50 000 DWT半潛船排壓載系統(tǒng)的優(yōu)化及改進(jìn)

摘 要：本文重點對我司剛建造交付的2艘50 000 DWT半潛船核心系統(tǒng)--排壓載系統(tǒng)的優(yōu)缺點進(jìn)行剖析，從而對排壓載系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，為以后建造半潛船提供一些參考性的意見。

關(guān)鍵詞：半潛船；排壓載系統(tǒng)；剖析；優(yōu)化和改進(jìn)

Optimization and Improvement of Ballast and Deballast System for 50000DWT Semi-submersible Heavy Lift Vessel

PENG Xiuqing， WANG Yinhang

( CSSC Guangzhou Huangpu Shipbuilding Co.， Ltd， Guangzhou 510715 )

Abstract: DThis paper introduces the advantages and disadvantages of ballast and deballast system for two 50000DWT Semi-submersible heavy lift vessels recently delivered by our company in order to optimize and improve ballast and deballast system.

Key words: Semi-submersible vessel; Ballast and deballast system; Analyse; Optimization and improvement

1 前言

50 000 DWT半潛船壓載系統(tǒng)是由泵壓載系統(tǒng)、壓載水艙注排水系統(tǒng)、壓載水艙空氣管系統(tǒng)（空壓機(jī)部分）、壓載水艙空氣管系統(tǒng)（透氣管部分）、液位遙測系統(tǒng)及裝載計算機(jī)系統(tǒng)集成的綜合系統(tǒng)。(全船82個壓載艙，分為2種壓載方式，，即泵壓載重力排壓載方式和重力壓載壓縮空氣排壓載方式。首部6個壓載艙和艉部3個壓載艙（包括浮箱）采用泵壓載方式，采用泵壓載方式能靈活調(diào)節(jié)船舶穩(wěn)性。主甲板以下73個艙采用壓縮空氣排壓載方式，能有效提高排壓載效率，兩種排壓載方式是其排壓載特性。關(guān)鍵壓載設(shè)備配置：壓載泵（前機(jī)艙1 000 msup3;/0.3 Mpax2臺、推進(jìn)機(jī)艙250 msup3;/0.25 Mpax2臺），排壓載空壓機(jī)（6 600 msup3;/Hx0.25 Mpax4臺），液位遙測系統(tǒng)2套，裝載計算機(jī)2套。排壓載空壓機(jī)可實現(xiàn)抽真空功能，能有效加速船舶下潛速度，保證船舶在4小時內(nèi)完成下潛和上浮過程。系統(tǒng)構(gòu)成龐大布置復(fù)雜，全船用于排壓載的空氣管超過10000 m，用于排壓載海水管超過1 000 m。82個壓載艙內(nèi)安裝了304個水位傳感器，同時配備了傳統(tǒng)測深管。液位傳感器通過自動化系統(tǒng)和裝載計算機(jī)相連，能實時監(jiān)控各壓載艙狀態(tài)，包括艙內(nèi)水位高度，艙容等。

隨著7月份“祥瑞口”順利離港，為中遠(yuǎn)航運(yùn)建造的2艘50 000 DWT半潛船在歷經(jīng)4年后，終于圓滿交付。這4年的建造過程中，付出了艱辛的汗水，取得了豐碩的成果和收獲。同時也暴露了很多問題和不足，存在較大優(yōu)化空間，尤其是本船核心系統(tǒng)--排壓載系統(tǒng)。本文就對排壓載系統(tǒng)進(jìn)行剖析優(yōu)化和探討。

2 泵壓載系統(tǒng)

為了提高空放性能，保證裝載能力，半潛船通常設(shè)計了較多的壓載艙。為了裝載狀態(tài)中，能很好調(diào)節(jié)船舶的穩(wěn)性狀態(tài)；以及航行過程中能很好的調(diào)節(jié)船的首尾吃水航態(tài)，設(shè)置了泵壓載系統(tǒng)。

泵壓載系統(tǒng)在裝載過程中作用很大，為了保證裝載過程中船舶穩(wěn)性狀態(tài)，特別是對于尾部浮箱及首部幾個位于主甲板上的壓載艙的加壓載，是只能通過泵壓載實現(xiàn)的，因為這幾個艙位于水線上，常規(guī)是無法實現(xiàn)水流自動壓載。泵壓載系統(tǒng)在航行過程中作用也很大，可以隨時調(diào)節(jié)航態(tài)，而壓載水艙注排水系統(tǒng)和排壓載空氣管系統(tǒng)是無法實現(xiàn)此功能的。由此可見，泵壓載系統(tǒng)在半潛船上是一個不可缺的系統(tǒng)。

隨著壓載水管理條約的逐步實施，半潛船上也將安裝壓載水處理裝置，以滿足IMO對于壓載水的排出水處理基準(zhǔn)（D-2基準(zhǔn)）的要求[1]。此設(shè)備將安裝在泵壓載系統(tǒng)管路上，通過遙控閥的控制，實現(xiàn)艙內(nèi)壓載水進(jìn)出皆經(jīng)過壓載水處理裝置處理。經(jīng)優(yōu)化方案見圖1。

