172000 DWT散貨船改裝半潛船的管系生產(chǎn)設(shè)計

王可 周新根 劉富均 鄭偉 石保國

摘 要：本文以我司為中交國際航運公司172 000 DWT散貨船改裝為65 000 DWT半潛船為載體，闡述半潛船使用泵壓載時上浮、下潛過程中重要管路系統(tǒng)的特點。結(jié)合生產(chǎn)設(shè)計和施工建造中遇到的問題及解決方案，深入研究改裝半潛船項目中管系生產(chǎn)設(shè)計的方法及要點。

關(guān)鍵詞：改裝；半潛船；輪機管系；生產(chǎn)設(shè)計

中圖分類號：U664.84 文獻標(biāo)識碼：A

Abstract： This paper summarizes the characteristics and design difficulties of the important machinery piping in the process of submerging and rising when the semi-submersible vessel built for CCCC-ISC and refitted from 65000 DWT bulk carrier pumps ballast water.

Key words： Refit； Semi-submersible vessel； Machinery piping； Production design

1 前言

半潛船也稱半潛式母船，它通過調(diào)整本身壓載水把載貨甲板潛入水中，然后將承運的特定貨物（駁船、游艇、艦船、鉆井平臺等）浮入載貨甲板，待特定貨物位置調(diào)整好后，船舶上浮固定貨物，最終將貨物運送到指定位置。隨著平臺、浮駁、工程船的運輸量增加，半潛船的應(yīng)用市場將更為廣闊。

本文介紹172 000 DWT散貨船改裝為65 000 DWT無限航區(qū)自航半潛船的管系生產(chǎn)設(shè)計。該改裝半潛船滿足大件運輸、海上平臺模塊、大型鋼構(gòu)件、工程船等運輸要求，改裝后半潛船的主尺度如下：船長248.43 m；型寬48.8 m；型深13.5 m；設(shè)計吃水9.9 m；最大下潛吃水22.5 m；載重量61 000 DWT。

半潛船裝卸貨物時需要通過壓載系統(tǒng)調(diào)整浮態(tài)，實現(xiàn)上浮和下潛。該過程需要壓載系統(tǒng)、透氣系統(tǒng)、閥門遙控和液位遙測系統(tǒng)相互配合，任何一個系統(tǒng)出現(xiàn)異常都會影響船舶浮態(tài)和穩(wěn)性。本文通過實例分析，闡述重要管系的布置特點、施工難點及解決方案。希望本文的實際案例能為類似項目提供技術(shù)支持和經(jīng)驗借鑒。

2 主要系統(tǒng)闡述

2.1 壓載水系統(tǒng)

壓載水系統(tǒng)主要用來調(diào)節(jié)船舶穩(wěn)性和浮態(tài)。改裝半潛船的載貨甲板以下全部為壓載艙，總艙容116 746 m?，配備六臺壓載泵用于注入、排放、調(diào)駁海水以調(diào)節(jié)船舶吃水狀態(tài)。該系統(tǒng)是改裝半潛船的核心組成部分，是考核改裝成敗的重要指標(biāo)。

（1）壓載管路采用總管-支管形式，并與原船雙層底壓載管路連通，從而實現(xiàn)六臺壓載泵均能注入、排放和調(diào)駁任意壓載艙內(nèi)壓載水的功能，盡量縮短下潛時間。

半潛船下潛和上浮時間是一個重要指標(biāo)，該船要求下潛和上浮時間均不超過六小時。本船配置壓載泵如下：

原船機艙壓載泵 2臺 單臺排量 Q1=2 500 m3/h

首泵艙新增壓載泵 2臺 單臺排量 Q2=2 500 m?/h

尾泵艙新增壓載泵 2臺 單臺排量 Q3=2 500 m?/h

六臺壓載泵同時工作：下潛時間t1=Δ/（Q1×2+ Q2×2+ Q3×2）=3.3 h

五臺壓載泵同時工作：下潛時間t2=Δ/（Q1×1+ Q2×2+ Q3×2）=3.96 h

四臺壓載泵同時工作：下潛時間t2=Δ/（ Q2×2+ Q3×2）=4.95 h

三臺壓載泵同時工作：下潛時間t2=Δ/（ Q2×1+ Q3×2）=6.6 h

由此可知，在規(guī)定時間內(nèi)完成船舶的下潛和上浮需要三臺以上壓載泵同時工作?？紤]到儲備余量和備用工況，改裝半潛船共設(shè)六臺壓載水泵，設(shè)備之間可以相互備用，滿足系統(tǒng)正常使用。

