“海洋石油201”壓載系統分析

劉煒慧，賈惠春，凌 靜

(江蘇熔盛重工有限公司，江蘇 南通226532)

“海洋石油201”是江蘇熔盛重工有限公司為中國海洋石油總公司建造的深水鋪管起重船，鋪管作業水深15～3 000 m，起重能力艉固定4 000 t和全回轉3 500 t，采用全電力推進，鋪管滿足DP-2，起重滿足DP-3，入級ABS/CCS。該船總長204.65 m，型寬39.20 m，垂線間長185 m，型深為14 m，作業吃水7.0～9.5 m，結構吃水11 m，具有自航能力，能在除北極外全球無限航區作業［1］。

鋼質海船入級規范(2006)中DP-3要求:安裝有動力定位系統的船舶，在出現任一故障(包括由于失火或進水造成一個艙室的完全損失)后，可在規定的環境條件下，在規定的作業范圍內自動保持船舶的位置和首向［2］。

該船由于具有起重功能，在起重機起吊、回轉的過程中，會對船舶的安全和穩性產生影響，因此如何調駁壓載水比較重要。

1 目前常見的幾種壓載模式

1.1 利用靜水壓力

利用靜水壓力，也就是讓水通過自身的重力，流進壓載艙或者流出去。也可從高位壓載艙到低位壓載艙。這種方法成本低、能耗小、進排水速度較快、設備和管系的安裝工作量小，但由于受壓載艙位置和船舶吃水的限制，常常需要與別的方法一起使用。

1.2 采用壓載泵

采用大排量的離心泵是目前比較常見的一種方法，因為對壓載艙的位置無限制而且技術成熟。打壓載時，通過海底門把水吸入海水總管，再送到各個壓載艙;排水時，用泵把艙里的壓載水抽出，送到排舷外總管。同時，可以根據合理的設置，實現艙和艙之間的壓載水調駁。

1.3 采用壓縮空氣

通過空氣的加壓或者減壓來實現壓載水的注入和排出。具體過程是，向壓載艙內打入壓縮空氣，當液面上方空氣墊的壓力大于壓載水排出的阻力時，就可排出壓載水。注入壓載水時，必須是壓載艙在水線以下位置時，可減小空氣壓力打破平衡來實現。此法成本低、能耗小、進排水速度快、安裝工作量不大，但同樣也受壓載艙位置和船舶吃水的限制，所以一般和壓載泵結合使用。

1.4 幾種壓載方法比較［3］

幾種壓載方法比較見表1。

表1 幾種壓載方法對比

結合本船的特點，選用了靜水壓力和壓載泵兩種方法進行壓載。

2 壓載泵的選型

該船對壓載系統的要求如下。

1)在6 h內將船從航行吃水狀態壓載到滿載水線狀態。

2)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，壓載系統必須能夠在30 min完成壓/排水操作。

根據總布置(圖1)，該船共設30個壓載艙，2個壓載泵艙。其中，雙層底壓載水艙1、4P/S、7、9、12、14P/S用來壓載，邊壓載水艙2P/S、3P/S、5P/S、6P/S、8P/S、10P/S、11P/S、13P/S、15P/S、17P/S用于調載，16P/S為減搖艙。

圖1 壓載艙布置示意

根據本船對壓載系統的要求，分別進行排量計算為

式中:K——系數，邊壓載艙取1.1，雙層底壓載艙取1.25。

根據DP-3的要求，在一個泵艙失效的情況下，另一泵艙仍能實現其功能。所以需在前后泵艙各設置2臺壓載泵，一用一備。在不同工況下進行不同的調載方案，取其所需調載量最大的值，結合阻力計算等，最終選擇4臺排量3 500 m3/h、揚程0.3 MPa的離心式水泵。

3 壓載管系設計

3.1 管路附件

由于壓載艙很多，壓載管管徑較大，總管1 000 m、支管800 m，不便進行手動操作，主要功能閥門選用了電液一體控制的蝶閥，干式安裝。由外部供電提供動力源，蝶閥驅動頭自身帶有一套液壓裝置，無需另外提供單獨的液壓泵組。

為便于調節，壓載泵出口及邊壓載艙進出口處的蝶閥選用開度型的。此種類型的閥，遙控操作時可以達到0～100%任意開度。中控通過閥門反饋4～20 mA控制閥門開度，當反饋為4 mA時閥門為全關狀態，當反饋為20 mA時閥門為全開狀態。

