteerd materiaal m³ = h Cyclustijd uur
We optimaliseren dus naar lading én tijd. In Fig. 20 zien we de cyclus van een sleephopper, deze cyclus herhaalt zich zelf telkens opnieuw. De cyclus valt uiteen in 9 verschillende delen:
Fig. 21: Cyclus van een sleephopper (Bron: Het in -en uitstromen van baggerspecie in en uit hoppers en het bezinkproces in hoppers, Miedema)
•
Laden: •
A tot B: Laden zonder overvloeien.
•
B tot C: Laden met overvloei water en fijne fractie
(dichtheidsstroom). •
C tot D: Laden met overvloeiverlies.
•
D tot E: Water boven overvloeiniveau stroomt weg.
•
E tot F: Overvloei wordt verlaagd om waterniveau
boven de lading te laten wegstromen.
58
•
Geladen vaart: F tot G
•
Lossen
•
•
G tot H: Lossen van de lading (hier: dumpen).
•
H tot I: Spoelen beun (restlading minimaliseren).
Ongeladen vaart: I tot A
Om cyclusoptimalisatie grafisch voor te stellen kunnen we gebruik maken van volgende voorstelling:
Fig. 22: Optimalisatiedriehoek (Bron: eigen ontwerp 2009)
Om een zo hoog mogelijke productie te hebben, moet hoek β zo groot mogelijk zijn (tan β = cyclusproductie = lading/cyclustijd). Als we dit toepassen op de cyclus van de sleephopper, kunnen we de optimale laadtijd bepalen:
59
Fig. 23: Cyclus met optimalisatiedriehoek (Bron: eigen ontwerp 2009)
We trekken een raaklijn aan de beladingskromme vanaf het tijdstip waar het vorige laadproces stopte op de x-as. Het raakpunt van deze tangent geeft aan op welk moment het laden gestopt dient te worden om de hoek β (en dus de productie) zo hoog mogelijk te houden. Merk op dat de optimale beladingstijd vaak vroeger valt dan het moment van maximale belading en dat extra productie door agitatiebaggeren niet wordt meegeteld. Bij ladingen die snel bezinken (grote korreldikte) zal men weinig overvloeiverliezen hebben en zal de beladingscurve veel steiler zijn. Bij moeilijk bezinkbaar materiaal zoals slib zullen de overvloeiverliezen dermate groot zijn, dat baggeren met overvloei economisch niet haalbaar is.
60
9.3 Bunkerdag Op een bunkerdag moeten vaak verschillende zaken tegelijk gebeuren: bunkeren, repareren, stores inslaan, bemanningswissel, controles, inspecties, audits, visites van havenautoriteiten, ... Als de reparaties niet erg groot zijn is het bunkeren de limiterende tijdsfactor. Het is aan het team van kapitein, HWTK en TD om de bunkerdag te plannen.
Fig. 24: Vervangen pomphuis Gerardus Mercator (Bron: www.theartofdredging.com, 2009)
Bemanningswissel gebeurt best niet op een drukke reparatie-dag, dit om continuïteit te behouden tijdens de werkzaamheden. Bunkeroperaties en reparaties zijn vaak moeilijk samen te plannen omdat zgn. hot work nergens aan boord toegestaan wordt tijdens het bunkeren. De reparaties moeten dusdanig gepland worden dat las- en brandwerk voor of na de bunkering gebeurt. Verschillende reparaties kunnen probleemloos uitgevoerd worden tijdens de productievaart, vaak zelfs tussen 2 zuigcyclussen in. Enkel de systemen die in gebruik zijn tijdens productie of in die zin niet redundant uitgevoerd zijn moeten op de bunkerdag gerepareerd worden.
61
Als tijdens een bepaald project de slijtage hoger dan normaal is, dan zal de nood aan reparaties bepalen wanneer bunkermoment valt. Vb:
Een sleephopperzuiger opereert met grote slijtage; elke 14 dagen moet het schip stilgelegd worden om een pomp te repareren. Het optimale bunkermoment valt echter om de 20 dagen. Aangezien het ship toch elke 14 dagen stil moet liggen zal het efficiënter zijn te bunkeren tijdens de (verloren) reparatietijd.
62
10
Manoeuvres en Squat
Hopperzuigers opereren vaak in ondiepe vaargebieden en buiten de normale navigatiegebieden. Daarom is het belangrijk om de interactie tussen bodem en schip ten volle te begrijpen en deze kennis om te zetten in een voordeel voor de (cyclus)productie.
