冷喜嘉， 邵建練

(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)

5 000 t起重鋪管船調(diào)載系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)

冷喜嘉1， 邵建練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)

該文介紹了5 000 t起重鋪管船調(diào)載系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，為后續(xù)相關(guān)類(lèi)似船舶的調(diào)載系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了參考。

調(diào)載系統(tǒng) 抗橫傾 安全

1 簡(jiǎn)介

5 000 t起重鋪管船是具有動(dòng)力定位和錨泊定位能力的自航全回轉(zhuǎn)起重船，船艉設(shè)置一臺(tái)船艉固定吊5 000 t/全回轉(zhuǎn)吊3 500 t起重能力的大型海洋工程起重機(jī)。本船在3 500 t全回轉(zhuǎn)起重作業(yè)時(shí)需具備與其相匹配的橫向調(diào)載能力，以保證本船的橫傾和縱傾在合理的范圍內(nèi)。當(dāng)全回轉(zhuǎn)起重機(jī)所吊3 500 t重物從船艉轉(zhuǎn)向舷側(cè)時(shí)，起重機(jī)和重物重心的變化導(dǎo)致其施加給船的力矩發(fā)生變化，從而使船產(chǎn)生橫傾，如不采取相應(yīng)措施，船會(huì)有發(fā)生傾覆的危險(xiǎn)(反之亦然)。為平衡上述變化，需要向反方向調(diào)撥壓載水，使船的橫傾控制在安全范圍之內(nèi)。船舶調(diào)載系統(tǒng)的作用是根據(jù)船舶營(yíng)運(yùn)需要，對(duì)全船壓載艙進(jìn)行注入、排出或調(diào)駁，以達(dá)到調(diào)整船舶吃水、船體縱橫向平衡及船舶穩(wěn)心高度的目的，故對(duì)于本船而言，合適的調(diào)載系統(tǒng)對(duì)本船起重作業(yè)安全至關(guān)重要。

2 5 000 t起重鋪管船調(diào)載系統(tǒng)設(shè)計(jì)

大型全回轉(zhuǎn)起重船調(diào)載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相對(duì)常規(guī)船舶調(diào)載系統(tǒng)的特點(diǎn)在于：系統(tǒng)除常規(guī)調(diào)載系統(tǒng)功能外，還需滿(mǎn)足全回轉(zhuǎn)起重機(jī)回轉(zhuǎn)作業(yè)工況下對(duì)橫傾水的調(diào)節(jié)能力要求。調(diào)載系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則：首先，須保證系統(tǒng)滿(mǎn)足總體對(duì)調(diào)載功能的要求(包括對(duì)壓載艙及橫傾水艙注入、排出及快速調(diào)橫傾)；其次，常規(guī)大型起重船壓載艙均比較多，系統(tǒng)管系相對(duì)復(fù)雜，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)需盡量考慮船員操作方便，系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)安全、可靠。

基于上述原則，下文根據(jù)本船總體壓載、調(diào)橫傾艙布置以及功能要求對(duì)本船調(diào)橫傾系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行說(shuō)明。

2.1 壓載艙布置及典型調(diào)載工況

2.1.1 壓載艙布置

本船壓載艙共42個(gè)，其中設(shè)置12對(duì)(共24個(gè))壓載艙兼作為調(diào)橫傾水艙，分別是NO.4～NO.9A邊壓載水艙(P&S)及NO.4～NO.9B邊壓載水艙(P&S)(見(jiàn)圖1)，壓載兼調(diào)橫傾水艙分上下層布置(該布置有利于船舶重心調(diào)整，可適當(dāng)調(diào)整船舶穩(wěn)性和橫搖固有周期)，總壓載艙艙容約為37 000m3，壓載兼調(diào)橫傾水艙艙容約為24 800m3。

圖1 壓載艙布置圖

2.1.2 典型調(diào)載工況

本船在全回轉(zhuǎn)起重作業(yè)時(shí)需要調(diào)載壓載水確保船舶的橫傾角限制在一定范圍內(nèi)。根據(jù)本船的《全回轉(zhuǎn)起重作業(yè)工況壓載水調(diào)載操作手冊(cè)》可知，本船起重機(jī)最大橫傾力矩工況為：起吊3 500t貨物，力臂幅值45m，初始工況艉吊，然后起重機(jī)向左舷回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)到左舷(90°)所需時(shí)間≤14min。故本船抗橫傾系統(tǒng)應(yīng)能滿(mǎn)足上述工況下調(diào)載能力的要求。

2.2 壓載及抗橫傾系統(tǒng)

