劉寶昌，陳新德，吳巍巍

(江蘇熔盛重工有限公司，江蘇 南通226532)

“海洋石油201”是深水鋪管起重船，采用DP3動力定位系統，全船采用電力推進。ABS和CCS雙重船級。該船在起重作業狀態滿足DP3(ABS:DPS-3，CCS:DP-3)要求，在鋪管作業狀態滿足DP2(ABS:DPS-2，CCS:DP-2)要求。

1 壓載系統設計要求

壓載水系統的排量是基于在6 h內將船從航行吃水8 m，調載到滿載水線狀態(大約9 m)。

壓載水系統的設計依據是，在4 000 t起重機從左舷至右舷回轉180°及起重3 500 t全回轉狀態下，壓載系統能夠30 min完成壓/排水操作。

2 壓載系統組成

2.1 壓載艙及壓載管

該船共有30個壓載艙，位于雙層底及主甲板以下的兩舷，壓載管系設計采用環形總管設計，優點是每個壓載艙進出水管為同一根管系，既滿足設計需求，也節省了管材、閥門及驅動頭等，降低了成本，并減輕了船舶的重量。另外在失去一個泵艙或任一壓載泵的情況下，仍能滿足全船的壓、調、排載需求。通過總管上的6個隔離閥把壓載艙分為前左、前右、后左、后右4個區域，BWV032及BWV033為前后機艙隔離閥，正常情況下是關閉的。

2.2 壓載泵

該船配置4臺排量為3 500 m3/h的壓載泵，額定電壓6.6 kV，電流49 A，轉速994 r/min，前后泵艙各設置2臺，每臺各帶1臺自吸真空泵防止干運轉(與壓載泵有啟動聯鎖)。壓載泵可就地或遙控控制，4臺壓載泵分別由1#、2#高壓配電板的A、B段供電，4臺壓載泵互為備用。

2.3 閥門遙控蝶閥及液位遙測

該船閥門為電液式閥門，分別由位于泵艙的4個控制箱集中控制，設計原則為“快開慢關”。液位傳感器為壓力式，每個大容量壓載艙及參加橫傾的壓載艙均安裝2個傳感器，液位遙測系統讀取2個傳感器數值并取平均值，若一個傳感器出現故障，系統自動讀取另一個傳感器數值，保證液位數據準確。“海洋石油201”船還有4個吃水傳感器，分別裝在船舶底部，位于船舶船艏、船艉、左舷、右舷，通過軟件修正到與船舶吃水線位置一致，為船舶提供吃水狀態。為了滿足DP3要求，“海洋石油201”船裝有3個運動參考單元(MRU)，兼用壓載系統控制。因MRU的數據比較精確，正常情況下，船舶的姿態采用MRU的數據，將吃水傳感器測量的數據作為船舶姿態數據的冗余。

2.4 裝載計算機

201船裝載計算機作為一個獨立系統與船舶管理系統(VMS)進行通訊，實時交換壓載數據，系統固化該船基本信息，確保計算出的數據精確。裝載計算機可以在線或離線工作，在線工作時，它接收液位遙測系統和其它相關數據，進行壓載計算，離線工作時，操作員可以手動輸入相關數據，進行相關計算［1］。

2.5 壓載控制系統

壓載系統控制集成在互為冗余的2個控制箱FS50、FS51里(見圖1)，2個信號采集箱分別有2套RCU裝置，A，B各有1套，通過4根光纖和4根RBUS線連接在一起，這樣在任一個信號采集箱發生故障的情況下，壓載系統仍能正常工作，不會影響壓載系統運行。另外為了安全，該船的壓載系統為獨立的控制系統，即使船舶通信網絡(A、B、C網)均不好用時，壓載控制系統仍可以實現遙控操作。這是該船壓載系統的一個特色。

圖1 壓載系統控制系統

3 自動壓載系統的工作流程

3.1 自動壓載系統的軟件按鈕

自動壓載系統軟件按鈕由software buttons，automatic Fill/Discharge of tanks，automatic tank to tank operation組成，其中software buttons包括Close All、Emergency Stop、Auto and manual button。

1)Close all。前后機艙壓載控制界面上均有1個Close all軟銨鈕，當按下這個銨鈕后，控制界面上的所有閥關閉，泵停止運行。另一界面的閥和泵保持原態不變。

2)Em’cy Stop。前后機艙壓載控制界面上均有一個Em’cy Stop軟銨鈕，當按下這個銨鈕后，壓載系統所有閥關閉，壓載泵停止運行。

3)Auto and manual button。前后機艙壓載控制界面上均有1個Auto and manual button軟銨鈕，這2個銨鈕與Close all一樣，都只負責自己所在的MINC界面。當為manual時，操作員可以手動操作壓載，這時自動壓載的邏輯就不起作用;當為Auto時，界面上所有閥門變為“a”，這時就不能手動操作閥門。

4)Automatic Fill/Discharge of tanks。Automatic Fill/Discharge of tanks包括2P和4P 2種模式(P表示Pump)4P模式，4個壓載泵同時啟動，同一泵艙2臺壓載泵分別是一壓一排。這種模式的好處是能夠快速地進行壓、排載操作，更好地配合吊機工作。但也存在缺陷:任一臺壓載泵維修或出現故障及壓載泵進出口相關閥門出現故障時，4P的自動壓載邏輯就不能實現。當有壓載泵遙控蝶閥發生故障或需要檢修時，操作員可以使用2P模式進行壓載操作。2P模式需要操作員手動選擇壓載泵，自動壓載邏輯會根據操作員所選擇的壓載泵自動選擇路徑，進行壓載。