（2）壓載水管路閥件采取隔艙布置，便于應(yīng)急檢修。當(dāng)遙控閥的驅(qū)動頭無法正常開閉，或者遠程遙控和就地應(yīng)急操作失效時，可先抽空隔壁液艙的壓載水，然后進行檢修。雖然極端狀況很少出現(xiàn)，但是壓載系統(tǒng)是半潛船的核心系統(tǒng)，生產(chǎn)設(shè)計布置時應(yīng)該優(yōu)先考慮。

（3）壓載水系統(tǒng)管路采用PE（聚乙烯）管，它具有以下優(yōu)點：

① PE管材密度為碳鋼的八分之一，可以有效地降低空船重量、增加載貨量；

②PE管壁厚比普通鋼管要大很多，滿足船舶管路內(nèi)外承受壓力的要求；

③PE管具有較強的耐腐蝕性，終身免維護；

④PE管現(xiàn)場熱熔制作，節(jié)省車間下料、焊接、鍍鋅等工序，縮短建造周期；

⑤ 簡化出圖模式，布置圖中囊括管路制作圖和安裝圖；

⑥PE管線脹系數(shù)是鋼管的10倍以上，因此產(chǎn)生的管路內(nèi)應(yīng)力較小，管路不需設(shè)置伸縮接頭進行自身補償。

2.2 閥門遙控和液位遙測系統(tǒng)

改裝半潛船的下潛及上浮過程是通過壓載控制臺實現(xiàn)遠程遙控?？刂婆_除顯示液艙液位、吃水狀態(tài)外，還集中顯示壓載泵啟?？刂?、運行狀態(tài)和遙控閥開關(guān)狀態(tài)。閥門遙控系統(tǒng)和液位遙測系統(tǒng)集中在一起，方便船員根據(jù)吃水狀況調(diào)整壓載泵的啟停及閥門開閉，保證船舶的正常下潛和上浮。

（1）閥門遙控系統(tǒng)采用液壓驅(qū)動，動力源由布置在泵艙的液壓泵站提供。閥門開啟或關(guān)閉指令通過電信號傳輸至電磁閥箱后，通過閥箱控制閥門的開關(guān)。該控制方式操縱性強、可靠性和準(zhǔn)確性高，在船舶系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。半潛船項目中出現(xiàn)多芯管路漏水現(xiàn)象，經(jīng)查驗該項目使用浸沒式遙控閥，連接閥門的末端分叉處使用熱縮套管且熱熔效果不好，壓載艙內(nèi)的水沿多芯管內(nèi)壁流入干艙。對此漏水現(xiàn)象，解決方案及分析見本文3.1部分。

（2）液位遙測系統(tǒng)反饋船舶浮態(tài)和穩(wěn)性，裝卸貨物時可根據(jù)壓載艙液位高度調(diào)整船舶吃水。改裝半潛船項目中每個壓載艙設(shè)置兩個壓電式傳感器探頭，沿船長方向前后布置，保證測量數(shù)值準(zhǔn)確。另外，控制臺顯示板上設(shè)置高位和高高位液位報警，確保船舶安全。

該系統(tǒng)中遙測探頭傳感器電纜因長期浸泡在海水中，需要制作電纜保護管路。通過對比PE管和碳鋼管的制作周期、施工難度等各方面因素，最終選擇PE管作為電纜保護管，利用不銹鋼扎帶固定在托架或扁鐵上面。該方案節(jié)約成本、便于施工，具體優(yōu)化方案見本文3.2部分。

2.3 透氣系統(tǒng)

透氣系統(tǒng)對于船舶下潛、上浮至關(guān)重要。本項目中壓載艙長度超過7m，按照規(guī)范要求，壓載艙均設(shè)置兩根透氣管，且透氣管截面積為注入管截面積的1.25倍（壓載注入管管徑DN400，透氣管管徑2×DN300）。整個系統(tǒng)采用總管（DN700）集中透氣（見圖1），舯線兩側(cè)壓載艙的透氣支管分別匯入兩側(cè)總管。為防止壓載水從一個艙室流入其他艙室，每個支管上裝有浸沒式空氣管頭。并且在船舶首尾部各設(shè)置兩個泄放艙，當(dāng)透氣總管進水時可及時排入泄放艙，保證艙室正常透氣。

（1）透氣系統(tǒng)中主管路和支管路采用PE管，該管路重量輕、滿足承壓要求，并可簡化PE管出圖模式，縮短設(shè)計周期。

（2）由于半潛船甲板會被淹沒，同時考慮甲板空間的有效利用，艙內(nèi)透氣支管上面安裝新型浸沒式透氣止回閥，既保證壓載艙透氣又可防止艙室間壓載水串流。

（3）透氣系統(tǒng)采用總管式，首尾部設(shè)置了獨立的泄放艙。原設(shè)計圖紙中首尾部各設(shè)置DN80的泄放管兼做透氣管，試航中發(fā)現(xiàn)DN80管子不能快速排掉透氣總管內(nèi)的水，以至于其他艙室透氣不暢，導(dǎo)致下潛過程過長。針對此問題，將原泄放管加大，泄放艙增加獨立透氣管，達到預(yù)期效果。具體見本文3.4部分。

