圓筒形生活平臺(tái)總體改裝設(shè)計(jì)

，，

(1.中國(guó)船舶科學(xué)研究中心上海分部，上海200011;2.中船重工(上海)節(jié)能技術(shù)發(fā)展有限公司，上海200011； 3.南通中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司，江蘇 南通 226006)

擬對(duì)SEVAN300 FSO圓筒形平臺(tái)進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)，建造成生活平臺(tái)。原始平臺(tái)的主船體和上建生活區(qū)結(jié)構(gòu)已經(jīng)建造完畢，見圖1。由于建造中期合同失效，此系列平臺(tái)建造也終止了后續(xù)建造。此平臺(tái)圓筒形的特殊外觀設(shè)計(jì)，具有良好的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)，海上高穩(wěn)定性和舒適性，特別適合用于生活居住平臺(tái)。為此，擬將未完工的平臺(tái)重新改裝設(shè)計(jì)成圓筒形生活平臺(tái)。

新改裝設(shè)計(jì)后的生活平臺(tái)總長(zhǎng)104.5 m，主甲板寬65 m，可同時(shí)供500人居住，配備6臺(tái)全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器、先進(jìn)的DP-3動(dòng)力定位系統(tǒng)。獨(dú)特的圓筒形設(shè)計(jì)理念使得該系列平臺(tái)具有技術(shù)先進(jìn)性、安全穩(wěn)定性和作業(yè)可靠性等方面的優(yōu)勢(shì)，可適應(yīng)英國(guó)北海、挪威北海惡劣海況區(qū)域工作等各種惡劣海域環(huán)境下作業(yè)。

該改裝設(shè)計(jì)將平臺(tái)的功能徹底顛覆，由儲(chǔ)油平臺(tái)轉(zhuǎn)化為生活居住平臺(tái)，所以在設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)上變化很大，技術(shù)難點(diǎn)也很多。其次，由于圓筒形平臺(tái)船型的特殊性，其穩(wěn)性和救生設(shè)備等布置都有著不同于常規(guī)平臺(tái)和船型的技術(shù)難點(diǎn)，需要深入分析穩(wěn)性和布置。

1 總布置改裝設(shè)計(jì)內(nèi)容

改裝前平臺(tái)主體外圈邊艙是12個(gè)L形壓載艙，內(nèi)圈布置5個(gè)貨油艙和放泄艙等。中心井房間用于布置設(shè)備；露天甲板(上甲板)上面布置僅需滿足四五十人的生活區(qū)和設(shè)備間。

根據(jù)改裝要求，生活平臺(tái)需要具備以下使用功能：能夠操作應(yīng)用于世界各大海域，包括超深水深海域和狹窄海域，在惡劣海況下具有安全的自存能力；在廣泛海域內(nèi)操作擁有較好的定位系泊能力；在服務(wù)海域內(nèi)能夠同時(shí)容納500人居?。黄脚_(tái)需要具有近海域移航換位功能(有一定的自航能力)；同時(shí)能夠搭載最大4 500 t的甲板載貨量；吊裝能力，具有最大100 t的起吊能力；具有滿足一定能力的人員搭載通道舷梯，用于搭載主生活平臺(tái)和FPSO或其他平臺(tái)之間的船員過(guò)度。

根據(jù)以上船東需求，改裝總布置設(shè)計(jì)如下。

1)推進(jìn)系統(tǒng)。為滿足定位和一定的自航能力要求，為平臺(tái)配備世界先進(jìn)的DP3動(dòng)力定位系統(tǒng)。6臺(tái)全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器，擁有一定的自航能力。在操作工況下6臺(tái)推進(jìn)器結(jié)合DP系統(tǒng)同時(shí)用于平臺(tái)定位。在移行工況下尾部2臺(tái)作為主推進(jìn)器，左右舷各2臺(tái)作為輔助推進(jìn)器。

2)舭部圍裙。為了提高平臺(tái)在惡劣海況下的抗升沉和橫搖能力，特將底部結(jié)構(gòu)加長(zhǎng)直徑設(shè)計(jì)成了圍裙造型，舭部外凸圍裙式結(jié)構(gòu)能夠有效提高平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)性能，提高抗升沉和抗橫搖能力，提高了平臺(tái)的舒適性和安全性。

本平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度良好，不存在裝載強(qiáng)度問(wèn)題。主要結(jié)構(gòu)強(qiáng)度技術(shù)難點(diǎn)在圍裙部分。經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)和優(yōu)化計(jì)算，以增加最少的加強(qiáng)筋和肘板的方式優(yōu)化了圍裙部分結(jié)構(gòu)布置，滿足了水動(dòng)力性能結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求。

3)主船體艙室。保留12個(gè)L形[5]邊壓載艙不變，貨油艙需重新設(shè)計(jì)布置成壓載艙、推進(jìn)器設(shè)備間、燃油艙、淡水艙、儲(chǔ)存間和空艙等。原始平臺(tái)中心井的貨油泵艙室用于集中布置壓載泵艙，燃油泵艙和防火水泵艙，便于集中維修管理和操作。

