鉆井船電氣生產(chǎn)設(shè)計(jì)解析

蔡 壯，陳 龍

(上海中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司，上海 200231)

鉆井船電氣生產(chǎn)設(shè)計(jì)解析

蔡 壯，陳 龍

(上海中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司，上海 200231)

隨著油氣勘探開發(fā)逐漸從近海轉(zhuǎn)向深海，海工裝備的更新?lián)Q代逐漸成為未來的發(fā)展方向，也是國家大力發(fā)展支持的新興產(chǎn)業(yè)。文章主要針對世界最先進(jìn)的鉆井船N498生產(chǎn)設(shè)計(jì)為例，根據(jù)規(guī)格書及船級社規(guī)范編寫項(xiàng)目的施工工藝，設(shè)繪通則，勾畫設(shè)計(jì)思路，研究設(shè)計(jì)流程，簡化設(shè)計(jì)，節(jié)省人力成本，提高研發(fā)效率。

托架；設(shè)計(jì)；建模；主干電纜；鉆井船

0 引言

第六代深水鉆井船以巴油的“NS CASSINO”N498鉆井船為本文電氣生產(chǎn)設(shè)計(jì)展開解析。該船總長210 m，型寬34 m，吃水10.75 m，額定人數(shù)180人，最大工作水深3 000 m，鉆深深度12 000 m，擁有DP3動力定位系統(tǒng)，見圖1～圖3。

DP3動力定位是由IMO及相關(guān)船級社根據(jù)冗余度要求的不同對動力定力定位的等級進(jìn)行的劃分，分別為0級、1級、2級、3級。3級是附加標(biāo)志的最高等級。DP3級規(guī)定在單個艙室失效的情況下，系統(tǒng)依然能手動及自動維持鉆井船或平臺的位置和艏向。因此，在DP3動力定位系統(tǒng)中的各冗余電力系統(tǒng)，主/備 DP操作臺、控制箱、傳感器之間及DP網(wǎng)絡(luò)A/B網(wǎng)之間的電纜走向均需要考慮A-60的分隔要求[1]。此外，DP操作臺與推進(jìn)器之間也采用雙套的冗余網(wǎng)絡(luò)，在DP路徑的設(shè)計(jì)時(shí)，同樣需要考慮 DP3級的單個艙室失效時(shí)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行的要求。

“NS CASSINO”N498是世界上最先進(jìn)的鉆井船之一，入籍ABS船級社。

1 勾畫設(shè)計(jì)思路

設(shè)計(jì)初期，需要閱讀由船東提供的技術(shù)規(guī)格書。根據(jù)規(guī)格書及船級社規(guī)范編寫項(xiàng)目的施工工藝，設(shè)繪通則，發(fā)送船東進(jìn)行溝通確認(rèn)。查閱全船主電力單線圖、系統(tǒng)圖紙和總布置圖，了解鉆井船的船體結(jié)構(gòu)，防火等級以及危險(xiǎn)區(qū)域的劃分，還需要清楚知道船上電氣設(shè)備位置，以及輪機(jī)設(shè)備和通風(fēng)設(shè)備的位置。設(shè)計(jì)思路明確后，制定設(shè)計(jì)流程，具體見圖4。

2 繪制主干電纜的要求

總體了解之后，就要設(shè)計(jì)主干電纜走向，主干電纜走向設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)之初的一個總綱性文件，主干電纜走向設(shè)計(jì)的好壞，不僅直接影響船舶電力系統(tǒng)供電的可靠性，也關(guān)系到使用電纜的經(jīng)濟(jì)性和船上安裝工藝的復(fù)雜性程度等所要考慮的因素，所以越來越引起設(shè)計(jì)者的重視。