3 管路系統(tǒng)優(yōu)化方案

3.1 多芯管漏水問題

多芯管內(nèi)壁漏水原因為多芯管末端接閥處的熱縮套管密封效果不好，或者因多芯管鋪設(shè)過程中外表皮損壞，壓載水進入兩芯之間的空隙然后流入干艙。

針對多芯管漏水問題，在分叉處涂抹環(huán)氧密封膠，并在特制工裝下打壓0.3 MPa時不會泄露。該密封膠為尾軸密封用特殊混合膠，與金屬、塑料有較強的粘接性，耐海水腐蝕，且能承受一定的溫度和壓力。

環(huán)氧密封膠不僅可以止漏，而且在船舶運行中效果良好。所以在新項目中如遇到多芯管從液艙穿至干艙的情況，施工時在多芯管末端涂抹環(huán)氧密封膠，并用熱縮套管密封（見圖2），可從源頭解決問題，避免后期的返工和修改。

3.2 液位遙測電纜保護管

閥門遙控和液位遙測系統(tǒng)的信號通過電纜反饋到壓載控制臺，進而實現(xiàn)遠程控制。廠家提供的隨機電纜外徑8.8 mm，船舶運行中壓載水對電纜產(chǎn)生水壓沖擊，壓載水中的泥沙、石塊也會損傷電纜，所以要對壓載艙內(nèi)的電纜進行保護。常規(guī)碳鋼管需要放樣、出圖，然后車間下料、制作、鍍鋅，最后船上安裝。整個設(shè)計、施工周期較長、成本較高，遠不能滿足本項目生產(chǎn)進度。通過現(xiàn)場勘查，分析電纜走向，最終選用PE管作為保護管路，通過不銹鋼扎帶固定于電纜托架（見圖3）。

該方案中PE管路可以現(xiàn)場切割、安裝，省去下料、制作、鍍鋅等加工工序，縮短施工周期，降低施工難度；圖紙數(shù)量只是原來的1/10，減少工作量，縮短設(shè)計周期；PE保護管除以上優(yōu)勢，還可節(jié)約成本約7萬元。

3.3 新型透氣止回閥

常規(guī)船舶的透氣系統(tǒng)中采用浮球或浮筒式，其高于主甲板760 mm。[2]半潛船需要充分利用載貨甲板，且考慮下潛時甲板淹沒等因素，必須采用新型浸沒式透氣止回閥，該止回閥既能滿足透氣功能，又可通過浮球防止各艙室壓載水串流。

新型浸沒式透氣止回閥分為直通式（見圖4）和直角式（見圖5）兩種，分別適用于普通壓載艙和雙層底壓載艙。透氣止回閥在半潛船領(lǐng)域或甲板空間受限的工程船領(lǐng)域都有廣泛使用。

3.4 主透氣管增大泄放管路

船舶下潛時為避免壓載艙內(nèi)自由液面過大，盡量將液艙注滿，當(dāng)液位超過透氣管最高點后進入透氣總管，因透氣總管設(shè)置的泄放管為DN80，泄放過程緩慢，阻礙壓載艙透氣。針對該問題，泄放管通徑改為DN200，同時泄放艙設(shè)置獨立的透氣管，透氣管管徑為DN250。該項目第一個航次結(jié)束后反饋實際運行狀況良好。

4 結(jié)束語

散貨船改裝半潛船項目的重點和難點是加裝和改造壓載、透氣系統(tǒng)以實現(xiàn)上浮和下潛功能。針對改裝船舶周期短、圖紙不全、突發(fā)狀況多等因素，生產(chǎn)設(shè)計階段應(yīng)及時發(fā)現(xiàn)問題并優(yōu)化改進。我們在改裝半潛船的生產(chǎn)設(shè)計階段，始終貫徹執(zhí)行設(shè)計結(jié)合實際、優(yōu)化布置、統(tǒng)籌策劃、盡快完成圖紙設(shè)計，爭取早日交付使用。船東在首航過程中對下潛和上浮功能的快速穩(wěn)定給予了很好的評價。

參考文獻

[1] 聯(lián)合編寫組.機械設(shè)計手冊[M].化學(xué)工業(yè)出版社，1987.

[2] 周凱. 鋼質(zhì)海船入級規(guī)范2015（第3分冊）[M].人民交通出版社，2015.6.