50 000 t半潛船下潛試驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)

，，

(1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300451;2.中集船舶海洋工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 201206)

半潛船屬于特種運(yùn)輸工程船舶之一，主要用于運(yùn)輸大型海洋工程結(jié)構(gòu)物、大型門吊、儲油罐、潛艇、軍艦等[1- 2]。與常規(guī)的貨船相比，半潛船裝貨方式跟浮船塢類似且具有自身的特點(diǎn)。浮船塢兩舷有塢墻，在下潛及上浮過程中水線面面積變化較小，船體外形對穩(wěn)性的影響較小。半潛船為裝運(yùn)較寬大的貨物而布置有無障礙的直通主甲板，且為了保證主甲板在完全入水后能增加水線面積，提高穩(wěn)性，在船艉安裝一對可移動的浮箱。半潛船在載運(yùn)大型浮體貨物時(shí)，先打壓載水使船潛到水面以下一定深度，然后將待運(yùn)漂浮物拖運(yùn)到主甲板上方并定位，再通過排出壓載水使船上浮并調(diào)整相應(yīng)的浮態(tài)，使貨物落在主甲板上浮出水面，牢固綁扎后進(jìn)行運(yùn)輸。半潛載運(yùn)方式獨(dú)特，相比大型浮吊，能夠安全高效地載運(yùn)更大尺度及重量的大型貨物[3]。

本半潛船為三島式設(shè)計(jì)，主甲板浸沒后，露出水面的只有艏樓及艉部一對浮箱，此時(shí)船舶自身的水線面面積很小，橫向初穩(wěn)性高較小，下潛過程見圖1。半潛船橫向初穩(wěn)性高在下潛過程中存在“頸部”現(xiàn)象，主甲板浸沒后，橫向初穩(wěn)性高急劇減小甚至可能出現(xiàn)負(fù)值，壓載操作不當(dāng)可能導(dǎo)致船舶傾覆的危險(xiǎn)，因此對半潛船下潛過程中的關(guān)鍵性的影響因素進(jìn)行研究是非常必要的。

50 000 t半潛船主要技術(shù)參數(shù)如下。

總長：227.00 m；

垂線間長：220.60 m；

型寬：43.00 m；

型深：13.50 m；

設(shè)計(jì)吃水：10.00 m；

設(shè)計(jì)航速：14.5 kn；

總噸：43 788；

船員：55人；

船級符號：CCS；

主機(jī)類型：MAN 14V32/40。

圖1 50 000 t半潛船下潛過程

1 下潛初穩(wěn)性分析

1.1 下潛過程中初穩(wěn)性分析

半潛船隨著吃水的變化，船舶靜水力參數(shù)也隨之變化，進(jìn)而影響船舶的初穩(wěn)性。船舶初穩(wěn)性高公式為[4- 5]：

(1)

(2)

(3)

本船入級CCS，下潛作業(yè)穩(wěn)性衡準(zhǔn)及環(huán)境條件應(yīng)滿足CCS船級社《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》第2篇第1章1.9.6要求。

1.2 下潛工況

在下潛過程中，由于打壓載水是一個(gè)連續(xù)的過程，因此需要考慮中間過程中最不利的情況。對于每個(gè)步驟中發(fā)生變化的壓載艙，無論是部分裝滿或滿艙，應(yīng)按照最大的自由液面力矩修正。表1為下潛過程中的配載工況。

表1 下潛工況

1.3 自由液面的影響

(4)

式中：ρ為液體密度；ix為自由液面的面積對傾斜軸線的縱向慣性矩；Δ為排水量。

表2 20個(gè)慣性矩最大的艙自由液面的修正

2 下潛過程關(guān)鍵性控制因素

空船下潛過程中，當(dāng)主甲板剛完全浸沒時(shí)，船體水線面突然減小，穩(wěn)性值達(dá)到最小。為了使穩(wěn)性參數(shù)平穩(wěn)過渡，防止快速切變，及時(shí)預(yù)防可能發(fā)生的不利情況，通常采用艏傾下潛，一般縱傾角控制在2°以內(nèi)。從艏部先入水，然后逐漸過渡到尾部，使主甲板緩慢淹沒。