所謂的主干電纜，通常是指主要設(shè)備之間相互連接的電纜，同時(shí)包括貫穿一層或一層以上甲板或兩舷遠(yuǎn)離敷設(shè)的電纜。

首先，要確定主干電纜通道位置，通常來講電纜通道是由電氣生產(chǎn)設(shè)計(jì)和總體專業(yè)設(shè)計(jì)人員協(xié)商，劃定。應(yīng)熟悉鉆井船建造規(guī)范，施工工藝要求，設(shè)繪通則，結(jié)合鉆井船總布置圖、機(jī)艙布置圖及其他特殊房間布置圖、防火劃分圖等[2]，還要考慮電纜拉放方便，有檢修空間，盡量遠(yuǎn)離鍋爐、熱管或其他熱源，也應(yīng)避開潮氣或水凝結(jié)的地方。主干電纜和重要設(shè)備的供電和控制用的電纜應(yīng)遠(yuǎn)離具有較大失火危險(xiǎn)的機(jī)械和機(jī)械部件。操舵裝置的供電及其控制用的兩路電纜，應(yīng)盡最大可能在水平及垂直方向遠(yuǎn)離敷設(shè)。主干電纜在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免穿過廚房、洗衣間、油漆間、蓄電池間以及其他高度失火危險(xiǎn)處所。高壓電纜應(yīng)與低壓電纜分開敷設(shè)，并且應(yīng)具有高壓電纜標(biāo)記，以便區(qū)別。另外，高壓電纜應(yīng)盡量避免穿過生活區(qū)[3]。主干電纜路徑設(shè)計(jì)好以后，需要各專業(yè)溝通確認(rèn)，以避免后期與其他專業(yè)產(chǎn)生干涉以及影響結(jié)構(gòu)開孔等。

3 電氣生產(chǎn)圖紙的種類及內(nèi)容說明

電氣焊接件安裝布置圖的內(nèi)容包括：電纜貫穿件布置、電氣設(shè)備基座布置及電氣支架布置。

電氣焊接件制作圖的內(nèi)容包括：包含所有由車間自行加工制作的電氣舾裝件，如托架支架、扁鋼、設(shè)備基座及電纜貫穿件等。

電氣焊接件托盤表的內(nèi)容包括：將一個分段或區(qū)域內(nèi)所有使用的材料，無論是車間自制或是購買件都需要按實(shí)際需求統(tǒng)計(jì)在托盤表內(nèi)，主要用途是方便材料統(tǒng)計(jì)及車間施工前領(lǐng)料做準(zhǔn)備。

4 出圖標(biāo)準(zhǔn)及步驟

出圖標(biāo)準(zhǔn)及步驟如下：

1）布置圖一般應(yīng)有主視圖、俯視圖、或典型圖等組成。

2）設(shè)繪圖樣應(yīng)首先考慮識圖方便，布局合理。選擇合適的比例，必要時(shí)可局部按比例放大或縮小。圖樣視圖與技術(shù)要求（或技術(shù)說明）能完成地表達(dá)內(nèi)容要求。

3）圖樣的背景及電氣舾裝件顏色、線型、名稱代號等標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)完全符合《電氣生產(chǎn)設(shè)計(jì)設(shè)繪通則》的要求。

4）圖面要做到清晰整潔，相關(guān)的技術(shù)信息內(nèi)容，不能在同一圖面上互相重疊。

5）電氣舾裝件的尺寸標(biāo)注，要求根據(jù)距離最近的測量物來做為參照（如大梁、小梁及艙壁等），即就近測量原則。尺寸標(biāo)注做到清晰整齊，不可有遺漏標(biāo)注的情況發(fā)生。

6）圖樣設(shè)繪前，需先熟悉該區(qū)域的3D模型、電氣舾裝件類型及相關(guān)的出圖要求。

7）整理好一張分段的結(jié)構(gòu)圖作為出圖背景，出圖背景需要將結(jié)構(gòu)原圖中一些對電氣專業(yè)沒用的信息刪除，只保留船體結(jié)構(gòu)信息，如艙壁、大梁、小梁及肘板等，同時(shí)圖面做到清晰整潔。