Fig. 25: UKC (Bron: www.theartofdredging.com, 2008)
10.1 UKC UKC staat voor underkeel clearance, de afstand tussen zeebodem en de diepste diepgang van het schip. Er is een onderscheid tussen dynamische en statische ukc: •
Statische UKC: Afstand tussen zeebodem en schip als het schip geen vaart door het water maakt.
•
Dynamisch UKC: Ook wel Netto UKC genoemd, is de afstand tussen het schip dat vaart maakt en de bodem. Het is een veiligheidsmarge tussen kiel en bodem die ten allen tijde gehandhaafd dient te worden.
•
Dynamische UKC= Statische UKC + Provisie voor trim, slagzij, scheepsbewegingen, survey fout, actuele waterstand... 63
Als de netto UKC (veiligheidsmarge) wordt bepaald dient men volgende zaken in acht nemen: •
Vereiste Netto UKC: Dit is de uiteindelijke veiligheidsmarge, naar mate het project vordert en de verschillende parameters beter gekend zijn kan men een kleinere veiligheidsmarge gebruiken.
•
Squat: zie hoofdstuk 10.2 Verticale squat
•
Onnauwkeurigheid van de surveykaarten: zie hoofdstuk 10.3 Survey
•
Slagzij van het schip (Eng.:list) brengt ook een grotere diepgang teweeg: Nieuwe diepgang=½ Breedte schip×sin list Normale Diepgang ×cos list Deze slagzij kan het gevolg zijn van een slecht afgeladen hopper, ongelijk verdeelde bunkers of kraanwerk.
•
Scheepsbeweging: Diepgang zal tijdelijk toenemen als het schip rolt, dompt of stampt. Als het schip tijdens één van deze bewegingen aan de grond loopt zal het met grote kracht op de bodem gezet worden, met alle gevolgen van dien. Gezien deze factor sterkt variëert is het verplicht om actuele golfhoogte-data beschikbaar te hebben aan boord36. De extra diepgang kan worden berekend met dezelfde formule als voor list (zie hierboven).
36 IMO Circular Letter nr. 2285 : Guideline on the construction and operation of dredgers assigned reduced freeboards.
64
•
Getijhoogte:. De getijhoogte wordt gemeten door een vaste opstelling aan de wal of door gebruik te maken van het DGPS systeem aan boord. Indien dit niet het geval is zal men aan boord zelf de getijhoogte moeten berekenen, maar men moet er dan rekening mee houden dat dit slechts een ruwe benadering is van de actuele situatie. Wind, drukgebieden en lokale verschijnselen beïnvloeden de waterhoogte, alsook het verschil tussen de positie van het schip en de positie van de meting. Op grote projecten wordt ook vaak een getijboei uitgelegd die de actuele getijstroom en -richting doorgeeft aan het schip.
•
Scheepskarakteristiek: Een schip wordt onbestuurbaar bij een bepaalde UKC. Met een kleinere marge onder de kiel kan men dus niet varen. Deze karakteristiek is scheepsgebonden, het hangt af van de rompvorm, aanwezigheid van een bulb, ontwerp van roeren en propellers...
•
Minimale diepte op het traject: Als het gaat om kleinere high spots dan zullen deze slechts weinig invloed hebben op het squatten van het schip en zonder gevolg zijn voor de manoeuvreerbaarheid. Indien nodig, kan men voor een kort, ondiep stuk in het traject, kortstondig vaart minderen. Een high spot hoeft geen beperkende factor te zijn op de scheepssnelheid. Daarentegen als een langer stuk van eenzelfde verminderde diepte op het traject ligt dan zal men dit in rekening moeten brengen
65
10.2 Verticale squat Als een schip vaart maakt door het water, dan verplaatst het water zijdelings en onder de romp door. Als het schip in ondiep water beweegt, dan zullen de kiel en de zeebodem zich samen gedragen als een leiding. Het water dat onder de romp wordt geforceerd, gedraagt zich als het fluidum in deze leiding. Als het schip sneller vaart, dan stroomt meer water door dit leidingsysteem. Dit vergroot debiet zorgt voor meer wrijving, energieverlies. Dus, het schip zal bij eenzelfde opgelegd propulsievermogen, minder snel varen door dit fenomeen. Als het schip vaart met weinig ruimte onder de kiel, wordt de doorsnede van de 'leiding' waar het water doorheen gaat kleiner, met als gevolg dat snelheid van het water hier hoger ligt. Volgens de wet van Bernoulli zal de druk van het fluidum (=water onder de kiel) dan lager liggen. p g h1/2 V²=constant 37
Dus, het schip zal dieper in het water liggen. Dit gebeurt hoofdzakelijk ter hoogte van de boeg, zodat het schip voorover wordt getrimd en over de ganse lengte omlaag wordt gezogen.