在主甲板即將入水前，由圖3主甲板剛浸沒時(shí)壓載水配載工況可知：85%以上的壓載艙已經(jīng)打滿，至最大沉深，剩余需要打壓載水的艙并不多。主甲板入水后，隨著吃水的增加，穩(wěn)性有逐漸升高的趨勢，因此下潛關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)是控制主甲板剛?cè)胨畷r(shí)的穩(wěn)性滿足衡準(zhǔn)要求。自由液面對穩(wěn)性的影響非常重要，如何減小液艙自由液面的影響，使?jié)M壓載艙確保滿艙是關(guān)鍵，實(shí)際操作壓載下潛過程中的影響因素有：

2)空氣管U形彎。壓載艙的空氣管在安裝時(shí)往往存在著空氣管避讓結(jié)構(gòu)和管路的現(xiàn)象，將導(dǎo)致上行或者下行的U形彎管存在。在下潛過程中，海水一旦進(jìn)入空氣管路就會在U形彎管的部位形成水堵現(xiàn)象，導(dǎo)致壓載艙內(nèi)部形成密封的空氣氣囊，壓載艙難以壓滿，形成不利的自由液面修正而影響穩(wěn)性。

3)壓載空壓機(jī)的真空度。壓載空壓機(jī)通過反抽形成負(fù)壓，較高的真空既能保證較高的壓載速度，又能確保少量的水不會在U型彎管部位形成水堵現(xiàn)象。

4)液位遙測系統(tǒng)。液位遙測系統(tǒng)需考慮較大的縱傾修正，縱傾值需覆蓋到縱傾2°以上。液位遙測表數(shù)值一般只到艙室最大高度，這樣在正浮的時(shí)候?qū)?yīng)的是滿艙容，而當(dāng)縱傾較大時(shí)艙容小于實(shí)際的最大艙容。這樣給操作者一個(gè)錯(cuò)覺：已經(jīng)滿艙容的壓載艙在船舶縱傾時(shí)液位遙測會顯示90%甚至更低的液位。因此液位遙測表數(shù)值錄入遙測系統(tǒng)時(shí)，在所有的縱傾下對應(yīng)的最大值都應(yīng)是滿艙艙容。

5)裝載儀配載。船舶裝載儀能夠幫助核算和調(diào)整船舶的浮態(tài)、穩(wěn)性和強(qiáng)度，提供操作人員必要的信息，確保船舶的裝卸載及航行安全。本船在艏部布置上層建筑，艉部有兩個(gè)浮箱，中間是平直的主甲板，重量分布呈兩頭重中間輕，因此在淺吃水壓載水配載的時(shí)候應(yīng)密切關(guān)注彎矩及剪力在許可范圍內(nèi)。

6)操作系統(tǒng)熟練程度。空氣壓載系統(tǒng)的操作和傳統(tǒng)的泵壓載系統(tǒng)不同，下潛時(shí)操作者應(yīng)對該套操作系統(tǒng)熟練掌握。在下潛壓載時(shí)，當(dāng)壓載艙內(nèi)部液位高于70%時(shí)，應(yīng)該調(diào)節(jié)該壓載艙的海水系統(tǒng)的比例閥的開度到30%左右，隨著液位的增高逐步關(guān)小該比例調(diào)節(jié)閥，從而確保海水不進(jìn)入壓載空氣系統(tǒng)。在上浮排載時(shí)，壓載艙內(nèi)部的液位低于30%時(shí)，應(yīng)該調(diào)節(jié)該壓載艙的海水系統(tǒng)的比例閥的開度到30%左右，隨著液位的降低逐步關(guān)小該比例調(diào)節(jié)閥的開度，以確保大量的空氣不會排出到船舶周圍而被吸進(jìn)中央海水冷卻系統(tǒng)的海水管路里。