4)主甲板布置。為滿足500人生活用電、DP定位及吊裝等使用要求，需要配置強(qiáng)大的發(fā)電機(jī)組。發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)在主甲板(干舷甲板)和上甲板之間，以利于安裝，配電，維修等工作。原始的主甲板上層高不滿足3臺(tái)主發(fā)電機(jī)布置要求，故設(shè)計(jì)建造中需要拆除主甲板樓層，重新設(shè)計(jì)了新的主甲板樓層。在主甲板樓層布置了餐廳、儲(chǔ)藏間、空調(diào)房、洗衣間、健身房等房間。同時(shí)為了滿足惡劣海況下風(fēng)浪載荷的要求，主甲板樓層到上甲板樓層外圍壁設(shè)置了防浪墻。

5)上甲板布置。上甲板(露天甲板)上方原始的生活區(qū)只能供四五十人船員居住，故將生活區(qū)部分全部拆除，重新布置了4層500人居住的生活區(qū)，生活區(qū)面積占上甲板大概一半面積，每層可容納大概100多人同時(shí)居住，大部分房間都是2人間居住，舒適性比同類半潛式生活平臺(tái)高很多。工作間和駕駛樓布置在生活樓上方第五層和第六層，有著良好的海上駕駛和操作視野。左右舷各配備1臺(tái)起重能力在1 000 kN的吊機(jī)。為了方便維修設(shè)備器件等，在上甲板堆放區(qū)邊緣設(shè)置了工具維修間。另外，為了用于生活平臺(tái)人員與FPSO或油井平臺(tái)之間人員的過(guò)度，配備了1臺(tái)可升降旋轉(zhuǎn)的舷梯用于搭載人員。上甲板還留置可以堆放最大4 500 t甲板貨的堆放區(qū)。配備滿足500人逃生用救生艇，救生筏和工作艇。見圖2。

改造設(shè)計(jì)后的500人圓筒形生活平臺(tái)主要尺度和參數(shù)如下。

入級(jí)船級(jí)社 DNV，主船體直徑 60.0 m

舭部直徑 74.3 m,主甲板直徑 66.0 m

船體型深 27.0 m，移行吃水 6.0～8.0 m

最大操作吃水 16.0 m

最大操作吃水排水量 48 333 t

結(jié)構(gòu)吃水 19.0 m，最大移行速度 7～8 kn

推進(jìn)器 ABB/6×AZIPODCZ1400 L

主機(jī) 3臺(tái) Rolls Royce,B32

功率 MCR 5765×3 kW×720 RPM

船員 500人

船旗國(guó) Bahamas巴哈馬

要求該船滿足DNV在2010—2015 年期間已經(jīng)生效或發(fā)布的有生效日期的所有法規(guī)和修正案，船級(jí)符號(hào)為

DNV +1A1, Accommodation UnitECO

DYNPOS AUTRO,POSMOOR ATA/V(Option),

CLEAN,HELDK-SH, CRANE,

COMF C(3),COMF V(3)

2 穩(wěn)性分析

2.1 完整穩(wěn)性和破艙穩(wěn)性分析

該平臺(tái)完整穩(wěn)性和破艙穩(wěn)性均需要滿足IMO MODU code 的規(guī)范要求[1]。即在來(lái)自任何方向下70 kn風(fēng)速所產(chǎn)生的風(fēng)傾力距作用下滿足正常操作工況完整穩(wěn)性橫準(zhǔn)要求和100 kn風(fēng)速下自存工況的完整穩(wěn)性要求，以及來(lái)自任何方向50 kn風(fēng)速產(chǎn)生的傾斜力矩的所有破艙工況橫準(zhǔn)要求。對(duì)于圓筒形平臺(tái)而言，由于主體結(jié)構(gòu)是圓形，船體的長(zhǎng)度、寬度各個(gè)方向尺度一樣，并無(wú)某一方向特征長(zhǎng)度，因此，需要計(jì)算全方位的風(fēng)傾力距和穩(wěn)性，搜索出最危險(xiǎn)的橫傾軸方向，分析其穩(wěn)性。本平臺(tái)的上建筑非對(duì)稱，所以每個(gè)吃水工況在0°-360°范圍，以10°為間隔，進(jìn)行計(jì)算，找出每個(gè)工況的最危險(xiǎn)的橫傾軸方向。