37 p = hydrostatische druk; g = zwaartekrachtsversnelling;
½ ρV² = hydrodynamische druk; h = hoogte;
66
ρ = dichtheid; V = snelheid
De toegenomen diepgang zal aanvankelijk het squatting-effect versterken totdat een equilibrium wordt gevonden tussen het opdrijvend vermogen van de romp en het squat-effect.
Het profiel van de zeebodem waarover het schip vaart bepaalt mee de restrictie in het leidingsysteem kiel-bodem. Zo zal een vlakke zeebodem een veel geringer squat effect teweeg brengen dan een kanaal38 (zie Fig. 25 )
Fig. 26: Onderwaterprofiel en squat (Bron: www.theartofdredging.com, 2010)
38 Een bank of ondiepte naast het schip zal ook een horizontaal squat-effect teweegbrengen, zgn. banking effect.
67
De verhouding tussen het verticaall geprojecteerde oppervlak van het zeebodem profiel en de verticale doorsnede van het schip bepaalt in hoever het bodem profiel van belang is in het squatten:
Fig. 27: Onderwater profiel doorsnede (Bron: www.theartofdredging.com, 2010)
As Aw
Door het veranderde drukpatroon onder het schip, zal ook het schip een ander golfpatroon produceren. Door het lagedrukgebied onder de kiel, zal zich midscheeps een golfdal manifesteren dat groter is dan normaal.
Fig. 28: vlnr. Onderwaterschip 'Gerardus Mercator' en 'J. S. de Elcano' (Bron: www.theartofdredging.com, 2010)
Een schip met een kleine blokcoëfficiënt39 zal veel meer water opzij stuwen dan naar onderen. Hierdoor zal een ranker schip minder last hebben van squat.
39 Blokcoëfficient :
Cb=Volume onderwaterschip/ Lwl∗Bwl∗Draft 68
4 Barrass
3.75
Eryuzlu & Hausser
3.5
Eryuzlu & al.
3.25
Hooft
3
Icorels Japanese
Squat [m]
2.75
Millward
2.5
Millward2
2.25
Norrbin
2
Romisch
1.75
Dand
1.5 1.25 1 0.75 0.5 0.25 0 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Vessel speed [kn]
Fig. 29: Verschillende squat-formules (Bron eigen ontwerp)
Om de diepgang verhoging door squat te berekenen bestaan tal van formules. (zie Fig. 28:Verschillende squat-formules) Een voorbeeld daarvan is deze veelgebruikte formule van Dr. Barass: 2/ 3
Squat=1/30×Cb× S2 Waarbij:
×V
2,08
Cb = Block coëfficient3 S2 = S / (1-S) (= Velocity Return Factor) S = Blockage Factor40 (zie Fig. 26) V = Scheepssnelheid door water in knopen
Zoals te zien hebben squat en snelheid een kwadratisch verband. Als men de snelheid halveert, zal squatting met factor 4 verminderen!
40 Blockage Factor = Oppervlakte doorsnede Kanaal/ Oppervlakte Dwarsdoorsnede onderwater schip
69
20
Squat heeft verschillende gevolgen voor het schip: •
Scheepssnelheid vermindert
•
Schip trilt
•
Draaicirkel wordt groter; moeilijk manoevreerbaar schip
•
Gewijzigd golfpatroon met versterkt golfdal midscheeps
•
Groter buigend moment (sagging) op de scheepsstructuur.
•
Vergrote diepgang met risico tot aan de grond lopen
•
Veranderde trim; schip wordt koplastig
•
Onhandelbaar schip ('luistert niet naar het roer').
Uiteraard moet de bemanning anticiperen op het squat-effect, zodat men niet onverwacht onderhevig is aan dit verraderlijk fenomeen.
70
10.3 Survey Bij elk project komt het survey-departement de bodemdiepte in kaart brengen. En dit voor, tijdens en na de baggerwerken. Survey kaarten geven veel beter dan een navigatiekaart het bodemprofiel en de diepte weer.41 Aan boord vindt men zowel de papieren versie als de digitale baggerkaarten terug. De accuraatheid van surveykaarten als hun fouten. Om zich te baseren op een surveyonderzoek moet men zich eerst volgende zaken reaiseren: •
Gaat het om single of multibeampeilingen? De multibeam zal een rechthoekige zone scannen en weergeven terwijl de single beammethode slechts één diepte per keer kan waarnemen. Multibeampeilingen zullen veel sneller een beeld van de bodem geven, maar singlebeam-data zal veel nauwkeuriger zijn.
