3 000 t起重鋪管駁船系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

冷喜嘉， 李 芳

(1.上海振華重工(集團)股份有限公司， 上海 200125； 2.上海佳豪船舶工程設(shè)計股份有限公司， 上海 201612)

3 000 t起重鋪管駁船系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

冷喜嘉1， 李 芳2

(1.上海振華重工(集團)股份有限公司， 上海 200125； 2.上海佳豪船舶工程設(shè)計股份有限公司， 上海 201612)

介紹了3 000 t起重鋪管駁船系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計理念和方法，為今后建造同類型工程船提供參考。

船舶系統(tǒng) 安全 環(huán)保

1 簡介

3 000 t起重鋪管駁為非自航淺水鋪管船，可短距離移泊，能夠鋪設(shè)水深為300 m的海底管線。該船兼具鋪管船、起重船和生活駁等多種功能(見圖1)。該船設(shè)計成功后，振華重工獲得巨大商機，先后建造了四艘，均已順利交付給國外船東，并投入運營。該船是國內(nèi)自主設(shè)計制造的向國外船東交付的第一艘海洋石油鋪管船，從而顯著提高了我國在大型起重船設(shè)計及制造領(lǐng)域的知名度，為更好地占領(lǐng)海洋工程配套市場打下了良好的基礎(chǔ)。該船于2012年11月10日在第十四屆中國國際工業(yè)博覽會上榮獲銀獎，而本次會議上獲得金獎“海洋石油981”是中國首座自主設(shè)計、建造的第六代深水半潛式鉆井平臺，其先進(jìn)性是不言而喻的。3 000 t起重鋪管駁能榮獲本次工博會銀獎也表明其設(shè)計和制造的先進(jìn)性。

圖1 3 000 t起重鋪管駁實船

保證船舶不沉性、防火、防污染、安全航行以及滿足人員生活需求的管路系統(tǒng)稱為船舶系統(tǒng)，包括壓載系統(tǒng)、 艙底系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、救生系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和吊機供電系統(tǒng)等。本文介紹了3 000 t起重鋪管駁船舶系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計理念和方法，為今后建造同類型安全環(huán)保工程船提供了參考。

3 000 t起重鋪管駁各系統(tǒng)設(shè)計時經(jīng)過了深入地調(diào)研和細(xì)致的分析，同時參考了同類型船的資料并結(jié)合該船的特點，采用切實可行的方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，目的是設(shè)計一條具有能耗低、操作性強、安全性高、居住舒適的綠色鋪管/居住駁。為此，該船在壓載系統(tǒng)設(shè)計、消防系統(tǒng)設(shè)計、救生系統(tǒng)設(shè)計、冷卻水系統(tǒng)設(shè)計、空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計、供水系統(tǒng)設(shè)計、電氣系統(tǒng)設(shè)計和吊機供電系統(tǒng)設(shè)計等多方面均加入了安全環(huán)保的設(shè)計理念，同時對船舶噪音限制和電站進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。以下分別介紹了3 000 t起重鋪管駁船舶系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計理念和方法。

2 壓載和艙底系統(tǒng)設(shè)計

3 000 t起重鋪管駁壓載系統(tǒng)的設(shè)計須滿足吊機(3 000 t固定吊、2 000 t全回轉(zhuǎn)起重功能)工作時船舶浮態(tài)調(diào)整的需求。在全回轉(zhuǎn)作業(yè)時，為了平衡2 000 t吊重對船舶浮態(tài)的動態(tài)影響，結(jié)合穩(wěn)性計算，該船在15 min內(nèi)左右舷調(diào)撥的最大壓載水水量達(dá)2 200 t，即8 800 m3/h。系統(tǒng)的設(shè)計在考慮操作可靠性、靈活性的同時也充分考慮配置成本。在機艙平臺左右舷各增加一個小管弄，用以布置1 000 mm的主管路，并在輔機艙設(shè)置兩對高低位海水門，從而減小管路通徑。這樣只有處于最危險工況，即艉部起吊2 000 t，回轉(zhuǎn)至側(cè)方90°時，才需要啟動4臺流量為2 200 m3/h的壓載泵，通過總管在E、F之間調(diào)撥8 800m3/h調(diào)平壓載水水量。這套系統(tǒng)還可滿足A、B、C、D間互相左右調(diào)撥，從而滿足其它工況穩(wěn)性要求，并將管徑降低約30%，減少了管路附件的成本。結(jié)合各壓載艙的液位遙測系統(tǒng)、船舶的吃水測量系統(tǒng)、遙控閥系統(tǒng)等，通過計算機能及時、準(zhǔn)確地對船舶浮態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。圖2為壓載管系布置圖。