3 壓載系統(tǒng)操作

在下潛作業(yè)前， 需用壓載空壓機(jī)吹掃壓縮空氣管，即排壓載模式，確保壓縮空氣管內(nèi)沒有水封。檢查其他非工作閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。實(shí)際操作時(shí)至少同時(shí)操作一對艙，下面以一個(gè)壓載水艙為例介紹具體的壓載操作。

1)快速進(jìn)水階段。打開通海閥使壓載艙進(jìn)水,開啟壓載空壓機(jī)負(fù)壓模式，通過閥調(diào)節(jié)壓載艙內(nèi)負(fù)壓,同時(shí)不引起空壓機(jī)的卸載。規(guī)格書要求的空壓機(jī)抽負(fù)壓值為-50 kPa, 實(shí)際卸載值設(shè)定不用超過-50 kPa。

2)壓載艙滿水階段。監(jiān)測閥門遙控操作臺，壓載艙進(jìn)水量達(dá)到70% 時(shí)，操作進(jìn)水閥, 使其開度為30%,減小海水注入速度。當(dāng)壓載控制臺MIMIC圖顯示的艙內(nèi)水量不再增加時(shí)，調(diào)節(jié)該閥門到全開，同時(shí)關(guān)閉通海閥。

3)準(zhǔn)備下一對艙的操作。若壓載水艙無法100%滿水，可以反向操作，進(jìn)行排壓載，吹掃壓縮空氣管內(nèi)的積水。在液位遙測系統(tǒng)觀察到艙內(nèi)容積有下降后即可停止吹掃，然后重復(fù)上述操作。此時(shí)通海閥開度可以控制在30%，同時(shí)注意此時(shí)調(diào)整閥開度，從全開慢慢關(guān)小，艙內(nèi)的負(fù)壓能使液面慢慢上升即可。

4)主甲板入水時(shí)的操作。在主甲板入水時(shí)，盡可能減慢海水的注入速度，注意海水注入速度的控制是通過可開度調(diào)節(jié)的通海閥來實(shí)現(xiàn)的。而壓載艙的透氣應(yīng)一直保持負(fù)壓模式，不需要用自然透氣。

5)注意事項(xiàng)。①不要用泄放管路，若擔(dān)心壓縮空氣管內(nèi)有水封，就反向排壓載作業(yè)，吹掃管內(nèi)積水。②作業(yè)時(shí)不要用自然透氣，進(jìn)水時(shí)用空壓機(jī)抽負(fù)壓，用集管上的壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)負(fù)壓。③本船艉部泵艙壓載系統(tǒng)與壓載水處理系統(tǒng)是相連的。應(yīng)急情況下，艉壓載泵與壓載水循環(huán)泵都可以通過壓載水處理系統(tǒng)管路來進(jìn)行壓載水駁運(yùn)，但此時(shí)由于泵的壓頭高，可能會將水泵至集管間，需安排人員監(jiān)控集管間的自然透氣口。

4 結(jié)論

3)由于透氣管布置等方面的原因，應(yīng)該打滿的壓載水艙可能并沒有按照下潛程序要求打滿，存在自由液面。在主甲板入水前，85%的壓載艙都是滿艙，應(yīng)對滿艙反復(fù)進(jìn)行查艙以確保滿艙。

4)在打壓載水的過程中，空氣管U形彎的存在可能形成水堵，難以達(dá)到滿艙。可采取反吹或調(diào)節(jié)進(jìn)水閥開度的方式，限制艙室液面上升的速率及減少液面水的擾動，最終達(dá)到滿艙。

[1] 焦宇清.50 000 DWT半潛船總體設(shè)計(jì)綜述[J].船舶設(shè)計(jì)通訊，2010(123):58- 64.

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