•
Wat was de uitzendfrequentie van de transducer? Hoge frequenties zullen sneller weerkaatsen en minder penetreren in de bodem, dus geven ze een kleinere diepte weer. Lage frequenties dringen dieper in de bodem en reflecteren pas op materiaal met een hogere densiteit. De lagere peilfrequenties zullen dus een dieper profiel waarnemen.42 Voor waterdieptes kleiner dan 100 meter zal de zendfrequentie altijd boven de 200 kHz liggen.
41 Navigatiekaarten zijn slechts een ruwe schets van de realiteit en zijn totaal onbruikbaar voor baggerwerken. 42 Merk op dat de 'nautische bodemdiepte' wordt vastgesteld bij een densiteit van 1,2 – 1,26 g/cm³.
71
•
Wat is de plotinterval43? Een hoge plotinterval leidt tot grote, niet gepeilde stukken bodem. Deze ongepeilde stukken worden geïnterpoleerd. Die grote interpolatie geeft de navigator aan boord de indruk dat de surveykaart zeer nauwkeurig is, maar de meeste dieptes zullen berekende waardes zijn i.p.v. daadwerkelijk gepeilde dieptes. Hierdoor kunnen plaatselijke high spots gemist worden. De plotinterval is ook afhankelijk van de snelheid van het peilvaartuig tijdens het peilen. (zie Fig. 30)
Fig. 30: Invloed van de surveysnelheid op de echo (Bron: HZS)
•
Hoe lang geleden werdt deze kaart opgesteld?44 Het onderwaterprofiel kan zeer snel wijzigen door de werkzaamheden, agitatie, bodemtransport door stromingen, ... Oudere surveykaarten zijn dus onbetrouwbaar. Daarom is het updaten van het DTM45 aan boord zeer belangrijk.
Al deze informatie staat genoteerd op de omslag van een surveykaart.
43 Afstand tussen 2 waarnemingen(peilingen). 44 Deze redenering gaat ook op voor navigatiekaarten! 45 Digital Terrain Model of Digitaal Terrein Model
72
10.4 Cyclus & Squat De zuigcyclus (zie hoofdstuk Cyclusoptimalisatie) kan verder geoptimaliseerd worden door het squat-effect in acht te nemen. Dit is enkel van toepassing op sleephoppers die in ondiepe wateren werkzaam zijn. Enerzijds willen we zoveel mogelijk lading meenemen per trip, met als gevolg dat het schip dieper inzinkt. Deze grotere diepgang versterkt echter het squat-effect, waardoor de hopperzuiger trager vaart.
Anderzijds willen we de cyclus zo snel mogelijk laten verlopen door sneller te varen. Dit kan enkel als we zo weinig mogelijk gehinderd worden door het vertragende squat-effect. Daarom moeten we de diepgang beperkt houden. Daarbij komt nog eens dat de waterdiepte (en dus de UKC) mee variëert met het getij. Ook de getijstroom zal de cyclustijd en het squat-effect beïnvloeden.
Om de meest optimale cyclus te behalen zullen we dus een afweging moeten maken tussen minder lading en minder snelheid, waarbij rekening gehouden wordt met de waterstand tijdens de geladen vaart. Met andere woorden: we zullen afhankelijk van de waterstand tijdens de geladen vaart, meer of minder lading meenemen.
73
11 Datalogging Baggeren wordt gedefinieerd door een groot aantal parameters, die ook nog eens elkaar beinvloeden.
Het verzamelen, bijhouden en analyseren van deze data, geeft een grondig inzicht in de specificiteit van het baggerproces voor een bepaald schip op een bepaald project. Bovendien kan dit erg nuttig zijn bij het bijsturen van de productie van het schip, wat uiteindelijk leidt tot een hogere cyclusproductie. Moderne baggerschepen zijn standaard uitgerust met een aantal computerbesturingssytemen waarin alle parameters samenkomen, zowel signalen van baggersensoren, beladingssensoren en posities van afsluiters, als alle parameters gebruikt in het alarmerings- en bewakingssysteem van de machinekamer.
