“海洋石油201”壓載系統(tǒng)分析

劉煒慧，賈惠春，凌 靜

(江蘇熔盛重工有限公司，江蘇 南通226532)

“海洋石油201”是江蘇熔盛重工有限公司為中國海洋石油總公司建造的深水鋪管起重船，鋪管作業(yè)水深15～3 000 m，起重能力艉固定4 000 t和全回轉(zhuǎn)3 500 t，采用全電力推進(jìn)，鋪管滿足DP-2，起重滿足DP-3，入級(jí)ABS/CCS。該船總長204.65 m，型寬39.20 m，垂線間長185 m，型深為14 m，作業(yè)吃水7.0～9.5 m，結(jié)構(gòu)吃水11 m，具有自航能力，能在除北極外全球無限航區(qū)作業(yè)［1］。

鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范(2006)中DP-3要求:安裝有動(dòng)力定位系統(tǒng)的船舶，在出現(xiàn)任一故障(包括由于失火或進(jìn)水造成一個(gè)艙室的完全損失)后，可在規(guī)定的環(huán)境條件下，在規(guī)定的作業(yè)范圍內(nèi)自動(dòng)保持船舶的位置和首向［2］。

該船由于具有起重功能，在起重機(jī)起吊、回轉(zhuǎn)的過程中，會(huì)對(duì)船舶的安全和穩(wěn)性產(chǎn)生影響，因此如何調(diào)駁壓載水比較重要。

1 目前常見的幾種壓載模式

1.1 利用靜水壓力

利用靜水壓力，也就是讓水通過自身的重力，流進(jìn)壓載艙或者流出去。也可從高位壓載艙到低位壓載艙。這種方法成本低、能耗小、進(jìn)排水速度較快、設(shè)備和管系的安裝工作量小，但由于受壓載艙位置和船舶吃水的限制，常常需要與別的方法一起使用。

1.2 采用壓載泵

采用大排量的離心泵是目前比較常見的一種方法，因?yàn)閷?duì)壓載艙的位置無限制而且技術(shù)成熟。打壓載時(shí)，通過海底門把水吸入海水總管，再送到各個(gè)壓載艙;排水時(shí)，用泵把艙里的壓載水抽出，送到排舷外總管。同時(shí)，可以根據(jù)合理的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)艙和艙之間的壓載水調(diào)駁。

1.3 采用壓縮空氣

通過空氣的加壓或者減壓來實(shí)現(xiàn)壓載水的注入和排出。具體過程是，向壓載艙內(nèi)打入壓縮空氣，當(dāng)液面上方空氣墊的壓力大于壓載水排出的阻力時(shí)，就可排出壓載水。注入壓載水時(shí)，必須是壓載艙在水線以下位置時(shí)，可減小空氣壓力打破平衡來實(shí)現(xiàn)。此法成本低、能耗小、進(jìn)排水速度快、安裝工作量不大，但同樣也受壓載艙位置和船舶吃水的限制，所以一般和壓載泵結(jié)合使用。

1.4 幾種壓載方法比較［3］

幾種壓載方法比較見表1。

表1 幾種壓載方法對(duì)比

結(jié)合本船的特點(diǎn)，選用了靜水壓力和壓載泵兩種方法進(jìn)行壓載。

2 壓載泵的選型

該船對(duì)壓載系統(tǒng)的要求如下。

1)在6 h內(nèi)將船從航行吃水狀態(tài)壓載到滿載水線狀態(tài)。

2)在4 000 t起重機(jī)從左舷至右舷回轉(zhuǎn)180°及起重3 500 t全回轉(zhuǎn)狀態(tài)下，壓載系統(tǒng)必須能夠在30 min完成壓/排水操作。

根據(jù)總布置(圖1)，該船共設(shè)30個(gè)壓載艙，2個(gè)壓載泵艙。其中，雙層底壓載水艙1、4P/S、7、9、12、14P/S用來壓載，邊壓載水艙2P/S、3P/S、5P/S、6P/S、8P/S、10P/S、11P/S、13P/S、15P/S、17P/S用于調(diào)載，16P/S為減搖艙。

圖1 壓載艙布置示意

根據(jù)本船對(duì)壓載系統(tǒng)的要求，分別進(jìn)行排量計(jì)算為

式中:K——系數(shù)，邊壓載艙取1.1，雙層底壓載艙取1.25。

根據(jù)DP-3的要求，在一個(gè)泵艙失效的情況下，另一泵艙仍能實(shí)現(xiàn)其功能。所以需在前后泵艙各設(shè)置2臺(tái)壓載泵，一用一備。在不同工況下進(jìn)行不同的調(diào)載方案，取其所需調(diào)載量最大的值，結(jié)合阻力計(jì)算等，最終選擇4臺(tái)排量3 500 m3/h、揚(yáng)程0.3 MPa的離心式水泵。

3 壓載管系設(shè)計(jì)

3.1 管路附件

由于壓載艙很多，壓載管管徑較大，總管1 000 m、支管800 m，不便進(jìn)行手動(dòng)操作，主要功能閥門選用了電液一體控制的蝶閥，干式安裝。由外部供電提供動(dòng)力源，蝶閥驅(qū)動(dòng)頭自身帶有一套液壓裝置，無需另外提供單獨(dú)的液壓泵組。

為便于調(diào)節(jié)，壓載泵出口及邊壓載艙進(jìn)出口處的蝶閥選用開度型的。此種類型的閥，遙控操作時(shí)可以達(dá)到0～100%任意開度。中控通過閥門反饋4～20 mA控制閥門開度，當(dāng)反饋為4 mA時(shí)閥門為全關(guān)狀態(tài)，當(dāng)反饋為20 mA時(shí)閥門為全開狀態(tài)。

