海洋工程運輸船舶裝備適應(yīng)性改造設(shè)計探討

黃海濱，馮愛民，孫丕松，陳耀輝，徐 超

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

0 引言

隨著國家“一帶一路”經(jīng)濟倡議的全面推進，石油作為不可再生資源在國家經(jīng)濟發(fā)展中越發(fā)凸顯重要性。基于保護國內(nèi)石油儲量和開采海洋石油巨大成本壓力的現(xiàn)狀，國內(nèi)已有越來越多的企業(yè)“走出去”開發(fā)多渠道來源的石油能源物資。近年來中東區(qū)域國家同國內(nèi)企業(yè)日益加深全面合作，前往中東海域開發(fā)海洋工程已成為大趨勢。中東海域海洋工程開發(fā)由于受到季節(jié)性氣候限制、高溫氣候環(huán)境、高溫水文條件等環(huán)境條件的約束，開發(fā)適合當?shù)睾Ｑ蟓h(huán)境條件的船舶資源裝備就顯得極為重要。

現(xiàn)以國內(nèi)企業(yè)某大型自航工程運輸船舶為研究模型，提出船舶裝備系統(tǒng)適應(yīng)性改造的技術(shù)方案，主要改造的裝備系統(tǒng)為：動力驅(qū)動裝置海水淡水冷卻系統(tǒng)、舵機液壓系統(tǒng)、空調(diào)冷藏系統(tǒng)等。其良好的設(shè)計方案可以使工程船舶適應(yīng)中東高溫環(huán)境，以進行海上施工作業(yè)。

1 海洋石油工程運輸船舶作業(yè)海洋環(huán)境

中東海域阿拉伯灣每年11 月份至第二年3 月份是夏馬風盛行季節(jié)，2 月份最為活躍頻繁，最大風速39～49 km/h，陣風101 km/h，百年一遇每分鐘和每小時平均最大風速為別為27.35 m/s 和22.6 m/s。中東海域阿拉伯灣開放海域夏天海水最高溫度達到36.5 ℃。由于阿拉伯灣的海水鹽度高，海水溫度隨海水深度變化較小，水深10 m 時夏季水溫高達31 ℃（圖1，圖2）。

2 海洋石油工程運輸船舶裝備改造環(huán)保節(jié)能理論

從環(huán)境保護角度出發(fā)，必須積極降低原材料的耗用量，實施精益管理，最大限度地提高材料的利用率，節(jié)約資源。選擇優(yōu)質(zhì)船廠和設(shè)計單位利用現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)和工藝，提高造船鋼材使用率，降低鋼材使用量。在船舶設(shè)計和改造過程中應(yīng)始終密切關(guān)注船舶環(huán)保政策的調(diào)整，積極跟蹤船級社相關(guān)規(guī)范的制訂和業(yè)界的實施情況。持續(xù)跟蹤國際海事組織（International Maritime Organization，IMO）相關(guān)法律、法規(guī)最新進展和動態(tài)，并按照要求及時落實。

圖1 沙特海域風向圖

圖2 海水溫度場參數(shù)

船舶配備反滲透制淡水裝置，滿足船舶淡水需求，減少船舶淡水的補給，節(jié)約淡水的消耗；在船舶改造施工中應(yīng)嚴禁跑冒滴漏，同時應(yīng)開展保護海洋環(huán)境工作并減少對水資源的污染。在水線以下船體部分的油漆應(yīng)采用無毒油漆，使用保護海洋生物多樣性的有機硅油漆。為控制船舶縱傾、橫傾、吃水、穩(wěn)性或應(yīng)力，船舶在壓載水艙里加裝壓載水以保證船舶的安全航行。遵循IMO 最新生效的壓載水排放公約，設(shè)置壓載水處理裝置。