海水進口及出口閥為單作用閥，又稱為失電關閉型閥門，原理是閥門失電時，利用控制閥門內部氮氣瓶出口的電磁閥，打開氮氣瓶釋放氮氣，依靠氮氣壓力把閥門關閉。

其余蝶閥為開關型閥門，即只有“開”和“關”兩種狀態。閥門本體上有兩個限位開關，當閥門軸轉到開限位時，本體上燈顯“紅色”，當閥門轉到關限位時，本體上燈顯“綠色”。

3.2 管路布置

壓載管路布置的方式有很多，如支管式、單/雙總管式、環形總管式、管隧式等。

該船初步確定采用環形總管式。由于艏艉4P/S和14P/S壓載艙較高，如果使用傳統的環形總管式，這部分的壓載管附件會浸沒在壓載艙里，這對日后使用過程中的維護會造成一定的麻煩，最終這部分參考了支管式的布置方法。所以該船是結合使用了環形總管+支管式的混合方法。雖然艏艉壓載支管較長，但是對閥件的觀測、操作、維修都方便了很多。

4 壓載方案

前后壓載管中間設置隔離閥BWV032/033，將壓載總管分為前后兩個部分。在前后分別設置隔離閥BWV034/035/036/037，由這6個隔離閥將壓載艙分為4個區，左前、右前、左后和右后，可實現壓載艙之間的調載。

30個壓載艙中只有7#、9#、12#、16#、17#壓載艙不參加調載。通常情況下，壓載有3個步驟:預壓載水、左右調駁壓載水和排壓載水。

4.1 預壓載水

盡量保持船舶平衡，不能出現較大的橫傾和縱傾，如果壓載艙壓水不超過7 m，不需要啟動壓載泵，采取前后機艙同時進行，一左一右，合理選擇壓載艙，保持船舶平衡。

前后機艙隔離閥BWV032/033保持關閉狀態。

1)前機艙左艙(通常啟動1#壓載泵)。

BWV042/BWV041-BWV008-BWV018-BWV025-1#壓載泵-BWV038-BWV024-前機艙壓載艙(左)。

2)前機艙右艙(通常啟動2#壓載泵)。

BWV042/BWV041-BWV008-2#壓載泵-BWV039-BWV039-BWV027-前機艙壓載艙(右)。

3)后機艙左艙(通常啟動3#壓載泵)。

BWV044/BWV043-BWV009-3#壓載泵-BWV040-BWV028-后機艙壓載艙(左)。

4)后機艙右艙(通常啟動4#壓載泵)。

BWV044/BWV043-BWV009-BWV017-BWV030-4#壓載泵-BWV003-BWV031-后機艙壓載艙(右)。

4.2 左右調駁壓載水

1)前機艙左艙調駁到右艙(通常啟動2#壓載泵)。

壓載艙(左)-BWV026-2#壓載泵-BWV039-BWV027-壓載艙(右);

前機艙右艙調駁到左艙(通常啟動1#壓載泵);

壓載艙(右)-BWV025-1#壓載泵-BWV038-BWV024-壓載艙(左)。

2)后機艙左艙調駁到右艙(通常啟動4#壓載泵)。

壓載艙(左)-BWV030-4#壓載泵-BWV004-BWV031-壓載艙(右);

后機艙右艙調駁到左艙(通常啟動3#壓載泵);壓載艙(右)-BWV029-3#壓載泵-BWV040-BWV028-壓載艙(左)。

4.3 排壓載水

1)前機艙(通常啟動1#壓載泵)。

壓載艙(左)-BWV16-1#壓載泵-BWV038-BWV010-BWV045(左)/BWV046(右);

壓載艙(右)-BWV025-1#壓載泵-BWV038-BWV010-BWV045(左)/BWV046(右)。

2)后機艙(通常啟動4#壓載泵)。

壓載艙(左)-BWV030-4#壓載泵-BWV003-BWV011-BWV047(左)/BWV048(右);

壓載艙(右)-BWV019-4#壓載泵-BWV003-BWV011-BWV047(左)/BWV048(右)。

該船設置自動調載功能，主要在壓載控制室集中控制，也可手動控制。特殊情況下可在船上其余控制室(如DP控制室、集控室等)控制。可實現自動注水、艙與艙之間的自動調駁和按設定值自動排水的功能。

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

［2］中國船級社.鋼質海船入級規范(2006)［S］.北京:人民交通出版社，2006.

［3］黃 超，何炎平，張維競，等.大型起重船典型壓載系統介紹與分析［J］.造船技術，2010(2):26-31.