某自升自航式維護平臺（Liftboat）的潛水泵選型探討

黃藝科 汪逢榮 易永光 周海青 何飛

摘 要：本文基于我司建造的某自升自航式維護平臺（Liftboat）項目，對絞盤安裝式潛水泵系統設計和選型的技術特點及應用進行分析探討。

關鍵詞：Liftboat；自升自航式維護平臺；潛水泵；氣隙；

中圖分類號：U674.98 文獻標識碼：A

Abstract： In the current depressed market environment， all kinds of offshore equipment in the world

are in poor business， but the volume of self-elevating & self-propelled maintenance platform （liftboat） has been attracting attention recently. Based on the project of Liftboat （GS14186） built in Guangxin Shipbuiding & Heavy Industry Co.， Ltd.， this paper analyzes and discusses the design and application of winch capstan-mounted submersible pump system.

Key words： Liftboat； Self-elevating liftboat； Submersible pump； Air gap

1 前言

Liftboat是一種多功能平臺。它裝有推進裝置，能夠短距離自航；裝有樁腿和電動升降系統，能像自升式鉆井平臺一樣在海上升起。該船的航行和就位不需要拖輪輔助，機動靈活、工作效率高。該船結構尺寸比較小，且比普通自升式修井平臺造價低廉、經濟效益好。同時擁有寬敞的甲板，可以布置和運輸多種功能模塊，能夠單獨或配合其它海上平臺完成連續油管修鉆井、平臺設施檢修、油田增產等海上作業。

Liftboat潛水泵系統用于平臺起升到合適高度后供應平臺海水，確保平臺消防水、冷卻水、甲板沖洗水、生活海水、海水淡化系統有足夠的海水使用。作為自升式維護平臺最基本、最重要的一個系統，海水系統設計的合理、高效及穩定直接決定了整個修井平臺工作的可靠性和穩定性，而該系統的核心設備—潛水泵的選型設計更是設計的重點。

2 Liftboat絞盤安裝式潛水泵系統的組成

（1）潛水泵；

（2）本地控制臺；

（3）軟管；

（4）電動軟管絞車；

（5）安全氣動絞車；

（6）連接附件等（見圖1）。

3 維護平臺服務工況

維護平臺與普通船舶不同，它的工作狀態比較復雜，各狀態下對海水需求也不一致。維護平臺的工況主要分為：（1）漂浮狀態。其服務對象距離較近，平臺短距離航行，而在短距離航行時是通過安裝在輔機艙單獨設置的2臺海水泵從左右舷海底門吸水供整船使用，海水泵排量滿足整船相關設備需求；（2）升降狀態。平臺定位后處于起升或平臺準備撤離服務區域下降時，通過海水泵將海水注滿緩沖艙，平臺運動過程中各設備從緩沖艙吸水；（3）服務狀態。平臺上的各設備系統處于正常使用時，此狀態由潛水泵供水。

4 潛水泵選型分析

4.1 功能說明

通常，為保證平臺穩性要求，減少海浪沖擊，使工作人員能夠通過水平步橋自由來往、平臺吊機能夠方便吊物，平臺在正常服務時主船體與海水表面留有一定的氣隙（主要看服務對象的高度，某維護平臺設計氣隙為12 m），主船體在離開海平面時必須通過潛水泵系統將海水提升到平臺，確保平臺消防水、冷卻水、甲板沖洗水、生活海水、海水淡化等系統有足夠的海水使用。

4.2 配置情況

根據ABS MOU的要求，對于冷卻水或者消防系統等重要用戶的供水需求，至少提供兩種水源供應，且一用一備。本維護平臺配置兩套潛水泵，布置在主甲板船中左右舷升高平臺處，分別從海平面下取水并注入共用的海水環管，供整個平臺的各相關設備使用。ABS規范要求，在平臺升降模式中，需要保證平臺在不使用潛水泵情況下，能夠保證平臺上的海水滿足消防、發電機冷卻水使用，特設置了一個緩沖艙，容積滿足升降期間要求（見圖2）。