督促船廠做好舾裝油類作業(yè)（油品、燃油搭載，油污水處理），規(guī)范作業(yè)基準，明確防污責任，落實防污措施和油泄漏應(yīng)急措施，并通過各層次的環(huán)境巡回，強化遵守基準和污染預(yù)防的意識。設(shè)計和改造過程中應(yīng)遵循IMO 發(fā)布的《MARPOL 73/78》公約及其附則IV“防止船舶生活污水污染規(guī)則”和附則V“防止船舶垃圾污染規(guī)則”的規(guī)定；嚴格管理船舶的污油處理、垃圾處理和污水排放等，盡一切可能減少船舶污油、垃圾和污水的產(chǎn)生量。船舶污水的排放嚴格執(zhí)行國際公約關(guān)于特殊區(qū)域和含油量的有關(guān)規(guī)定。

改造期間和試航期間的污油水全部交由具備處理資質(zhì)的專業(yè)處理公司進行處理，以減輕對海洋環(huán)境的污染。船舶設(shè)計應(yīng)持有IOPP 證書（船舶防污證書），排放設(shè)備按照國際海事公約IMO 要求持有環(huán)保和排氣證書。

3 海洋石油工程運輸船舶裝備改造經(jīng)濟性分析

由于作業(yè)海域最高氣溫高達48.2 ℃，年平均最高氣溫達到46 ℃，海水溫度達35.5 ℃，均超過了研究樣本船舶的設(shè)計極限值。為滿足作業(yè)需要，保證船上如主機、泵、錨機、配電柜等機電設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，船員住艙環(huán)境舒適，必須對各船的如下系統(tǒng)進行改造：海水冷卻系統(tǒng)，生活區(qū)空調(diào)系統(tǒng)，機艙通風系統(tǒng)。

據(jù)不完全統(tǒng)計，全球主要海洋工程公司現(xiàn)有3800 t 級的大型起重鋪管船約4 艘：海工公司的藍鯨號和藍疆號，煙臺打撈局的華天龍，Saipem 公司的Saipem 7000。其主要參數(shù)對比，見表1。

表1 船舶主要參數(shù)對比

大型工程船舶和Saipem 7000 的起重能力大大超出油田作業(yè)需要，且租金費用太大，使用經(jīng)濟性不好。其起身條件也無法滿足波斯灣當?shù)氐母邷丨h(huán)境，在此條件下必須進行工程船舶的改造工作。改造后對未來在中東和熱帶市場有長遠的市場效益。

4 海洋石油工程運輸船舶裝備改造技術(shù)方案

4.1 增加換熱容量

左/右舷主機滑油冷卻器能力不足，更換高效率的換熱片或整體更換滑油冷卻器。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研及船上人員反映，在南海區(qū)域時，舵機、錨機、絞纜機液壓油溫較高，有報警現(xiàn)象?？紤]舵機、錨機、絞纜機的使用頻率，為舵機液壓系統(tǒng)增加2 臺海水冷卻、換熱量約為40 kW 的板式熱交換器，2 臺70 L/min 的液壓泵；為各錨機和絞纜機增加1 臺風冷、換熱量約48 kW 的風冷油冷卻器，共計4 臺。左/右舷主機低負荷運轉(zhuǎn)時，機帶海水泵壓力均不足，導致主機尾軸海水冷卻量不足。左/右舷分別增加一臺流量15 m3/h 的小型海水泵，供主機尾軸冷卻用。同時，該海水泵還供舵機新加的板式熱交換器用。

原機艙風管布置不合理，機艙3 臺風機在實際使用時均作送風機使用，無抽風機，致使機艙空氣循環(huán)不夠，熱量無法排出，導致機艙溫度偏高。在左舷庫房頂部即原艙口蓋處和右舷機修間頂部各增加1 臺風量66 000 m3/h、直徑1200 mm 的可逆轉(zhuǎn)式軸流抽風機。

根據(jù)最新SOLAS 規(guī)范要求，機艙內(nèi)應(yīng)設(shè)有應(yīng)急逃生孔。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，目前機艙內(nèi)無應(yīng)急逃生孔。建議在左舷庫房處增加1 逃生孔。