圓筒形生活平臺(tái)有4工況需要考慮，即移動(dòng)航行工況、壓載工況、抗臺(tái)風(fēng)自存工況及作業(yè)工況，見表1。

表1 60 m直徑圓筒形生活平臺(tái)的典型工況

根據(jù)船東方合同要求正常操作工況和風(fēng)暴自存工況下需要滿足承載最大3 000 t甲板載荷，而在最大作業(yè)工況需要滿足承載最大4 500 t甲板載荷。在設(shè)計(jì)初期發(fā)現(xiàn)原始?jí)狠d艙室不能滿足裝載的穩(wěn)性要求。主要問(wèn)題在于首部4 500 t甲板載荷重心太靠前，平臺(tái)將會(huì)嚴(yán)重首傾。為了解決這一問(wèn)題，對(duì)尾部的原始貨油艙空間進(jìn)行重新劃分設(shè)計(jì)，考慮盡可能減小自由液面對(duì)穩(wěn)性高度的影響，將其改成4個(gè)壓載艙，用于壓載調(diào)平。同時(shí)，增加的壓載艙可以在深吃水時(shí)降低平臺(tái)重心，提高深吃水時(shí)的穩(wěn)性。優(yōu)化設(shè)計(jì)后的壓載艙室分布見圖2 b)。

2.2 救生筏可操作性

另外，為滿足500人救生要求，該平臺(tái)需要布置一定數(shù)量的救生艇和救生筏。在任何破艙工況下可操作的救生艇和救生筏數(shù)量都要能夠滿足500人同時(shí)救生。以救生筏為例，根據(jù)IMO MODU《海洋工程平臺(tái)設(shè)備規(guī)范》要求，平臺(tái)救生筏需要滿足以下規(guī)則：①每個(gè)平臺(tái)都要能夠提供同時(shí)滿足所有船員逃生用的一定數(shù)量救生筏；②在任何破艙工況下，救生筏的下放位置至少要高于水線2 m以上。

由于本平臺(tái)的救生筏采用的是氣脹下拋式，在設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)救生筏在淺吃水下破艙大傾角工況下拋后可能會(huì)觸底舭部圍裙。根據(jù)救生筏的設(shè)計(jì)吃水和下拋沖力可以大致得到救生筏下拋后不會(huì)觸底舭部圍裙要滿足：舭部圍裙吃水至少0.5 m以上。平臺(tái)救生筏的布置和下拋示意見圖4。

為了同時(shí)滿足500人救生要求，每個(gè)救生筏吊位置配備4個(gè)25人救生筏，因此在任何破艙工況下至少需要5個(gè)救生筏吊能夠同時(shí)使用。由于受到上甲板布置空間的限制，根據(jù)IMO MODU規(guī)范要求的所有破艙工況，淺吃水(移行吃水和壓載吃水)的極限破艙工況下，設(shè)計(jì)布置的7個(gè)救生筏吊位置均少于5個(gè)以上的救生筏吊可用(極限破艙橫傾角17°)。所以，為滿足救生筏吊的可行性，犧牲平臺(tái)一部分穩(wěn)性，將橫準(zhǔn)要求提高，將極限破艙橫傾斜角度由17°限制到15°。并進(jìn)行救生筏吊下拋可行性驗(yàn)證計(jì)算。計(jì)算結(jié)果顯示設(shè)計(jì)布置的救生筏位置剛好能滿足設(shè)計(jì)要求。

救生筏吊可行性驗(yàn)證計(jì)算橫準(zhǔn)要求：

1)救生筏距離水線中心距離L1A大于圍裙邊緣距離水線中心位置L2A:L1A>L2A。

2)救生筏下拋時(shí)在水線以上至少2 m高度,H1A>2.0m。

3)圍裙邊緣吃水HB,HB>0.5 m。

4)可使用的筏吊數(shù)量N,N≥ 5。

但是，由于本平臺(tái)的破艙工況很多，又同時(shí)需要分析平臺(tái)各方向上的破艙，根據(jù)上百個(gè)破艙工況浮態(tài)用常規(guī)的畫圖方式評(píng)判救生筏吊可行性并不現(xiàn)實(shí)。本船的穩(wěn)性模型和穩(wěn)性計(jì)算基于NAPA軟件，通過(guò)以上穩(wěn)性計(jì)算方法，使用NAPA軟件編程來(lái)進(jìn)行許用重心高度的計(jì)算和救生筏吊可行性驗(yàn)證計(jì)算。以一個(gè)吃水條件下一個(gè)破艙工況為例，見表2。

表2 救生筏吊可行性驗(yàn)證計(jì)算例子

2.3 穩(wěn)性分析結(jié)果

3 結(jié)論

1)采用有針對(duì)性的改裝設(shè)計(jì)方案，優(yōu)化總體布置，能夠?qū)?chǔ)油平臺(tái)改裝成高性能的生活平臺(tái)。

2)NAPA軟件編程是研究圓筒形平臺(tái)穩(wěn)性設(shè)計(jì)和評(píng)判救生設(shè)備可操作性問(wèn)題的有效方法。利用該軟件不僅能較好的從360°方向上研究分析該型平臺(tái)穩(wěn)性技術(shù)，同時(shí)能很好處理大量破艙工況下的救生設(shè)備可行性的綜合分析，以優(yōu)化救生設(shè)備的布置，提高其利用率。

3)合理布置救生設(shè)備、進(jìn)一步優(yōu)化布置提高救生設(shè)備的可利用率有待繼續(xù)深入研究，能否從救生設(shè)備的下放方式上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)值得探討。