8）從3D模型中導(dǎo)出電氣舾裝件（如托架支撐件、貫穿件、設(shè)備底座等），并復(fù)制到結(jié)構(gòu)背景圖中，開始對舾裝件進(jìn)行信息添加，尺寸標(biāo)注。信息添加是指將電氣舾裝件的型號及安裝信息在圖面上進(jìn)行表示，如電氣支架型號及安裝高度、貫穿件的型號及安裝高度等信息。

9）對于在平面圖上無法描述清楚的地方，需要在側(cè)視圖及典型圖上進(jìn)行詳細(xì)描述。建議在繪制完平面圖之后，開始依次繪制側(cè)視圖及典型圖。

10）基于《電氣焊接件安裝布置圖》，開始繪制并統(tǒng)計(jì)該區(qū)域內(nèi)所需要制作加工的所有電氣舾裝件材料類型及數(shù)量，完善《電氣焊接件制作圖冊》。

11）基于《電氣焊接件安裝布置圖》與《電氣焊接件制作圖冊》，開始統(tǒng)計(jì)該區(qū)域內(nèi)所有電氣舾裝件材料類型及數(shù)量，完善《電氣焊接件托盤表》。數(shù)量要求統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確無誤。

5 鷹圖三維建庫說明

隨著船舶及海洋工程裝備的快速發(fā)展，對船舶設(shè)計(jì)要求越來越高，對三維軟件的選用靈活，上海中遠(yuǎn)船務(wù)選用的鷹圖三維設(shè)計(jì)軟件（Smart Marine 3D）是一個前瞻的軟件，顛覆了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的思維方式，它具有運(yùn)用靈活、方便、快捷、高效等特性，而且還貫穿分析、建造、維護(hù)整個海洋工程產(chǎn)品生命周期。首先需要建立項(xiàng)目所需要的部件庫（見圖5），操作方便，更能縮短建模時(shí)間。需要符合以下幾個標(biāo)準(zhǔn)：例如，電纜托架從形式上主要分為槽型（channel）和梯形（ladder），對于每種形式從組成上又包含很多部件，如彎頭、三通、四通、異徑等，這些部件按照彎曲半徑又分為R=300 mm和R=600 mm。而水平彎頭又有多種角度可選，如30°、45°、60°、90°。垂直彎頭一般用調(diào)角片代替。

1）在建部件庫的時(shí)候每個部件的重量以及直段托架每米的重量必須要以廠家的實(shí)際產(chǎn)品為準(zhǔn)。

支架包括托架的支架和設(shè)備底座的支架，支架所用的材料以滿足船東要求而又可以實(shí)際買到的材料為準(zhǔn)。對于不同型號的材料，單位重量在建庫的時(shí)候必須以實(shí)際產(chǎn)品為準(zhǔn)，這樣后期統(tǒng)計(jì)材料以及重量重心報(bào)告都比較準(zhǔn)確，不然后期會比較麻煩。

貫穿件包括COAMING、BUSHING和MCT，為了滿足結(jié)構(gòu)的要求，這些貫穿件有時(shí)需要加腹板。對于COMING、BUSHING這些自己制作的貫穿件，需要規(guī)定有限的幾種規(guī)格，以減少現(xiàn)場制作的種類，提高效率，并且在建庫時(shí)以實(shí)際大小的重量來填寫參數(shù)。對于MCT這種購買的標(biāo)準(zhǔn)件，在建庫的時(shí)候必須以廠家的實(shí)際產(chǎn)品為準(zhǔn)，以免出現(xiàn)后期導(dǎo)出的開孔清單與實(shí)際不一致的情況，造成現(xiàn)場返工。

鉆井船項(xiàng)目的設(shè)備非常多，為了避免混淆，每個設(shè)備的TAG NO.都是唯一的，因此必須根據(jù)詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙?jiān)诮５耐瑫r(shí)填寫設(shè)備的TAG NO.，并且在設(shè)備的屬性描述里面填寫設(shè)備的描述，避免出現(xiàn)圖紙和模型不一致的情況。另外，設(shè)備建好之后，必須將重心移到正確的位置上，這樣才能有效保證重量重心報(bào)告的準(zhǔn)確性。