74
11.1 Verloop In de praktijk verloopt het dataloggen als volgt: Op voorhand worden een aantal te loggen parameters en hun logfrequentie bepaald. Omdat de huidige computersystemen quasi onbeperkt zijn in snelheid en opslagcapaciteit, wordt veelal een frequentie van 1 Hz gebruikt, en wordt het aantal te loggen parameters zeer ruim genomen. Hierbij een voorbeeld van te loggen parameters voor een schip met 1 zuigbuis: •
Leidingssnelheid
•
Mengseldichtheid
•
Vacuum46
•
Druk zandpomp
•
Δ P47
•
Vermogen zandpomp
•
Toerental zandpomp
•
Druk jetwater
•
Debiet jetwater
•
Stand onderpijp / bovenpijp (STPM48)
•
Inzinking zuiginlaat
•
Diepgangen
•
Stand baggerafsluiters
•
Belasting motoren
46 Drukopname aan de zuigzijde van de pomp. 47 “Delta Pressure” ; Verschil in druk binnen en buiten de sleepkop. 48 Suction Tube Position Monitoring
75
•
Spoed van de propellers (op CPP49)
•
Positie sleepkop in x.y.z. coordinaten
•
Getijstand
•
Vaarsnelheid
•
Geografische positie (DGPS-output) van de sleepkop
•
Bij actieve kop: •
Stand vizier
•
Stand waterflap
•
Druk op viziercilinders
•
Viziermodus
•
Stand deiningscompensator
•
Etc ,...
De mogelijkheden zijn, zoals eerder aangestipt, quasi onbeperkt. Doorgaans laat men de operators bij aanvang van een project enkele dagen baggeren zonder aanbevelingen, terwijl de parameters worden gelogd. Dan kan men een eerste analyse maken van de verzamelde data, vb. door ze samen te vatten in statistieken, histogrammen, 2d- of 3d grafieken. Steeds lonend is ook om productie (snelheid x densiteit) geografisch uit te zetten. Dit toont meteen bepaalde patronen op de winzone waar “beter” of “slechter” geproduceerd wordt.
49 CPP: Controlable Pitch Propeller. De spoed van de propeller wordt gewijzigd naargelang het gewenste propulsievermogen.
76
Huidige surveysystemen kunnen dit zelfs realtime tonen op navigatiedisplays, en dit zelfs in verschillende layers waarbij elke layer op het scherm een andere parameter voorstelt, meestal in kleurcodes voor de verschillende waardes van die parameter. Interpretatie van dergelijke voorstellingen vereist wel enige ervaring. Bepaalde relaties tussen parameters en winzones, zijn dan makkelijk terug te vinden. Door analyse van de data kan men bepaalde veelbelovende fenomenen nader bekijken en ze in de daarop volgende dagen verder onderzoeken. Zo kan gepoogd worden het gunstige effect van een bepaalde variabele (vb. hoek onderpijp) op een andere parameter (vb. mengseldichtheid) te reproduceren. De operators worden gevraagd om die bepaalde parameter aan te houden (vb. 20° hoek onderpijp), waarbij opnieuw via logging en analyse het effect geëvalueerd wordt. Indien dit effect uitgesproken is (dus een verbetering in productie betekent) kan vanaf dan deze ene bepaalde parameter als de nieuwe norm gelden (vb. bepaalde hoek onderpijp ten opzichte van de bodem) en kan de desbetreffende winst in productie 'vastgeklikt' worden. Dit gaat dikwijls om enkele procenten productiewinst. Hierna kunnen andere verbanden tussen parameters gezocht worden die opnieuw kunnen 'vastgeklikt' worden. Door een iteratief proces kan men dan komen tot winsten in zuigproductie van 20% tot 30%, dit in tegenstelling met 'vrije stijl' baggeren waarbij men de operators geen aanbevelingen meegeeft, en geen analyses uitvoert. Het voordeel van data-analyse als middel tot productieverbetering is: operators hebben steeds een subjectieve, korte termijn kijk op het baggerproces, bovendien lopen ze “slechts” 12 uur per 24 uur wacht, waardoor als vanzelf data “verloren” gaan.
77
Data-analyse heeft dit nadeel niet; het werkt op 100% sampling en is objectief. Aandachtspunten bij datalogging en –analyse: •
Alles staat of valt met de juiste waardes van de parameters. De sensoren moeten geijkt zijn, of op z’n minst moeten de fouten in meetwaardes gekend zijn.
