輪機系統在DP3鉆井船上的應用

朱百祥，吳國順，向小斌，郭 金

（上海中遠船務工程有限公司，上海 200231）

0 引言

隨著科學文明的進步和人類對能源需求的日益膨脹，人類對傳統能源的探索與開發也開始由陸地走向海洋，從淺海走向深海。根據水深的不同，各式各樣的平臺與船舶也因此應運而生，而在深水區，傳統的拋錨定位在這些頻繁移動的平臺和船舶中變得不切實際，因此它們幾乎無不例外的都配備了同樣的一件法寶——動力定位系統。顧名思義，動力定位系統的主要作用就是讓在深水區作業的船舶或平臺，通過計算機從船上各個環境傳感器收集的環境外力信息，結合從高精度衛星定位系統得到的位置信息，再經過計算機的復雜運算，然后根據計算結果對各個推進器輸出指令不斷調整各個推進器的力和方向，以維持船舶的位置和艏向。

1 動力定位各等級的闡述以及冗余度要求[1,2]

船舶基于安全性和可靠度的不同需求，根據IMO和ABS船級社的規定，DP可分為以下四個等級。

DP0：船舶需要配備集中的手動位置操控和自動的艏向控制系統，在許用的最大外部環境下以維持船舶的位置和艏向；任何一個與系統相關的單點故障都有可能會造成動力定位的失敗。

DP1：船舶需要配備動力定位系統，在許用的最大外部環境條件下，能夠自動地控制船舶的位置和艏向，另外還需要配備一個手動的位置控制系統；與DP0一樣，任何一個與系統相關的單點故障都有可能會造成動力定位的失敗。

DP2：在DP1的基礎上，船舶還需要在任何除一個水密和A-60防火區間（以下統稱區間）失效的單點故障模式下，維持系統的正常運行；在該等級下，所有與DP相關的動態系統部件都需要有冗余，以確保船舶在單個動態組件失效的情況下，動力定位仍然不會失敗。

DP3：在DP1的基礎上，船舶可在任何因為淹艙或者失火造成一個區間失效的情況下，仍能維持系統的正常運行；在該等級下，所有與DP相關的無論是動態還是靜態的系統部件都需要有冗余，以確保船舶在最嚴重失效情況下（丟失一個區間），動力定位仍然不會失敗。

此外，冗余的系統組件或者系統需要及時進入工作狀態，以確保船舶能夠有足夠的時間結束正在進行的工作。

基于IMO的DP等級劃分，主流的船級社也都擁有自己的入級符號，比如ABS的DPS系列，DNV的DYNPOS系列等。

2 動力和推進系統簡述

對于本文中的DP3鉆井船，為了便于后文對輪機系統應用的理解，現將其動力和推進系統配置進行簡單描述。如圖1所示，本船共有6臺主機，均勻分布在3個相互獨立的機艙內，機艙前面則對應的分布了3個高低壓配電板間和泵艙，從上往下依次為高壓配電板間，低壓配電板間和泵艙，這樣尾部每個機艙和其對應的高低壓配電板間、泵艙組成一個大的區間，以滿足DP3的分割要求；全船共有6臺全回轉推進器，其中1、4為一組，2、5為一組，3、6為一組，每一組推進器則掛載在分布于不同區間的配電板，而這些配電板則是由對應的主機-發電機組供電，具體的配電掛載信息見圖2。

圖1 主要艙室和推進器布置簡圖

3 輪機系統應用[1,3]

所有圍繞動力定位相關的輪機功用輔助系統，不僅需要滿足系統冗余度的要求，還需要考慮破艙失火等最大故障模式下，設備布置和系統設計能否滿足相應的可靠度要求。以下對相關的輪機系統應用進行逐一描述。

圖2 配電系統簡圖

3.1 燃油系統

根據ABS規范的要求，每個日用柜需可滿足所服務的所有主機至少連續運行8小時，根據上文對于定位等級和冗余度的闡述，從燃油儲存柜到沉淀柜的燃油輸送部分可不納入DP冗余的考慮范疇，故只需要考慮沉淀柜和日用柜及相關燃油輸送設備和管路的布置。本船共有2個燃油沉淀柜和3個燃油日用柜，2個燃油沉淀柜分別布置在兩個水密同時滿足A-60防火分隔的區間內，3個日用柜及燃油分油機則布置在3個三個互相獨立的機艙內，燃油供應管路和設備均設置在單獨機艙中，機艙之間滿足水密和 A-60防火要求。考慮到有兩臺分油機公用一個沉淀柜，所以給#2號分油機額外增加了一路從燃油儲存柜過來的供油管路，此管路不與去其他分油機的管路走到一個區間內，此外，所有機艙之間的互為備用管路在穿過機艙艙壁的時候，于艙壁兩側都設置了隔離閥，以確保機艙失火的時候能夠在隔壁機艙及時關斷這些互為備用的管路。

