動力定位離岸液貨卸載系統(tǒng)分析研究

李江江 王領(lǐng) 胡斌

摘 ? ?要：本文提出了一種動力定位離岸液貨卸載系統(tǒng)，主要用于從海向岸進(jìn)行液體輸送。該系統(tǒng)主要由專用母船和柔性軟管組成，專用母船具備動力定位能力，用于輔助油船定位;柔性軟管的重量大于其排開海水的重量，即使軟管是空的也會沉到海底，避免了將軟管錨固在海底的步驟。

關(guān)鍵詞：動力定位;離岸油料卸載;專用母船

中圖分類號：U664.8 ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： A dynamic positioning offshore petroleum discharge system is presented in this paper， which is mainly used for petroleum transportation from the sea to offshore. This system is composed of a primary ship which has dynamic positioning capability and flexible pipe which is heavier than the water and it will sink to the bottom even if the pipe is empty.

Key words： Dynamic positioning; Offshore petroleum discharge system; Primary ship

1 ? ?引言

離岸油料卸載系統(tǒng)是一個可快速部署和回收的系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用一種柔性管道實現(xiàn)油船在無碼頭情況時向陸上油庫補(bǔ)給油料。該系統(tǒng)需要解決以下兩個主要問題：一是如何用最小代價將油船可靠的系泊在海上;二是如何快速建立由海向岸的輸油通道。

離岸液貨卸載系統(tǒng)有多種型式：

（1）多點系泊系統(tǒng)型式

適用于海況溫和的海域，環(huán)境適應(yīng)性相對較差，一般用于低海況作業(yè);

（2）單點系泊系統(tǒng)型式

可適應(yīng)惡劣海況，水深適應(yīng)性較大，離岸液貨卸載系統(tǒng)中經(jīng)常采用該型式。該型式目前主要有懸鏈腿式單點系泊系統(tǒng)和單錨腿式單點系泊系統(tǒng)兩種：懸鏈腿式主要用于離岸輸油終端，通常多為固定設(shè)施，機(jī)動性較大;單錨腿式僅有一個錨固點可以實現(xiàn)快速部署;

（3）動力定位系泊系統(tǒng)型式

通過動力系統(tǒng)保持船舶在海上的位置，其使用靈活方便，但缺點是能耗很大。

目前，多點系泊系統(tǒng)型式和單點系泊系統(tǒng)型式離岸液貨卸載系統(tǒng)在國內(nèi)已有成功應(yīng)用的先例，但動力定位系泊系統(tǒng)型式離岸液貨卸載系統(tǒng)國內(nèi)尚無相關(guān)工程應(yīng)用成果。下面對動力定位系統(tǒng)型式離岸液貨卸載系統(tǒng)進(jìn)行分析研究。

2 ? ?動力定位離岸液貨卸載系統(tǒng)

2.1 ? 動力定位系統(tǒng)原理

為了滿足不同的作業(yè)需求，動力定位系統(tǒng)主要由：測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、動力系統(tǒng)和推力系統(tǒng)組成。

動力定位系統(tǒng)是一種閉環(huán)的控制系統(tǒng)，它可以不斷檢測出船舶實際位置的偏差，再根據(jù)風(fēng)、浪、流等外界擾動力計算出使船舶恢復(fù)到平衡位置所需推力的大小，并對船上各推力器進(jìn)行推力分配，使船盡可能保持在海上預(yù)設(shè)的位置區(qū)域。動力定位系統(tǒng)主要用來補(bǔ)償水平位移，可以實現(xiàn)較精準(zhǔn)的定位，但不能補(bǔ)償搖擺角位移。

目前動力定位系統(tǒng)在鉆井船上已廣泛使用，已有大量在惡劣海況下保持船位的應(yīng)用案例。對于離岸液貨卸載系統(tǒng)，由于使用柔性軟管輸油，對于油船的位移要求并不苛刻，一般在中等海況下將油船保持在海上的適當(dāng)位置即可實現(xiàn)由海上油船對岸油料卸載，因此動力定位系統(tǒng)用于離岸液貨卸載系統(tǒng)是可行的。

2.2 ? 動力定位系統(tǒng)組成

考慮到目前油船均未設(shè)置動力定位系統(tǒng)，如果直接在油船上增加動力定位系統(tǒng)將會導(dǎo)致較大的改裝成本，而且改裝所需時間周期長，因此建議選用一艘具備動力定位能力的專用母船作為油船海上定位的輔助船舶。該專用母船可在輸油海域長期輔助油船進(jìn)行動力定位，對于載重量萬噸級以下的油船，可以選擇合適的大型三用工作船直接改裝為專用母船，節(jié)省初始投資。

考慮到油船靠泊和控制魚尾運(yùn)動的要求，再另外選擇一艘拖船作為油船定位的輔助船。動力定位離岸液貨卸載系統(tǒng)，如圖1所示。

（1）專用母船

專用母船主機(jī)功率與系泊油船的噸位相匹配。初步估算，系泊萬噸級油船時專用母船主機(jī)功率超過1.3萬kW。

按船級社規(guī)范要求，目前動力定位分為DP1、DP2、DP3三個等級，如表1所示。

考慮到輸油過程中的安全性和位置控制要求，按DP2的要求設(shè)置專用母船的動力定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括：尾部2個側(cè)推;首部360 o全回轉(zhuǎn)的螺旋槳和2個側(cè)推器。

為了保障液貨的正常卸載，專用母船的主要設(shè)備包括：首部的卸載系統(tǒng)（包括旋轉(zhuǎn)接頭、快速解脫、快速連接和拾起纜）、2個漂浮軟管存儲絞車、輸油軟管及5個軟管絞車;尾部的鋪管滑道及連接平臺、兩棲登陸車、油料儲藏艙、側(cè)掃聲吶等。其布置圖，如圖2所示。