•
Bij veranderen van baggerparameters verandert men best slechts 1 parameter tegelijk. Dit is een wetenschappelijk accurate methode; het effect van het wijzigen van één parameter kan nauwkeurig onderzocht worden in functie van de andere parameters. In de praktijk is dit echter moeilijk. Bijvoorbeeld de bodem in het zuigvak is zelden homogeen en wijzigt quasi continu van diepte en samenstelling.
•
Analyse van baggerparameters in de praktijk zal dikwijls gefnuikt worden door onvoorspelbare variabelen zoals: defecten aan de baggerinstallatie, defecte sensoren, wijzigende planning, verlet door weersomstandigheden, wijzigende bodemsituatie, etc…
78
11.2 Data-analyse voorbeelden 11.2.1
Sleepkoppen Vergelijken
Een baggerschip wordt uitgerust met 2 verschillende sleepkoppen: •
Sleepkop A: een gepatenteerde, actieve sleepkop van IHC50 aan stuurboord.
•
Sleekop B : een actieve sleepkop met lang vizier aan bakboord.
De zuigkop 'A' heeft als belangrijkste ontwikkeling dat het jetwater in de bodem51 wordt gespoten via twee rijen holle pickpoints. Op deze manier wordt het jetwater in de grond geïnjecteerd en niet bovenop de bodemlaag. Het jetwater kan veel dieper penetreren in het bodemmateriaal. Hoge snijkrachten en sleepweerstand worden hierdoor sterk verminderd. Het jetwater wordt niet enkel geïnjecteerd door de pickpoints, maar ook vanuit de hiel en het midden van het vizier. Om bodemdeeltjes op te zuigen moet de sleepkop een volumeverandering teweegbrengen in de porieën tussen het zand (dilatantie). Deze sleepkop is hier zeer goed in omwille van twee redenen: •
Het jetwater wordt in de bodem ingespoten, dus het wordt direct in de poriën geïnjecteerd.
•
Een groot debiet aan jetwater wordt in de bodem gespoten. Deze sleepkop verbruikt veel jetwater, door zijn 5 rijen jetnozzles t.o.v. 1 à 2. rijen bij voorgaande modellen.
Deze sleepkop doet het voornamelijk goed in gecompacteerd zand en kleibodem. 50 Nederlandse firma die baggermaterieel ontwikkelt en bouwt. 51 Bij voorgaande types werd het jetwater bovenop de bodemlaag gespoten en niet erin.
79
Er zijn zijn 2 pompen verbonden met elk een eigen zuigbuis. We onderzoeken de datalogs van de densiteitsmeter en de snelheidsmeter van elke pomp, dit geeft ons een beeld van de productie, want: C a = productie – water / situ – water C a∗Mengselsnelheid ∗Oppervlakte doorsnede perszijde pomp= Productie ton m ∗ s ∗m² = tons =Productie m³
Fig. 31: Datalogging sleepkop A vs. B (Bron: eigen ontwerp, 2010)
Legende bij Fig. 31: Lichtblauw: Mengselsnelheid bakboord Donkerblauw: Mengselsnelheid stuurboord Rood: Mengseldensiteit bakboord
Bruin: Mengseldensiteit stuurboord
Bruin: Productie stuurboord
Geel: Productie bakboord
De gemiddelde productie per pomp per trip wordt vergeleken. De sleepkop A (aan stuurboord) blijkt duidelijk de beste productie te geven. 80
11.2.2
Zuigvakken vergelijken
Een sleephopper zuiger heeft de keuze uit 2 verschillende zuigvakken (BA1 en BA2) , het gewonnen materiaal wordt vervolgens gedumpt op een toegewezen dumpzone. We weten het volgende: •
BA1: Medium zand, lang en smal rechthoekig zuigvak.
•
BA2: Medium zand met rotsen, klein zuigvak
•
De twee zuigvakken liggen dicht bij elkaar.
•
De kortste route naar het dumpvak ligt over een ondiepte waar het schip enkel met gereduceerde (8kn) snelheid over kan (squateffect).
•
De langste route naar het zuigvak gaat via een navigatiekanaal met voldoende diepte. De hopper kan hier varen zonder squateffect.
Volume Hopper: 18 000 m³
Restlading: 0 m³ (dumpen)
Effectieve productietijd per week52: 148 uur Hieruit volgt een efficiëntiefactor van 88%53. We bereken eerst welke route de sleephopper best zal volgen om de cyclus zo kort mogelijk te laten duren: BA 1
BA2
Afstand-volle snelheid (15 kn)
9,7 nm
9,7 nm
Afstand-gereduceerde snelheid (8 kn)
1,08 nm
1,4 nm
Vaartijd-volle snelheid (15 kn)
38 min.