3.2 滑油系統

本船每個機艙中的兩臺主機公用一臺滑油分油機，每個機艙的滑油系統均單獨布置，以滿足DP3冗余要求；滑油分油機的進出口均設置自動換向裝置，該換向裝置除滿足ACCU要求外，還確保了分油機在給一臺主機過濾油底殼滑油的時候不會把滑油打到另外一臺主機的油底殼，保證了系統的可靠性。

本船的推進器所使用的滑油和液壓油系統也均是單獨布置在各自的推進器艙里面，以保證相互的獨立性。

3.3 冷卻系統

本船的冷卻水系統主要分成兩塊，一塊是海水冷卻，另一塊則是淡水冷卻，海水主要是給主輔機、推進器淡水冷卻系統的熱交換器和其他需要海水直接冷卻的設備做冷卻，主輔機和推進器均有各自的淡水冷卻系統做冷卻。

如前面所述，本船艏部有兩個泵艙，艉部三個泵艙，泵艙之間均是相互獨立的區間，艏艉泵艙各有一根公用的海水總管貫穿通過，左右兩側各有兩個海底門可以為海水總管供水，總管在通過這些泵艙的時候，在泵艙的兩側均設置了遙控隔離閥，泵艙內則設置了大艙報警，一旦發生破艙的情況下，船上的中控在檢測到相應報警信號的情況下，能夠采取措施及時關斷相應的隔離閥。由于艏部有3臺推進器，而只有2個泵艙，為了滿足冗余度的要求，為1號推進器的海水冷卻部分分別在兩個泵艙中各做了一套，2、3號推進器的海水冷卻系統則全部布置在1號和2號泵艙，這種設計在丟失任何泵艙的情況下，均不會同時失去兩臺推進器的海水冷卻；因為艉部有3個泵艙，每個推進器和每個海水的冷卻系統均單獨布置在每個泵艙內，所以可以滿足隔離要求。

船上的主機淡水冷卻系統和推進器淡水冷卻系統均布置在各自相應所在的機艙和推進器間內，可完全滿足DP3要求。

本船配電板間的空調是采用海水直接冷卻的，每個配電板間的空調均有來自兩個相互獨立區間的海水冷卻泵和管路供水，以滿足要求。

3.4 啟動空氣系統

每個機艙內均布置了2個啟動空壓機機組和2個啟動空氣瓶，其中1臺空壓機、1個空氣瓶和1個主機為一組，每組之間又同時做了共用管路，管路上設置隔離閥，這樣可以在滿足規范要求的基礎上將失效的情況降為最低。

3.5 服務空氣系統

在每個機艙里面，除了啟動空壓機，每個機艙里面還布置了1臺服務空壓機，1號和1號機艙里面各配備了1個空氣瓶，整個服務空氣管路系統做成一個環路給全船所有需要服務空氣和儀表空氣的設備供氣；此外，為滿足DP要求和系統可靠性，為每個DP區間內與DP相關的設備、風閘等還專門設置了一個個小氣瓶作為蓄能器使用。

3.6 空調通風系統

每個機艙、推進器間、變壓器間、配電盤室和DP相關的設備或控制間也都按照規范的配備了獨立的空調和（或）通風系統，以確保任何失效的情況下，最大只會失去一個區間的通風系統。同時所有與DP相關房間的擋火風閘全部采用氣動NDE形式，配合分布在各個區域服務空氣小氣瓶，確保了在全船失電或其他用電故障情況下能夠保證通風系統的正常工作。生活區有一套整體的空調系統，所有生活區相關的 DP設備間除利用這套空調系統外，另外還給每個房間單獨設置了獨立的本地空調系統，滿足冗余需要。

4 總結

由于人類對深海的探索的加強，配備動力定位的船舶也會越來越多，本文主要側重描述了規范對于幾種DP等級的要求，以及輪機專業在超深水鉆井船項目中的應用，希望能夠為以后設計類似項目的團隊提供一些思路，由于動力定位本身的復雜性，所以需要多專業相互協調配合，其涉及的艙室防火分割和水密劃分、艙室內機電設備布置、管路和電纜的布置與走向、電力分配、監測和集中控制等等，這些都是非常靈活的，在滿足規范的前提下，可以根據船東規格書做出不同的調整，以滿足船東對可靠度的需求。

[1]ABS Guide for Dynamic Positioning Systems, 2012.

[2]IMO MSC Circular 645, Guidelines for Vessels with Dynamic Positioning Systems, 1994.

[3]IMCA M 103 Rev I, Guidelines for Design and Operation of Dynamically Positioned Vessels, 2007.