圖2 壓載管系布置圖

由于本船艙底系統(tǒng)需滿足SPS特種用途船的要求，因此設(shè)置三臺艙底水泵和兩臺日用艙底泵，分別布置在機艙、輔機艙和船艉吊機下空艙內(nèi)(見圖3)。這樣布置能更好地保持三個泵工作的獨立性，不僅可以在正常使用時有效地排除水密艙室內(nèi)生成的艙底水，而且在單泵艙室發(fā)生破損的緊急情況下，使進(jìn)水艙室在有限進(jìn)水情況下也能有效地排水，更好地保證船舶安全航運。在實船使用中，效果非常好。

圖3 艙底水管系布置圖

3 救生、消防系統(tǒng)設(shè)計

鑒于3 000t起重鋪管駁為無動力駁，不屬于SOLAS公約要求的船舶，但船上船員及工作人員共計310人，救生、消防系統(tǒng)設(shè)計須滿足特殊用途船規(guī)范和居住駁規(guī)范的要求。因此，在設(shè)計中充分考慮上層建筑的分層及單層的甲板寬度的協(xié)調(diào)，在保證生活和工作空間的前提下，將其框定在1個主豎區(qū)內(nèi)，在防火分隔及消防布置上應(yīng)避免劃分過多主豎區(qū)使系統(tǒng)復(fù)雜化，同時極大地提高了住艙區(qū)的安全性和節(jié)約了成本。設(shè)計中進(jìn)行了人員撤離可行性量化分析，并對住艙內(nèi)的脫險通道包括走道、梯道號的設(shè)計進(jìn)行了評估，通過主梯道對角布置的方式在簡化布置的前提下保證人員能安全、快速地撤離。

3 000t起重鋪管駁消防系統(tǒng)則滿足SOLAS公約36人以上客船的最高要求。設(shè)置了水消防系統(tǒng)(濕式)、CO2滅火系統(tǒng)、機艙局部水霧系統(tǒng)、住艙水噴淋系統(tǒng)及直升機平臺泡沫滅火系統(tǒng)。各系統(tǒng)相對獨立，分區(qū)明確，操作自動化程度高。火災(zāi)危險性大，而本船人員眾多，故安全系統(tǒng)配置極高，這為船舶后期租賃或交易提供了堅實保障。

4 冷卻水系統(tǒng)設(shè)計

結(jié)合3 000t起重鋪管駁的實際操作工況，該船冷卻水系統(tǒng)設(shè)計在常規(guī)集中中央冷卻方式的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，采用了集中的海水冷卻系統(tǒng)和分散的淡水冷卻系統(tǒng)相結(jié)合的方式。將海水冷卻系統(tǒng)分為鋪管輔助設(shè)備海水冷卻系統(tǒng)和常規(guī)設(shè)備海水冷卻系統(tǒng)；將淡水冷卻系統(tǒng)分為發(fā)電機組冷卻系統(tǒng)、發(fā)電機組輔助設(shè)備冷卻系統(tǒng)、生活設(shè)備(包括中央空調(diào)及冷藏機組)。通過對熱平衡進(jìn)行計算，合理地分配冷卻器及冷卻水泵的數(shù)量及容量。使整個系統(tǒng)在該船的各種操作工況下，冷卻水系統(tǒng)都能夠充分地滿足需求，并消耗最低的電站功率，達(dá)到系統(tǒng)分區(qū)明確、操作簡單、低能耗和低投資成本的設(shè)計目的。

5 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

3 000t起重鋪管駁居住人員多、住艙面積大，在設(shè)計中央空調(diào)系統(tǒng)時不僅要保證良好的空氣調(diào)節(jié)效果，還要考慮機組噪音對人員舒適性的影響。該船按住艙甲板分層配置單層的中央空調(diào)機組，簡化空調(diào)風(fēng)管的布置，保證住艙區(qū)足夠的凈高。機組冷卻采用冷媒水間接冷卻的方式，將空調(diào)機組的壓縮機組及冷水機組從機組單元上轉(zhuǎn)移至機艙布置，在有效防止冷媒泄漏危害人員健康的同時將壓縮機組對住艙的噪音影響降至0。在系統(tǒng)的設(shè)計中，充分考慮了船員的舒適性，并秉持環(huán)保的理念，最終達(dá)到了很好的效果。

6 生活供水系統(tǒng)設(shè)計

3 000t起重鋪管駁人員多，用水量大，采用常規(guī)的壓力式供水系統(tǒng)，水柜的體積過于龐大，且無法保證船上不間斷的供水需求。因此，借用客船消防水“濕管”的設(shè)計理念，該船采用變頻供水系統(tǒng)。如圖4所示，本船飲用水系統(tǒng)及日用淡水系統(tǒng)均采用變頻供水單元，工作原理是根據(jù)用水量變化自動調(diào)節(jié)運行水泵臺數(shù)和水泵電機轉(zhuǎn)速，使水泵出口壓力保持恒定，從而保證水量需求。水泵軸功率與泵的轉(zhuǎn)速的三次方成正比，可見其節(jié)約的電能相當(dāng)可觀。還省去了設(shè)置壓力水柜，避免了用水的“二次污染”及后期維護。系統(tǒng)簡單、高效，安裝空間小，維護簡便。