38 min.
Vaartijd-gereducerde snelheid (8 kn)
8 min.
10,5 min.
52 Het schip kan niet continue produceren door weerverlet, vertraging door scheepvaartverkeer, e.a. 53 148h / 168h = 0,88 (168 uur per week)
81
Hieruit blijkt als duidelijk dat we voor beide zuigvakken de korte route zullen kiezen met gereduceerde snelheid. Datalogging wordt ingesteld om de productie per zuigvak te bekijken. De sleephopper baggert enkele dagen op elk vak, om de productie vast te stellen. BA1
BA2
Gemiddelde zuigproductie54 (m³/min)
151
134
Laadtijd (min.)
62
62
Draaien55 (min.)
40
62
Varen (leeg & vol) (min.)
16
21
Vertragen / versnellen (min.)
10
10
Dumptijd (min.)
10
10
Σ Totale cyclustijd56 (min.)
138
165
Cyclusproductie (m³/cyclus)57
9 362
8 308
Aantal cyclussen/week58
40,8
36,3
Weekproductie (m³/week)59
382 000
301 600
We zullen dus kiezen voor “Borrow Area 1”. Uit de datalogging blijkt dat dit gebied de beste productie zal opleveren.
54 55 56 57 58 59
Gekend door datalogging Verminderde of geen zuigproductie tijdens een bocht. Som van alle delen in de cyclus: laden, varen (leeg en vol), draaien, dumpen Cyclusproductie = zuigproductie * laadtijd (=aantal verplaatste kubieke meter lading per cyclus) = Effectieve productietijd per week / Cyclustijd = Cyclusproductie * aantal cyclussen per week
82
12 Besluit management niveau Om een baggerschip productief te leiden moet het team van kapitein, stuurman, pijpman, HWTK, surveyor, TD en PM samen streven naar een continue verbetering van productie. Het zijn deze mensen die gesterkt door hun technische kennis het baggerproces bijsturen en optimaliseren.
12.1
Kaizen
Goede producie wordt gehaald door kaizen60: continue kleine verbeteringen aan te brengen in het proces en het elimineren van contraproductieve elementen. Om deze opzet te doen slagen moet iedereen, op alle niveau's meewerken aan deze verbeteringen. Zo'n kleine verbetering op zich heeft vaak geen onmiddelijk positief effect op de productie, maar op lange termijn zullen meerdere kleine ingrepen hun vruchten afwerpen. Deze verbeteringen zijn een continue proces dat niet eindigt wanneer de productie 'goed' is. Goede productie op zich bestaat niet, enkele betere productie. Tijdens de zoektocht naar extra productie, moet men geen schrik hebben van kaiaku61. Ingrepen die tot doel hadden om de productie te doen toenemen, kunnen ook negatief uitpakken. In die gevallen dient men tijdig deze fout in te zien en de situatie weer rechtzetten.
60 Japans voor 'veranderen naar beter' 61 Japans voor 'veranderen naar slechter'
83
12.2 Onderdelen & gewichtsbesparing Om te zorgen dat schip een grote productie kan halen, dient het schip zoveel mogelijk lading per trip mee te nemen. Als het schip veel onbenutte gewichten meeneemt, is het nuttig draagvermogen beperkt. Door kundig om te gaan met de grote quantiteiten van reserveonderdelen aan boord van de huidige sleephopperzuigers, kan men op een betrekkelijk eenvoudige manier meer gewicht vrijmaken voor lading. Daartegenover staat dat een schip best zoveel mogelijk reserveonderdelen zelf aan boord heeft om volledig autonoom te kunnen reageren op calamiteiten (Eng: redundancy). De stock van onderdelen is best ook afgestemd op het slijtagepatroon van zandvoerende onderdelen. Diktemetingen en slijtage-extrapolaties zijn hier de sleutelwoorden. In samenspraak met het team aan de wal kunnen heel wat van de grote wisselstukken aan land blijven. Zodoende zullen ze de gewichtsbalans van het schip niet onnodig negatief beïnvloeden.