海水進(jìn)口及出口閥為單作用閥，又稱為失電關(guān)閉型閥門，原理是閥門失電時(shí)，利用控制閥門內(nèi)部氮?dú)馄砍隹诘碾姶砰y，打開氮?dú)馄酷尫诺獨(dú)?，依靠氮?dú)鈮毫Π验y門關(guān)閉。

其余蝶閥為開關(guān)型閥門，即只有“開”和“關(guān)”兩種狀態(tài)。閥門本體上有兩個(gè)限位開關(guān)，當(dāng)閥門軸轉(zhuǎn)到開限位時(shí)，本體上燈顯“紅色”，當(dāng)閥門轉(zhuǎn)到關(guān)限位時(shí)，本體上燈顯“綠色”。

3.2 管路布置

壓載管路布置的方式有很多，如支管式、單/雙總管式、環(huán)形總管式、管隧式等。

該船初步確定采用環(huán)形總管式。由于艏艉4P/S和14P/S壓載艙較高，如果使用傳統(tǒng)的環(huán)形總管式，這部分的壓載管附件會(huì)浸沒在壓載艙里，這對(duì)日后使用過程中的維護(hù)會(huì)造成一定的麻煩，最終這部分參考了支管式的布置方法。所以該船是結(jié)合使用了環(huán)形總管+支管式的混合方法。雖然艏艉壓載支管較長，但是對(duì)閥件的觀測、操作、維修都方便了很多。

4 壓載方案

前后壓載管中間設(shè)置隔離閥BWV032/033，將壓載總管分為前后兩個(gè)部分。在前后分別設(shè)置隔離閥BWV034/035/036/037，由這6個(gè)隔離閥將壓載艙分為4個(gè)區(qū)，左前、右前、左后和右后，可實(shí)現(xiàn)壓載艙之間的調(diào)載。

30個(gè)壓載艙中只有7#、9#、12#、16#、17#壓載艙不參加調(diào)載。通常情況下，壓載有3個(gè)步驟:預(yù)壓載水、左右調(diào)駁壓載水和排壓載水。

4.1 預(yù)壓載水

盡量保持船舶平衡，不能出現(xiàn)較大的橫傾和縱傾，如果壓載艙壓水不超過7 m，不需要啟動(dòng)壓載泵，采取前后機(jī)艙同時(shí)進(jìn)行，一左一右，合理選擇壓載艙，保持船舶平衡。

前后機(jī)艙隔離閥BWV032/033保持關(guān)閉狀態(tài)。

1)前機(jī)艙左艙(通常啟動(dòng)1#壓載泵)。

BWV042/BWV041-BWV008-BWV018-BWV025-1#壓載泵-BWV038-BWV024-前機(jī)艙壓載艙(左)。

2)前機(jī)艙右艙(通常啟動(dòng)2#壓載泵)。

BWV042/BWV041-BWV008-2#壓載泵-BWV039-BWV039-BWV027-前機(jī)艙壓載艙(右)。

3)后機(jī)艙左艙(通常啟動(dòng)3#壓載泵)。

BWV044/BWV043-BWV009-3#壓載泵-BWV040-BWV028-后機(jī)艙壓載艙(左)。

4)后機(jī)艙右艙(通常啟動(dòng)4#壓載泵)。

BWV044/BWV043-BWV009-BWV017-BWV030-4#壓載泵-BWV003-BWV031-后機(jī)艙壓載艙(右)。

4.2 左右調(diào)駁壓載水

1)前機(jī)艙左艙調(diào)駁到右艙(通常啟動(dòng)2#壓載泵)。

壓載艙(左)-BWV026-2#壓載泵-BWV039-BWV027-壓載艙(右);

前機(jī)艙右艙調(diào)駁到左艙(通常啟動(dòng)1#壓載泵);

壓載艙(右)-BWV025-1#壓載泵-BWV038-BWV024-壓載艙(左)。

2)后機(jī)艙左艙調(diào)駁到右艙(通常啟動(dòng)4#壓載泵)。

壓載艙(左)-BWV030-4#壓載泵-BWV004-BWV031-壓載艙(右);

后機(jī)艙右艙調(diào)駁到左艙(通常啟動(dòng)3#壓載泵);壓載艙(右)-BWV029-3#壓載泵-BWV040-BWV028-壓載艙(左)。

4.3 排壓載水

1)前機(jī)艙(通常啟動(dòng)1#壓載泵)。

壓載艙(左)-BWV16-1#壓載泵-BWV038-BWV010-BWV045(左)/BWV046(右);

壓載艙(右)-BWV025-1#壓載泵-BWV038-BWV010-BWV045(左)/BWV046(右)。

2)后機(jī)艙(通常啟動(dòng)4#壓載泵)。

壓載艙(左)-BWV030-4#壓載泵-BWV003-BWV011-BWV047(左)/BWV048(右);

壓載艙(右)-BWV019-4#壓載泵-BWV003-BWV011-BWV047(左)/BWV048(右)。

該船設(shè)置自動(dòng)調(diào)載功能，主要在壓載控制室集中控制，也可手動(dòng)控制。特殊情況下可在船上其余控制室(如DP控制室、集控室等)控制。可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)注水、艙與艙之間的自動(dòng)調(diào)駁和按設(shè)定值自動(dòng)排水的功能。

［1］薛愛麗.“海洋石油201”的壓載控制和液位遙測系統(tǒng)介紹［J］.船海工程，2012(2):84-87.

［2］中國船級(jí)社.鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范(2006)［S］.北京:人民交通出版社，2006.

［3］黃 超，何炎平，張維競，等.大型起重船典型壓載系統(tǒng)介紹與分析［J］.造船技術(shù)，2010(2):26-31.