3 液位遙測系統(tǒng)

3.1 設(shè)備選型

本船采購的傳感器形式是：帶有保護(hù)罩，保護(hù)罩有一個針孔，壓力通過保護(hù)罩上的針孔傳遞到觸片上。此形式船東意見特別大，因為本船的工作環(huán)境惡劣，壓載水里面含有泥沙等渣滓，易沉積在艙底堵塞傳感器，導(dǎo)致傳感器失效。為此通過做S型防堵塞壓力傳遞管、傳感器保護(hù)罩外增加傳遞膜片等改進(jìn)措施，以達(dá)到船東要求。

對于這種高精度的船舶，在訂貨時對傳感器精度提出要求外，還應(yīng)考慮傳感器工作環(huán)境，選擇適合的形式，針對液艙內(nèi)流體渣滓多的情況，要求傳感器的觸片保護(hù)罩孔足夠大或直接選用敞開式的傳感器。

3.2 傳感器的布置安裝

1）本船低位傳感器離測量管和吸入口太遠(yuǎn)，容易因泥沙淤積造成傳感器失真，導(dǎo)致手動測量和遙測值差異大。后經(jīng)過改進(jìn)，將其靠近吸口布置（注意：也不能太靠近吸口，避免吸口管排放出的水，沖擊傳感器，造成壓力波動），減少誤差。

2）中層壓載艙內(nèi)的液位遙測布置需要改進(jìn)。8.5m的中層壓載艙因為液位遙測的布置現(xiàn)場爬艙增加了很多檢修梯，增加了很大的工作量，對封艙造成了較大的麻煩。建議以后將中層壓載艙內(nèi)高位傳感器的電纜布置，改走到上層壓載艙側(cè)底部位，再至通道。同時，在高位傳感器頂部旁邊增加開孔，安裝單面座板和盲板作為安裝檢修孔，可以大大減少，中層壓載艙內(nèi)的檢修梯，減少工作量。

3）船東對于傳感器電纜的維護(hù)簡便性越來越重視。在設(shè)計時部分傳感器電纜經(jīng)過了油艙，船東極力反對。因為每次維修都需要駁油，維護(hù)起來很不方便。由此，我們將途經(jīng)油艙的傳感器電纜全改出來。今后設(shè)計應(yīng)引起重視，布置應(yīng)方便維護(hù)。

4）設(shè)計工作中，液位遙測電纜的貫穿件應(yīng)由電氣專業(yè)負(fù)責(zé)，電纜走到哪，貫穿件就跟到哪，避免由其他專業(yè)將貫穿件布置了，讓電纜來就貫穿件，即浪費(fèi)電纜及浪費(fèi)人力，對于現(xiàn)場施工也很不利。

4 壓載水艙注排水系統(tǒng)

壓載注排水管路的順暢、可靠是決定半潛船排壓載系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。本船排壓載系統(tǒng)是成功的，但是安裝維修還存在不足的地方。排壓載系統(tǒng)中，目前的遙控閥基本都安裝在通道旁的沉坑內(nèi)，但是空間狹小，安裝，維護(hù)，檢修都比較困難。接合建造的經(jīng)驗和教訓(xùn)，可以做以下優(yōu)化。

1）取消沉坑，將遙控閥門改為浸沒式，布置到液艙內(nèi)，降低施工難度，增加約1 000 m3壓載水，對總體是有利的。

2）取消膨脹節(jié)，降低了管路破裂的危險性，同時降低了采購成本。

3）將機(jī)艙內(nèi)壓載管移至壓載艙，避免了由于管路破損造成對于機(jī)艙的威脅。

4）將底層每個壓載艙通海管改至臨艙，以便于滿艙時，閥壞了，可以檢修。見圖2。

5）有遙控閥所在的壓載艙的人孔蓋加大，以便于維修閥門。

6）通海閥改到靠近外板布置，通海管段變短，降低管路破裂的危險型。

7）取消了通海管的大小頭，減少施工的難度，減少焊縫數(shù)量降低了危險型，節(jié)省了成本。

8）驅(qū)動頭布置有通道外側(cè)，管路夾層，人孔蓋所在的高度，節(jié)省了空間，與閥通過液壓管連接，便于維護(hù)和應(yīng)急操作。

9）底層壓載艙的壓載管路變底了，可以在吃水更底的情況下，就可以開始調(diào)壓載，提高了本船的可調(diào)性。

10）通過整體優(yōu)化，無需要可以經(jīng)過沉坑，使管路更順暢，降低了管材用量，降低了管路破裂的風(fēng)險。

11）取消了沉坑中艙底水系統(tǒng)管子及閥、浮球開關(guān)、照明燈、吊耳、梯子、人孔蓋、鋼格柵以及為沉坑配備的通風(fēng)機(jī)，大大降低了施工量和成本，減少了報警點，降低了調(diào)試工作量。