4.2 增加生活區(qū)空調(diào)

原生活區(qū)廚房沒有空調(diào)系統(tǒng)，導致廚房夏天熱，冬天冷。增加1 臺風冷、制冷量12 kW 的風管式分體式空調(diào)，室內(nèi)機放置在廚房旁的食品間，接入風管、布風器等風管附件，為廚房增加空調(diào)系統(tǒng)。外機放置在生活區(qū)第一層右舷外樓梯口處。

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研，并根據(jù)原有資料，經(jīng)計算，在沙特作業(yè)區(qū)域環(huán)境下，主要是一層的功能房間如會議室、餐廳及頂部駕駛室冷量不足?？紤]原中央空調(diào)還可以使用，為生活區(qū)一層的功能房間會議室增加1 臺制冷量約10 kW 的風冷、一拖二的分體空調(diào)，為餐廳增加1 臺制冷量約5 kW 的風冷壁掛式空調(diào)，為頂樓的駕駛室增加1 臺制冷量約5 kW 的風冷壁掛式分體空調(diào)。

4.3 船舶結(jié)構(gòu)加強

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研并通過結(jié)構(gòu)強度計算，工程船舶以下位置需進行結(jié)構(gòu)加強：FR 61、FR 64、FR 67 在部分開口處增加12×100 mm 扁鋼，共計40 塊；FR 88 左舷距船中4800 mm 處立柱端部肘板替換，由500×500×26 mm 替換為1000×1000×26 mm，共計4 塊。

4.4 改造施工中的困難

（1）設(shè)計單位不熟悉本船而造成設(shè)計失誤。選擇有相關(guān)設(shè)計經(jīng)驗的設(shè)計單位進行相關(guān)的設(shè)計工作，并要求由國外的設(shè)計單位進行部分作業(yè)工況的計算，在基本設(shè)計完成后，召開專家審查會，對成果進行審查后，再進行后續(xù)的設(shè)計。

（2）設(shè)備采辦未達到技術(shù)要求。由于本船設(shè)備數(shù)量較少，對主要的設(shè)備將列出設(shè)備廠商表，對采辦過程中的設(shè)備技術(shù)參數(shù)進行審核，對采辦過程進行監(jiān)控，避免低價低質(zhì)設(shè)備中標以及延誤交貨期影響改造。

（3）改造原材料漲價對改造工作的影響。由于本項目改造周期短，根據(jù)近兩年的船市預(yù)測，原材料都處于平穩(wěn)和略微下行的趨勢，即使出現(xiàn)超出預(yù)測的漲價情況，項目組將根據(jù)市場情況，在確保交船時間的前提下，動用不可預(yù)見費，保證項目的正常運行。

（4）改造過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題。派出駐廠監(jiān)造組，在項目初期對質(zhì)量體系和文件進行審核，監(jiān)造中嚴格按照質(zhì)量標準和規(guī)范要求進行驗收。

（5）工期延誤。從基本設(shè)計到交船只有4 個月時間，設(shè)計和改造工期極易出現(xiàn)滯后。采取設(shè)計、改造各自承包的方式，由改造船廠負責除概念設(shè)計外的所有設(shè)計工作，根據(jù)設(shè)計進度自行進行后續(xù)生產(chǎn)工序的快速跟進，同時，可以根據(jù)生產(chǎn)的需要順序安排設(shè)計計劃，避免設(shè)計時間的浪費。

5 總結(jié)

工程船舶適應(yīng)性改造方案使用了現(xiàn)場勘查及數(shù)值模擬的工具來進行研究，方案的應(yīng)用實踐為海洋石油工程船舶前往中東海域工作奠定了理論支撐，船舶裝備系統(tǒng)的適應(yīng)性改造方案體現(xiàn)了環(huán)境友好的理念，細微處的設(shè)計點也體現(xiàn)海洋生物資源及保護物種多樣性的設(shè)計思路。