冷喜嘉， 李 芳

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

冷喜嘉1， 李 芳2

(1.上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司， 上海 200125； 2.上海佳豪船舶工程設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)成功后，振華重工獲得巨大商機(jī)，先后建造了四艘，均已順利交付給國外船東，并投入運(yùn)營。該船是國內(nèi)自主設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)、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(jì)和制造的先進(jìn)性。

圖1 3 000 t起重鋪管駁實(shí)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(jī)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(jì)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(jì)時(shí)經(jīng)過了深入地調(diào)研和細(xì)致的分析，同時(shí)參考了同類型船的資料并結(jié)合該船的特點(diǎn)，采用切實(shí)可行的方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，目的是設(shè)計(jì)一條具有能耗低、操作性強(qiáng)、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(jì)、消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)、救生系統(tǒng)設(shè)計(jì)、冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)和吊機(jī)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)等多方面均加入了安全環(huán)保的設(shè)計(jì)理念，同時(shí)對船舶噪音限制和電站進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。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(jì)理念和方法。

2 壓載和艙底系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3 000 t起重鋪管駁壓載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)須滿足吊機(jī)(3 000 t固定吊、2 000 t全回轉(zhuǎn)起重功能)工作時(shí)船舶浮態(tài)調(diào)整的需求。在全回轉(zhuǎn)作業(yè)時(shí)，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(jì)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(jì)在考慮操作可靠性、靈活性的同時(shí)也充分考慮配置成本。在機(jī)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(jī)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(xiǎn)工況，即艉部起吊2 000 t，回轉(zhuǎn)至側(cè)方90°時(shí)，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(jì)算機(jī)能及時(shí)、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(jī)艙、輔機(jī)艙和船艉吊機(jī)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(dú)立性，不僅可以在正常使用時(shí)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(yùn)。在實(shí)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(jì)

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(jì)310人，救生、消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)極大地提高了住艙區(qū)的安全性和節(jié)約了成本。設(shè)計(jì)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(xiǎn)通道包括走道、梯道號的設(shè)計(jì)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(jī)艙局部水霧系統(tǒng)、住艙水噴淋系統(tǒng)及直升機(jī)平臺泡沫滅火系統(tǒng)。各系統(tǒng)相對獨(dú)立，分區(qū)明確，操作自動化程度高?；馂?zāi)危險(xiǎn)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(jiān)實(shí)保障。

4 冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

結(jié)合3 000t起重鋪管駁的實(shí)際操作工況，該船冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jī)組冷卻系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)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(jī)組)。通過對熱平衡進(jìn)行計(jì)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(jì)目的。

5 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3 000t起重鋪管駁居住人員多、住艙面積大，在設(shè)計(jì)中央空調(diào)系統(tǒng)時(shí)不僅要保證良好的空氣調(diào)節(jié)效果，還要考慮機(jī)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(jī)組，簡化空調(diào)風(fēng)管的布置，保證住艙區(qū)足夠的凈高。機(jī)組冷卻采用冷媒水間接冷卻的方式，將空調(diào)機(jī)組的壓縮機(jī)組及冷水機(jī)組從機(jī)組單元上轉(zhuǎn)移至機(jī)艙布置，在有效防止冷媒泄漏危害人員健康的同時(shí)將壓縮機(jī)組對住艙的噪音影響降至0。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì)

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(jì)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(yùn)行水泵臺數(shù)和水泵電機(jī)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(hù)。系統(tǒng)簡單、高效，安裝空間小，維護(hù)簡便。

圖4 淡水管系原理圖

7 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(jì)，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(jì)，充分體現(xiàn)了該船人性化的設(shè)計(jì)理念，適合在人員較多的船上推廣。

8 吊機(jī)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在3 000t吊機(jī)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，從主配電板匯流排兩側(cè)采用兩路獨(dú)立供電模式，每路容量為吊機(jī)消耗的50%，在吊機(jī)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(jī)仍然可以在50%的負(fù)荷繼續(xù)操作，顯著提高了吊機(jī)操作的安全性。

9 噪音限制設(shè)計(jì)

3 000t起重鋪管駁同時(shí)滿足310人住宿，這里不僅是船員和施工人員工作場所，同時(shí)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(jì)時(shí)特意將位于居住區(qū)域內(nèi)的空調(diào)機(jī)室和應(yīng)急發(fā)電機(jī)室噪音較大的處所與住艙隔離開，并在空調(diào)機(jī)室和應(yīng)急發(fā)電機(jī)室內(nèi)部做了特殊處理，即在空調(diào)機(jī)室和應(yīng)急發(fā)電機(jī)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(jì)

由于工程船用電量大，該船電站配置4臺2 256kW發(fā)電機(jī)。在設(shè)計(jì)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(hù)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(shí)，應(yīng)急發(fā)電機(jī)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(shí)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(shí)間長、保證人員安全性和舒適性，該船設(shè)計(jì)了合理的結(jié)構(gòu)型式，同時(shí)對壓載系統(tǒng)設(shè)計(jì)、 消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)、救生系統(tǒng)設(shè)計(jì)、冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、 供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)、吊機(jī)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、噪音限制設(shè)計(jì)和電站優(yōu)化設(shè)計(jì)等做了優(yōu)化處理，這樣的設(shè)計(jì)理念和方法為以后起重鋪管船的設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)[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(jì)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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