對(duì)于采用壓載泵型式的調(diào)載系統(tǒng)，目前常用的兩種調(diào)載系統(tǒng)配置如下。

(1) 壓載泵與抗橫傾泵相互獨(dú)立，設(shè)置獨(dú)立的壓載泵用于壓載艙的壓載及排空，以及壓載艙的前后調(diào)駁，且每對(duì)抗橫傾艙設(shè)置獨(dú)立的抗橫傾泵用于調(diào)傾。

(2) 僅設(shè)置調(diào)載泵，該泵既作為抗橫傾泵，也作為壓載泵。

上述兩種調(diào)載系統(tǒng)配置對(duì)比如表1所示。

表1 兩種調(diào)載系統(tǒng)配置

綜上所述，考慮本船調(diào)橫傾水艙較多、調(diào)載水量大，本船采用壓載泵與抗橫傾泵相互獨(dú)立的方式作為本船調(diào)載系統(tǒng)。該方式壓載、抗橫傾管徑小，壓載水處理裝置容量小，方便設(shè)備及管系布置。同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)成熟，船員操作簡(jiǎn)便。

2.2.1 壓載泵的選取

本船壓載泵作為船舶壓載艙注入、排出以及航行過(guò)程中壓載艙調(diào)駁以調(diào)整船舶浮態(tài)使用，不作為全回轉(zhuǎn)起重工況船舶調(diào)橫傾用。

考慮本船為帶“SPS(特種用途船)”附加標(biāo)志船舶，且載運(yùn)人員數(shù)為398人(超過(guò)240人)，需滿(mǎn)足安全返港要求，故本船設(shè)2臺(tái)壓載泵，分別布置在艏、艉泵艙，相應(yīng)配置2臺(tái)壓載水處理裝置。

本船壓載艙布置如圖2所示，根據(jù)本船《初步裝載手冊(cè)》，本船典型營(yíng)運(yùn)工況如下。

圖2 壓載艙布置

從上述可知，本船在出港前裝載100%油水后需壓載到設(shè)計(jì)吃水7.5 m，到達(dá)作業(yè)區(qū)域后，船舶需預(yù)壓到作業(yè)前裝載工況。查取本船《初步裝載手冊(cè)》可知：100%油水(無(wú)貨)設(shè)計(jì)吃水工況壓載水總量4 966 t，此時(shí)吃水7.5 m；100%油水(無(wú)貨)起重機(jī)全回轉(zhuǎn)起吊工況壓載水總量約為23 400 t，此時(shí)吃水約為9.8 m。本船壓載能力考慮：8 h內(nèi)將本船從航行工況壓載到最大起重作業(yè)前工況。那么壓載泵總?cè)萘坑?jì)算如下：

根據(jù)上述計(jì)算，本船設(shè)置立式、離心、自吸壓載泵2臺(tái)，每臺(tái)壓載泵容量為1 200 m3/h，壓載泵壓頭考慮壓載艙最大高度15 m，管系阻力損失及壓載水處理裝置阻力損失，壓頭取：0.28 MPa。

2.2.2 壓載管系設(shè)計(jì)

本船左、右舷分別設(shè)置1個(gè)管系通道，每個(gè)管系通道中布置1根壓載總管，且采用單總管型式(即該總管既作壓載排出管，又作注入管)，各壓載艙通過(guò)壓載水支管分別就近連接到壓載總管上。左、右壓載總管連通，整個(gè)壓載系統(tǒng)形成一個(gè)環(huán)路，方便壓載艙的左右及前后調(diào)駁，同時(shí)左右壓載總管中部設(shè)置隔離閥，以便前后分區(qū)，分別通過(guò)前、后壓載泵調(diào)節(jié)壓載水，如圖3所示。

圖3 壓載系統(tǒng)圖

2.2.3 壓載水系統(tǒng)閥門(mén)遙控及液位遙測(cè)

本船由于壓載系統(tǒng)閥件繁多，壓載系統(tǒng)調(diào)載時(shí)不便人員就地手動(dòng)操作，故整個(gè)壓載系統(tǒng)采用遙控閥，相應(yīng)的各壓載艙設(shè)置液位遙測(cè)?？紤]到本船主尺度較大、壓載控制閥門(mén)遍布整船，本船遙控閥采用電液式，可以有效地避免液動(dòng)或氣動(dòng)閥門(mén)管系布置困難、液壓管或壓縮空氣管泄露等問(wèn)題。同樣液位遙測(cè)采用壓電式。