圖4 淡水管系原理圖

7 電氣系統(tǒng)設(shè)計

在全船電氣設(shè)備中，大型動力設(shè)備都采用變頻控制方式，在系統(tǒng)配置上，采用虛擬24脈沖的系統(tǒng)設(shè)計，很好地控制了諧波量，為了減少信號之間的相互影響，變頻線路選用3+3標(biāo)準(zhǔn)型變頻電纜，顯著改善了電纜之間的干擾，電纜的選擇也充分考慮各種使用工況，優(yōu)化規(guī)格，降低投資成本，在系統(tǒng)調(diào)試使用過程中未出現(xiàn)任何異常情況。這樣的設(shè)計，充分體現(xiàn)了該船人性化的設(shè)計理念，適合在人員較多的船上推廣。

8 吊機供電系統(tǒng)設(shè)計

在3 000t吊機供電系統(tǒng)設(shè)計中，從主配電板匯流排兩側(cè)采用兩路獨立供電模式，每路容量為吊機消耗的50%，在吊機供電回路設(shè)置兩段，兩段之間設(shè)置聯(lián)絡(luò)開關(guān)。在正常情況下，開關(guān)斷開，每路負(fù)擔(dān)50%的電力消耗，一旦一條線路有問題，聯(lián)絡(luò)開關(guān)合閘，吊機仍然可以在50%的負(fù)荷繼續(xù)操作，顯著提高了吊機操作的安全性。

9 噪音限制設(shè)計

3 000t起重鋪管駁同時滿足310人住宿，這里不僅是船員和施工人員工作場所，同時也是他們休息場所，因此對于該船在各種工作和生活空間噪音分貝都有明確的規(guī)定，例如休息區(qū)域和醫(yī)療室：50dBA，控制室和辦公室55dBA等。為了將噪音控制在要求的范圍內(nèi)，在設(shè)計時特意將位于居住區(qū)域內(nèi)的空調(diào)機室和應(yīng)急發(fā)電機室噪音較大的處所與住艙隔離開，并在空調(diào)機室和應(yīng)急發(fā)電機室內(nèi)部做了特殊處理，即在空調(diào)機室和應(yīng)急發(fā)電機室的圍壁、天花板和甲板上敷上1.5mm～2mm厚高性能阻尼貼片，這樣可以有效地降低噪音，減少振動，從而為船員和施工人員營造一個舒適的休息和辦公環(huán)境。

10 電站優(yōu)化設(shè)計

由于工程船用電量大，該船電站配置4臺2 256kW發(fā)電機。在設(shè)計中突破大功率電站一定使用中壓電制的局限，通過認(rèn)真仔細(xì)核查，核算短路電流，最終把電站確定為低壓電制AC450，不僅為以后的使用節(jié)約了大量的維護成本，還降低了施工難度。通過主配電板、應(yīng)急配電板對全船用電設(shè)備供電。正常情況下，應(yīng)急配電板供電設(shè)備由主配電板通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)供電。主配電板失電時，應(yīng)急發(fā)電機自動起動并自動向應(yīng)急配電板設(shè)備供電。特種設(shè)備采用分區(qū)供電，確保使用時安全可靠性。

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11 結(jié)語

為了使3 000 t起重鋪管駁作業(yè)率高、作業(yè)時間長、保證人員安全性和舒適性，該船設(shè)計了合理的結(jié)構(gòu)型式，同時對壓載系統(tǒng)設(shè)計、 消防系統(tǒng)設(shè)計、救生系統(tǒng)設(shè)計、冷卻水系統(tǒng)設(shè)計、 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計、 供水系統(tǒng)設(shè)計、電氣系統(tǒng)設(shè)計、吊機供電系統(tǒng)設(shè)計、噪音限制設(shè)計和電站優(yōu)化設(shè)計等做了優(yōu)化處理，這樣的設(shè)計理念和方法為以后起重鋪管船的設(shè)計和開發(fā)提供了有益的參考。

[1] IMO.ABS. Steel Barge Rule [S]. 2009.

[2] IMO.SOLAS Consolidated Edition [S]. 2009.

[3] 中國船舶工業(yè)總公司. 船舶設(shè)計使用手冊[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，1999.

[4] 方桂筍. 基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計[D]. 蘭州：蘭州理工大學(xué), 2008.

[5] 船舶標(biāo)準(zhǔn)匯編.CB/Z 201-82, 水面艦艇和壓載水系統(tǒng)設(shè)計方法[S].1982.

Optimization Design of 3 000 t Derrick Pipelay Barge

LENG Xi-jia1， LI Fang2

(1. Shanghai Zhenhua Heavy Industry Co., Ltd., Shanghai 200125, China; 2. Shanghai Bestway Marine Engineering Design Co., Ltd., Shanghai 201612, China)

This paper introduces the optimization design of whole vessel for 3 000 t derrick pipelay barge. And hope to provide reference for the same type vessel in future construction.

Vessel system Safety Environmental protection

冷喜嘉(1981-)，男，工程師。

U662

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