5)Automatic tank to tank operation。“海洋石油201”船起重作業時，裝載計算機會根據船舶現有壓載狀態計算出是否滿足作業要求，如果滿足，操作員就可以選擇此種模式，優點是不需要從外界壓載水，船舶內部調撥壓載水就可以完成此次吊重工作，能更好地控制船舶狀態，減少故障點，即降低了故障發生的可能性，更加安全可靠。

3.2 自動壓載模式

自動壓載分為手動和自動2種模式，手動模式即人工遙控模式，可以實現Close all和Em’cy Stop操作、也可以實現壓載艙間的半自動壓載操作。自動模式即根據作業需求自動完成船舶姿態的控制及調整，包括吃水、縱/橫傾及船舶穩性GM值的范圍控制。

3.3 自動壓載的工作流程

以主吊機在31 m跨距下吊重2 200 t為例，介紹自動壓載的邏輯流程。首先裝載計算機通過液位遙測系統整理收集船舶現有壓載狀態數據，鋼管或其他貨物都錄入甲板貨物重量進行修正，校準船舶現有狀態(船舶初始數據一定要盡量準確，這樣裝載計算機計算出的數據才會更接近真實值，誤差才會更小)。輸入吊機起重數據2 000 t，31 m跨距。裝載計算機會計算出在現有狀態下進行此操作后船舶的傾斜狀態。確保壓載系統的ICMS界面里全為“AUTO”，見圖2。船舶的平均吃水為5.763 m，縱傾為0.116 m，橫傾為2.866°。GM為7.4 m。

圖2 裝載計算機任務界面

操作員根據實際情況輸入船舶傾斜范圍要求、計算次數及本次所使用的壓載艙。主吃水誤差為0.01 m，縱傾為0.01 m，橫傾為1°，在選擇壓載艙后，設定計算重復次數為200，如果200次內，裝載計算機能夠計算出符合要求的壓載方案，裝載計算機會顯示計算方案。如果200次內沒有符合要求的壓載方案，裝載計算機會彈出對話框提示本次計算失敗。這時需要調整船舶傾斜狀態誤差范圍重新計算，也可以通過調整所使用的壓載艙重新計算。根據船舶壓載艙的具體情況，軟件內會設計壓載艙低于多少水即為空艙，該船船設計為50 m3(可調節)。如果裝載計算出的壓載方案被接受認可，系統會保存該壓載方案，然后按照該方案執行。

自動壓載邏輯里，由于壓載艙結構不同和閥門關閉的時間較長，會導致每個壓載艙在壓、排載水時所表現的特性不一樣。為了精確控制壓載水量，遙控蝶閥采用比例積分、微分調節控制(PID)，根據手動壓載經驗，為每個壓載艙設置不同的PID值。

4 自動壓載系統的缺陷及改進方案

4.1 系統缺陷

在自動壓載系統調試的過程中發現該系統有以下幾點缺陷。

1)壓載泵排量太大，但是閥門的開啟和關閉動作時間過長，導致自動壓載控制時誤差過大，無法實現精確控制。

2)由于自動壓載時閥門采用PID控制，在壓載艙接近目標值時，閥門的開度會越來越小，但是海水進壓載總管閥門為開關閥，無法調節開度，導致壓載泵進口無法控制水量，會造成壓水時壓載泵進口壓力過大。

3)在配合主吊機吊重試驗時，發現由于1#、7#、9#、12#壓載艙為雙層底艙且容量比較大，如果計算機的計算方案中，這幾個艙沒有壓滿，在起重機回轉過程中，因為艙容較大，自由液面會加大，船舶橫/縱傾會超出計算范圍，會有一定危險。

4.2 改進方案

針對以上系統缺陷，結合該船自動壓載調試過程，對其自動壓載系統提出以下改進方案。

1)把前后泵艙進壓載總管的閥門改為開度閥，前泵BWV008，后泵艙BWV09，這樣就可以有效地控制壓載總管的水量，從而達到控制壓載泵出口壓力的目的。

2)第3個問題處理起來比較麻煩，由于這幾個艙都是中間底艙，橫跨左右舷，要想減少自由液面，必須減小它們的艙容。一個方案是每次壓載方案都設定這幾個艙均壓滿艙水;另一個方案是把它們以中線隔開，使一艙變兩艙，這樣做的缺點是改動量較大，需要加支管和閥門，好處是可以真正有效地減少自由液面。

5 結論

隨著科技的發展，以后的海洋工程項目的自動化水平會越來越高，自動壓載系統也會得到廣泛的應用。設計使用自動壓載系統時要考慮船舶的很多參數，不能簡單地認為是靠控制邏輯實現，要在基本和詳細設計時根據船舶功能詳細考慮壓載艙結構、壓載管系布置及相關設備的參數配置，如壓載泵排量和遙控閥門開關時間等。

［1］薛愛麗.“海洋石油201”壓載控制和液位遙測系統介紹［J］.船海工程，2012，41(2):84-87.