5 排壓載空氣管系統(tǒng)

壓載水艙空氣管系統(tǒng)是船舶在4小時內(nèi)完成下潛和上浮的關(guān)鍵系統(tǒng)，其成功在于做了不斷的優(yōu)化。

5.1 增加排壓載空氣管系統(tǒng)空氣總管高位報警和排放管泄放管

從1號船建造也暴露了一些不足。下潛時，煙囪頂會飛濺海水，發(fā)現(xiàn)海水來自于煙囪頂?shù)呐艢饪偣堋Ｍㄟ^分析找到了飛濺海水的原因：在排空壓載艙水后，釋放艙內(nèi)壓力時，將壓載時留存在排氣總管的海水吹到了煙囪頂。通過研究制定了2號船的優(yōu)化方案：在排氣總管上增加泄放管和常開的截止止回閥，及時將排氣總管的存水排走，保證排氣總管內(nèi)的干凈。通過以上的優(yōu)化，飛水得到了有效的抑制。2號下潛、上浮試驗時，未在煙囪頂發(fā)現(xiàn)海水。見圖3。

圖3 增加排氣泄放管示意圖

5.2 下潛程序中增加吹除程序

1號船交船以后，船東反映排壓載空氣管透氣效果不佳，存在水封。問題的出現(xiàn)主要存在以下原因：

①壓載艙內(nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，減型孔不在一個高度，每距離2.4 m就高低錯開，而管路僅能布置在減型孔內(nèi)，導(dǎo)致排壓載空氣管從船尾到船頭不能昂勢布置，而只能布置成S型，導(dǎo)致去每個艙的空氣管出現(xiàn)了很多存水彎；

②1 m集氣總管最低處沒有報警和泄放，導(dǎo)致管路的存水不能得到有效的排除。

針對以上問題，為集氣總管最低處增加了泄放管和報警，定時排放管路存水，避免存水阻礙了壓載艙空氣管與總管的連通，從而導(dǎo)致氣流不能順暢進(jìn)入壓載艙內(nèi)，降低下潛、上浮的效率。

針對S型管路布置，在下潛程序中增加吹除程序。即在注水后，S型管路中會由水汽凝結(jié)存水形成水封，或由于未及時關(guān)閉通海閥，導(dǎo)致水進(jìn)入空氣管形成水封，導(dǎo)致氣流不順；因此在下潛程序中，增加吹除程序。 注水完畢后，關(guān)閉海底閥，往空氣管吹壓縮空氣，將海水吹回壓載艙內(nèi)，然后再將空氣管切換與大氣連通，從而保證艙內(nèi)氣流的順暢。

5.3 增加排氣收集總管的設(shè)計

1）通過排氣收集管，降低了噪音，改善了工作環(huán)境；

2）將空氣匯集到總管排出，避免壓載艙在甲板上各自開孔，對總體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不利，同時降低了施工焊接量和施工難度，改善了施工環(huán)境；

3）通過排氣收集管上的遙控蝶閥還可以實現(xiàn)兩個艙之間壓縮空氣的相互利用，壓縮空氣達(dá)到了二次利用，提高壓縮空氣的利用率，提高排壓載的效率。是一種非常環(huán)保的設(shè)計。

5.4 在壓載艙回空壓機(jī)的管路上增加不銹鋼濾器

將濾器至空壓機(jī)的管路換成了316L不銹鋼，通過此優(yōu)化，改善了空壓機(jī)工作環(huán)境，避免了鐵銹等物體進(jìn)入損壞空壓機(jī)。降低了空壓機(jī)的故障率，對延長設(shè)備的使用壽命是很有利的。

5.5 “門”字型管路設(shè)計

在狹小空間內(nèi)，“門”字型設(shè)計便于了眾多遙控閥和排氣總管的安裝，對比于18000DWT半潛船集氣總管的布置， 50000DWT上“門”字型設(shè)計，使遙控閥和管路都可以更容易拆檢維護(hù)。

5.6 增加百頁窗

在排壓載空壓機(jī)間靠煙囪壁，增加了3扇百葉窗，徹底解決了排壓載空壓機(jī)進(jìn)氣問題。

6 結(jié)束語

通過對本船排壓載系統(tǒng)的優(yōu)化和探討，即是對以往半潛船排壓載系統(tǒng)設(shè)計和建造經(jīng)驗的總結(jié)，也是對今后半潛船排壓載系統(tǒng)設(shè)計的一種建設(shè)性的指導(dǎo)。以期對將來設(shè)計建造更合理，更可靠，更好用的半潛船，提供一定的幫助。

參考文獻(xiàn)

[1] 國際海事組織(IMO). 國際船舶壓載水和沉積物控制和管理公約 [S]. 2004