2.2.4 抗橫傾泵的選取

本船抗橫傾泵僅作為全回轉(zhuǎn)起重工況船舶調(diào)橫傾用，不能對(duì)壓載艙進(jìn)行前后調(diào)駁或注入、排出。

根據(jù)本文2.1.2中所述的“典型調(diào)載工況”：起吊3 500 t貨物，力臂幅值45 m，初始工況艉吊，然后起重機(jī)向左舷回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)到左舷(90°)所需時(shí)間≤14 min。通過(guò)上述要求，總體專(zhuān)業(yè)計(jì)算出起重機(jī)回轉(zhuǎn)90°相應(yīng)抗橫傾水艙所需調(diào)載水量，相應(yīng)可計(jì)算出所需抗橫傾泵容量，如表2所示。

表2 抗橫傾泵容量

從表2中可知，本船配置抗橫傾艙共12對(duì)，每對(duì)抗橫傾艙設(shè)置2臺(tái)抗橫傾泵，抗橫傾參數(shù)為：12臺(tái)1 200 m3/h×0.15 MPa, 12臺(tái)800 m3/h×0.15 MPa。抗橫傾泵均為雙向泵。

2.2.4 抗橫傾管系設(shè)計(jì)

本船配置抗橫傾艙共12對(duì)，每對(duì)抗橫傾艙設(shè)置2臺(tái)抗橫傾泵?？箼M傾泵均為雙向泵，抗橫傾管系上設(shè)有遙控蝶閥，遙控閥與抗橫傾泵聯(lián)鎖，系統(tǒng)典型圖如圖4所示。

圖4 抗橫傾典型系統(tǒng)圖

2.2.5 抗橫傾系統(tǒng)自動(dòng)控制

本船抗橫傾系統(tǒng)型式在集裝箱船上應(yīng)用普遍，控制系統(tǒng)成熟，通過(guò)系統(tǒng)自帶橫傾儀感測(cè)船舶橫傾，當(dāng)船舶橫傾值超過(guò)設(shè)定值時(shí)通過(guò)中控單元自動(dòng)控制抗橫傾泵啟動(dòng)向反方向調(diào)載以控制船舶橫傾(啟動(dòng)泵前同時(shí)聯(lián)鎖開(kāi)啟相應(yīng)管系上的遙控閥門(mén))，當(dāng)船舶橫傾回復(fù)正常范圍后系統(tǒng)自動(dòng)停止。此外也可以在中控單元及泵的就地控制箱上實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制，保證船舶安全。典型控制系統(tǒng)如圖5所示。

圖5 抗橫傾典型控制系統(tǒng)圖

采集控制單元、液位開(kāi)關(guān)、橫傾儀信號(hào)，通過(guò)邏輯判斷實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)控制及遠(yuǎn)程操作可從圖5中看出，整個(gè)系統(tǒng)主要部件如表3所示。

本船考慮抗橫傾泵數(shù)量較多(共24臺(tái))，抗橫傾系統(tǒng)廠(chǎng)家無(wú)法判斷各種起重工況下需要調(diào)載哪幾對(duì)橫傾艙。因此，本船整個(gè)抗橫傾系統(tǒng)由本船集中自動(dòng)化廠(chǎng)家KONGSBERG控制，相對(duì)于常規(guī)抗橫傾廠(chǎng)家的控制系統(tǒng)(見(jiàn)圖5)，KONGSBERG還可以采集裝載儀數(shù)據(jù)，可通過(guò)裝載儀數(shù)據(jù)告知需調(diào)載艙室，以達(dá)到各種工況下自動(dòng)控制調(diào)載相應(yīng)橫傾艙。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)5 000 t起重鋪管船調(diào)載系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要技術(shù)要求及對(duì)應(yīng)解決方案作了較為詳細(xì)的論述，通過(guò)計(jì)算、比較等方法說(shuō)明本船壓載及抗橫傾系統(tǒng)(即調(diào)載系統(tǒng))設(shè)計(jì)符合本船總體技術(shù)要求，滿(mǎn)足最大起重工況調(diào)載能力要求。此外，整個(gè)系統(tǒng)功能界面清晰(壓載與抗橫傾分開(kāi))，設(shè)置壓載水處理裝置滿(mǎn)足最新環(huán)保要求，系統(tǒng)控制既能遠(yuǎn)程或就地手動(dòng)操作，也可根據(jù)裝載數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抗橫傾控制，系統(tǒng)控制簡(jiǎn)單、安全、可靠。

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Design Technique of Ballast System for 5 000 t Hoisting and Pipelaying Vessel

LENG Xi-jia1, SHAO Jian-lian2

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

This article introduces the key design technique of ballast system for 5 000 t hoisting and pipelaying vessel, and provides a reference for future similar system design.

Ballast system Anti heeling Safety

冷喜嘉(1981-)，男，工程師。

U662

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