84
12.3 Tijd Om een hoge cyclusproductie te halen dient het schip niet enkel veel lading mee te nemen, maar dit bovendien op zo'n kort mogelijke tijd doen. Dit kan betekenen dat het schip minder dan de maximale lading meeneemt, maar toch meer cyclussen per tijdseenheid vervolledigt. Verder dient men af te wegen langs welke route men de cyclus vaart. Afhankelijk van scheepsnelheid, diepgang en waterstand, kan de route berekend worden die het minste tijd vergt en toch de meeste lading opbrengt. Kortom de beste cyclusproductie.
12.4 Productie Een goede cyclus- en weekproductie zal men bekomen door zowel tijd en lading samen te optimaliseren. Het team dat het schip leidt, zal beslissingen en initiatief moeten nemen die verantwoord zijn naar productie, maar die evenzeer veilig en economisch verantwoord zijn.
85
13 Bibliografie •
Schriftelijke bronnen ◦Alkema , J. e.a. (1988), Voortgezette Opleiding Uitvoering Baggerwerken, Leidschendam, VBKO, derde versie ◦Bozarth, C. , Handfield, R.B. (2007) Introduction to Operations and Supply Chain Management, Tweede editie, United States, Prentice Hall ◦Braaksma, J. (2008) Model-Based control of Hopper dredgers, Delft, Jelmer Braaksma, Doctoraatsthesis TUD ◦Bray, R.N. (2001), Dredging a Handbook for Engineers, Tweede editie, Butterworth-Heinemann, Oxford ◦Cohen, M. e.a. (1999) From hand-drag to Jumbo: A Millenium of Dredging, Terra et Aqua, nr. 77, dec. 1999 ◦Cotteleer, B. (2004), De baggerinstallatie bij moderne sleephopperzuigers, Hogere Zeevaartschool Antwerpen, Eindverhandeling Nautische Wetenschappen ◦IHC Holland (1991) Optimal loading of trailing dredgers, Ports and Dredging 137 ◦IHC Systems (1994) Pearl River, Efficient Dredging, PU94PD, Reprint Ports and Dredging, p.21-26 ◦Liu, Z., Ni, F., Zhou, H.(2007) Shangai, Journal of Ocean University of China, Vol. 6, Nr.1, p. 95-99 ◦Miedema, S.A. (1981) Het in-en uitstromen van baggerspecie in en uit hopper en het bezinkproces in hoppers, Eindscriptie Technische Hogeschool Delft
86
◦Miedema, S.A., Vlasblom, W.J. (1995) THEORY FOR HOPPER SEDIMENTATION, Delft, WODCON XIV ◦Miedema, S.A.(1981) Het in- en uitstromen van baggerspecie in en uit hoppers en het bezinkproces in hoppers, Technische Hogeschool Delft, Eindscriptie ◦Miedema, S.A.(2005) Analytical approach to the sedimentation process on TSHD, Terra et Aqua, nr.112, sept 2008 ◦Paris, C., Martinez, I. (1996) Calculation of Sand Losses during Hopper Loading Proces in Trailers, Terra et Aqua, nr. 64, pp. 3-9 ◦Ports an Dredging, tweemaandelijks tijdschrift, IHC Holland ◦van Rhee, C. (2002) On the sedimentation process in a Trailing Suction Hopper Dredger, Delft, Cornelis van Rhee, Doctoraatsthesis TUD ◦Voorlopig onderzoek naar het kapseizen van de Nederlandse sleephopperzuiger “Nautilus”, 30 november 2007, Transport and Water Management Inspectorate Netherlands
87
•
Internet ◦ Domite Wear Technology (2001) http://www.domite.com/ , April 2010 ◦ Bert Visser's Directory of Dredgers (2005) http://www.dredgers.nl/, juni 2009 ◦ Chemical Engineering (2005) http://www.cheresources.com, mei 2010 ◦ Esco (2000) http://www.escocorp.com/ , april 2010 ◦ Jan De Nul (2000) http://www.jandenul.be/ , mei 2009 ◦ Sand and Gravel (1999) http://www.sandandgravel.com/, februari 2009 ◦ Terra et Aqua (1998) http://www.terra-et-aqua.com/ , mei 2009 ◦ TheArtOfDredging(2008) http://www.theartofdredging.com/ , maart 2009 ◦ The Engineering ToolBox (2005) http://www.engineeringtoolbox.com/,mei 2010 ◦ Vosta LMG (2000) http://www.vostalmg.com/, januari 2009
•
Varia ◦ Sleephoppersimulator oefensessies o.l.v. instructeur, Aalst, 2009-2010 ◦ Werfbezoek TSHD 'Leiv Eiriksson', Shipyard 'La Naval' Sestao, 9-15 februari 2010
88