2）關(guān)于編碼

根據(jù)托架所在區(qū)域和用途的不同進(jìn)行編碼，具體如圖6所示。

根據(jù)貫穿件所在甲板和肋位的不同進(jìn)行編碼，具體如圖7。

甲板代號是根據(jù)每個項(xiàng)目的規(guī)定來確定。M一般指船中心往兩側(cè)各兩檔，然后左邊P右邊S；順序代碼原則上是由內(nèi)到外、從小到大編寫。

根據(jù)支架和設(shè)備所在分段（或區(qū)域）按圖8所示規(guī)則命名。

建庫之前確定生產(chǎn)設(shè)計(jì)工藝及圖紙中托架及其附件的代碼，方便建庫代碼與之一一對應(yīng)，這樣可以大幅度提高生產(chǎn)設(shè)計(jì)出圖效率。

三維模型必須要做到目錄清晰，條理清楚。每個項(xiàng)目開始之前，整個項(xiàng)目都會被分成幾個大的區(qū)域。首先要在大區(qū)域目錄下建立電氣的E/I/T子目錄，子目錄下再根據(jù)需要分別建立托架、設(shè)備、支架與基座、穿艙件的小目錄。如圖9所示。

3）三維建模的具體描述可概括為6個方面

（1）船體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和導(dǎo)入，這為后續(xù)展開機(jī)、管、電專業(yè)設(shè)計(jì)工作提供了前提條件；

（2）建立材料數(shù)據(jù)庫（包括電氣設(shè)備），根據(jù)提供的廠家樣本實(shí)體建模（機(jī)、管、電）；

（3）裝配加載進(jìn)行三維模型設(shè)備布置，然后根據(jù)模型實(shí)際位置繪制設(shè)備布置圖；

（4）電氣輸出，根據(jù)鉆井船最新的系統(tǒng)圖紙完成；

（5）確定主干電纜走向，根據(jù)電纜的輸出估算出電纜托架的寬度；

（6）三維模型的設(shè)計(jì)評估，查找專業(yè)之間的碰撞，及設(shè)計(jì)時(shí)考慮不足的地方，進(jìn)行合理優(yōu)化。

6 結(jié)論

本文對鉆井船電氣生產(chǎn)設(shè)計(jì)初期，通過研讀船東提供的技術(shù)規(guī)格書，制定生產(chǎn)施工工藝，設(shè)繪通則，簡化施工設(shè)計(jì)流程，提高工作效率，達(dá)到節(jié)省人力成本的目的。

[1]竇培林, 袁洪濤.深水半潛式鉆進(jìn)平臺DP3動力定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用[J].海洋工程, 2013,08(11)： 22-24.

[2]周啟學(xué).船舶生產(chǎn)設(shè)計(jì)[M].北京： 人民交通出版社,2007.

[3]國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會.船舶電纜敷設(shè)工藝： CB/T 3908-2007[S].2007.

Analysis of Electrical Production Design for Drilling Ship

CAI Zhuang, CHEN Long
(COSCO Shanghai Shipyard Co., Ltd., Shanghai 200231, China)

With the exploration of oil and gas developing from offshore to deep sea, the renewal of marine engineering equipment gradually becomes the future direction of development, as a new industry that country strive to develop.The paper focuses on the early design step of the world's most advanced drilling ship N498, following the specifications and construction technologies written by classification society, such as setting up the general principles of the painting, sketching design idea, working out production process design, working more intuitive, simplify designing, saving human cost, improving the efficiency of research and development and making the more smooth and perfect production design.

bracket; design; modeling; main cables; drilling ship

U674.38+1

A

10.14141/j.31-1981.2017.06.004

蔡壯（1986—），男，工程師，研究方向：船舶與海洋工程電氣生產(chǎn)設(shè)計(jì)。