4.3 安裝及維護注意事項

（1）絞盤通過輸送軟管與潛水泵連接，因軟管長時間承受重力、海浪引起的不規則拉力等外力影響容易損壞，需要單獨設置氣動絞車通過鋼絲繩與泵出口法蘭連接承受主要泵、軟管、軟管內海水、電纜等重力。由于氣動絞車與潛水泵絞盤難以同步，在升降潛水泵時需要兩人分別協調操作；

（2）氣動絞車出繩處需盡量靠近軟管通過絞盤滾輪自然下垂的中心位置，與潛水泵海水出口處連接的鋼絲繩末端需要特制吊環和安裝卸扣，跨過潛水泵出口法蘭，以避免鋼絲繩與鋼質銳角摩擦造成斷裂；

（3）潛水泵絞盤平臺需要漂出船體外板，以防止潛水泵在海浪沖刷作用下連帶軟管擺來擺去，碰撞船體外板銳角割破軟管，并且軟管通過絞盤平臺處設置“口”字型滾柱，避免摩擦；

（4）維護平臺處于漂浮狀態時，潛水泵本體需要高于平臺的設計吃水并固定在船體上，避免維護平臺自航或拖航時海水沖刷造成泵體、軟管等損壞；

（5）絞盤內徑的選取需要考慮所選擇軟管的彎曲半徑，以免造成軟管卷入絞盤時彎曲半徑過小而壓扁；

（6）潛水泵通過絞盤即可實現潛水泵本體的升降，只需要對應的電力和驅動氣動絞車的壓縮空氣氣源即可；如需要進行泵體維護，則需使用平臺吊機將潛水泵本體吊到甲板面進行維護。

4.4 潛水泵的材料選型

考慮到潛水泵的使用環境，泵軸通常選擇機械性能更優的雙相不銹鋼；外殼和葉輪選用更耐海水腐蝕的鎳鋁青銅材質；泵本體外部增加不銹鋼罩殼，以保護泵本體受機械損傷。

4.5 潛水泵排量計算及技術參數

4.5.1漂浮狀態

此狀態使用獨立的海水泵從船體海底門吸水供整平臺使用，無須使用潛水泵.

4.5.2.升降狀態

此狀態使用獨立的海水泵從海水緩沖艙吸水供整平臺使用，在平臺升高前預先通過海水泵將海水注入緩沖艙，僅供與升降有關設備的主發電機冷卻及消防使用。

4.5.3服務狀態

此狀態下主要海水用戶包括：主發電機組、空調、冷藏的制冷單元；造水機；衛生水系統等。以我司的LIFTBOAT項目為例，在服務狀態時計算過程如下：

（1）主發電機共四臺，此狀態下使用兩臺，水量需求55.9 m3/h x 2=111.8 m3/h；

（2）中央空調兩臺，一用一備，水量需求230 m3/h；

（3）造水機兩臺，一用一備，水量需求5.5 m3/h；、

（4）生活區域生活供水水量需求2 m3/h；

（5）冷藏裝置兩臺，一用一備，水量需求5 m3/h；

（6）配電板間海水冷卻獨立空調兩臺，一用一備，水量需求13 m3/h；

（7）消防水按照規范需要考慮兩套消防水龍帶的海水需求，根據訂貨消防栓參數，共需50 m3/h；

（8）空壓機空氣后冷卻器一臺，水量需求4 m3/h。

綜合如上的各設備水量需求，累計為421.3 m3/h。

4.5.4 潛水泵壓頭計算

根據技術規格書的各主要使用海水設備的壓力要求、平臺氣隙、目標海域浪高等參數，通過預估在對應排量時的管路沿程阻力和局部阻力等，最終得出泵的壓頭需求為表1所列。

綜上所述，潛水泵的流量及壓頭選型為：500 m3/h x70 m。

4.5.5 潛水泵的技術參數

5 結論

潛水泵的選型及使用決定了整個平臺海水系統的成敗，由于海水用戶和使用工況的多樣性，故一直是平臺設計的關注點。本文通過基于實際項目的計算分析，總結出潛水泵的設計選型及安裝要點，相信對同類項目有一定的借鑒作用。經廣新海工某自升自航式維護平臺的實際驗證，本文計算分析過程和實際使用情況均符合預期。

參考文獻

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[2] 中國船舶工業總公司. 船舶設計實用手冊[M]. 國防工業出版社，1996.

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