（2）拖船

主要用于：在淺水海域幫助專用母船進(jìn)行軟管的布放和回收，當(dāng)需要時可以裝卸軟管或者輔助拋錨，還可以提供穩(wěn)定的平臺用于潛水和潛水裝備;輔助將漂浮軟管拉至油船，也可以在油船需要時作為其尾拖船;救助船員、運(yùn)輸岸灘終端到兩棲工作艇、由工作艇運(yùn)輸岸灘終端到淺水區(qū)域;軟管管理，提供檢查、維修和海域交通管制服務(wù)。拖船裝備了360o全回轉(zhuǎn)首部推進(jìn)器。

（3）海底軟管系統(tǒng)

軟管道特點是重量大于其排開海水的重量，因此軟管空的也會沉入海底;軟管的外徑盡可能小，以便減少海流產(chǎn)生的作用力;軟管的彎曲半徑不大于4倍直徑，可以存放在專用母船的絞車上;軟管的抗拉強(qiáng)度應(yīng)足夠承受大型絞車拖曳上岸的拉力。

2.3 ?動力定位系統(tǒng)作業(yè)流程

動力定位離岸油料卸載系統(tǒng)是一個可快速部署和回收的系統(tǒng)， 其作業(yè)流程如下：

（1）當(dāng)?shù)竭_(dá)油料補(bǔ)給區(qū)域后，專用母船和岸灘建立通訊聯(lián)系。必要時專用母船將會對布設(shè)海域（水深大于10m）用海底側(cè)掃聲吶進(jìn)行測繪，選擇最優(yōu)的管線路線;

（2）專用母船到達(dá)10 m等深線水深的地方釋放一艘兩棲工作艇，其上載有岸灘終端單元、岸灘絞車及其他相關(guān)設(shè)備;兩棲登陸船將會拖著一條信號引纜到達(dá)岸灘高位水線以上岸灘終端單元布設(shè)地點，并選擇一個合適的用于岸灘終端單元和絞車安裝場地;信號引纜連接到絞車上，絞車收緊引纜將拖曳鋼索拉到絞車上，母船將拖曳鋼索的末端連接到軟管的末端，通過絞車將軟管拉到岸灘;

（3）專用母船釋放軟管時，根據(jù)岸灘坡度和距離，專用母船呼叫拖船幫助拖曳軟管到達(dá)淺水區(qū)域;當(dāng)軟管上岸之后，與岸灘終端連接;

（4）專用母船向外海航行同時布放輸油軟管，直到將軟管布放到油船系泊區(qū)域;當(dāng)?shù)竭_(dá)卸油海域后，專用母船會在軟管的末端連接一個浮筒和拾起信號纜，這樣卸油船舶到達(dá)后專用母船就可以離開并再次拾起軟管;

（5）專用母船將前進(jìn)到油船附近，將一條信號引纜和系泊纜送到油船的首部，然后將油船帶往系泊輸油區(qū)域;拖船將一根尾纜連接到油船，幫助專用母船控制油船運(yùn)動。專用母船通過拾起鉤重新拾取浮筒或者通過工作艇或者拖船輔助拾取浮筒;當(dāng)浮筒被拾起后，信號引纜將會連接到專用母船的首部輸油區(qū)域，然后將軟管的末端連接到軟管的首部卸油管路;

（6）與此同時，專用母船在拖船或者工作艇的幫助下從自身的尾部布放漂浮軟管到油船，油船會將漂浮軟管的末端連接到外輸油管系的末端，然后在專用母船的指揮下開始輸油作業(yè)，油船將油料輸送到專用母船的儲油艙;當(dāng)專用母船的儲油艙有足夠的油料之后，啟動輸油泵開始向岸灘終端單元和岸灘儲油設(shè)備輸油;

（7）專用母船通過自身動力定位系統(tǒng)保持在輸油區(qū)域的上方。當(dāng)不確定的魚尾運(yùn)動時，拖船將會連接到油船的尾部，并保證油船和專用母船間足夠的安全距離;

（8）當(dāng)卸油完成后，專用母船會將軟管的末端系上浮筒并拋入海中，連接油船的漂浮軟管會被回收到專用母船，與油船連接的系泊纜將解脫，拖船回收系泊纜。專用母船將連接下一艘油船，然后重復(fù)上述流程。

（9）當(dāng)所有的輸油完成并且決定回收輸油系統(tǒng)時，專用母船會拾起軟管且保證管內(nèi)是空的，解開軟管和岸灘終端單元的連接，然后開始用軟管絞車回收軟管。與此同時，岸灘終端單元將會解開連接并裝載到兩棲登陸車上，兩棲登陸車將帶著人員回到專用母船;當(dāng)所有的軟管回收完成后，專用母船和拖船將會前往下一個需要輸油的地方。

3 ? ?結(jié)論

通過本文對動力定位離岸液貨卸載系統(tǒng)的分析研究，得到如下結(jié)論：

（1）動力定位離岸液貨卸載系統(tǒng)可以實現(xiàn)快速部署撤收，方便轉(zhuǎn)移;其專用母船具有較大油艙，可以連續(xù)不間斷輸油;

（2）動力定位型式相較于系泊定位型式，優(yōu)點在于抗風(fēng)浪能力強(qiáng)、部署與撤收更方便迅速;

（3）從經(jīng)濟(jì)性方面，則無論是初期成本還是后續(xù)的使用、維修成本，系泊定位系統(tǒng)相對于國產(chǎn)化還不完全成熟的動力定位系統(tǒng)，具有明顯的優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)

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