穿梭油輪艏裝載系統解析

莊建軍，武 軍，王振剛

（南通中遠船務工程有限公司，南通 226000）

0 引言

隨著經濟的發展，能源問題日益突出，在開發海洋石油特別是遠海石油的過程中，海上平臺起到十分關鍵的作用。如何將海上平臺生產的原油經濟高效的輸送到中轉港口再轉運到世界各地是發展海洋石油工業不得不面對的問題。參考巴西和北海等地的經驗，穿梭油輪是一種高效經濟的轉運方式。南通中遠船務工程有限公司（以下簡稱“公司”）抓住契機，曾經建造105K、59K系列穿梭油輪，現在巴西水域運營。

顧名思義，穿梭油輪是往返于固定的海上平臺和港口間的油輪，與普通的原油輪的主要區別之一是裝備艏部裝載系統。艏裝載系統可在穿梭油輪連接到原油卸載終端后，配合對方操作卸載終端的軟管系統并從卸載終端輸入原油，并根據卸載終端的不同形式，采用不同的定位和連接方式，包括：

1）半潛式卸貨系統/裝置（OLS或者SAL）和關節式卸載平臺（Articulated Loading Platform），通常采用動力定位方式使油輪和卸載終端保持一定的距離，通常卸貨速度可以達到8000m3/h。

2）浮式儲油平臺，如FSO，FPSO，OLS等，除了動力定位方式外，還可以單點系泊定位。通過艏裝載系統絞車操作卸載終端的纜繩，將系泊錨鏈從卸載終端拉到布置在平臺甲板的止鏈器中，并鎖緊以承擔兩連接點間的負荷，例如風、浪、流引起的船舶位移，作用在錨泊設備的負荷通?？蛇_100t甚至更高。

3）其他油輪，可采用船對船（ship to ship）裝載/卸載。文章將重點介紹第二種操作方式。

1 艏裝載系統的基本布置和主要設備

艏裝載系統的主要設備和控制系統通常安裝在艏樓甲板上下，艏部平臺甲板和駕駛室。艏部平臺甲板設備包括止鏈器、導向滾輪、可伸縮纜樁等，主要承擔引導繩索、單點系泊等作用；艏樓甲板上部設備主要包括操作纜繩的絞車、受油裝置、控制站等；艏樓甲板下部主要是液壓系統和遙控、監測系統的設備；駕駛室主要安裝遙控、監控和報警設備。圖1是該系統主要設備布置。

圖1 首裝載系統主要設備側視圖

1.1 500噸導纜孔

如圖1中編號02所示。相對于常規固定式導纜孔，該導纜孔增加了液壓可移動式滾輪，設計負荷為500t。通過調整滾輪的位置，可使導纜孔適合不同角度和位置的系泊纜繩或錨鏈。導纜孔通過焊接固定在甲板上面。

1.2 止鏈器

如圖1中編號03所示。止鏈器帶有液壓鎖緊裝置，可作為單點系泊裝置使用，同時也是應急拖帶系統的重要設備之一。設計負荷為500t，并可在30s內鎖緊和脫開錨鏈。在動力定位裝載模式下，止鏈器只需要打開，并不實際參與系統工作。

1.3 受油裝置

如圖1中編號09所示。受油裝置的口徑一般與船舶工作水域相關，但是油田所在的地域和卸載軟管的生產廠家為了通用性的要求，基本限定了受油裝置的口徑，通常為美標20″，也有16″口徑。

受油裝置設計成可以沿船舶縱向旋轉，也可以沿船舶橫向旋轉，以不斷調整和卸載軟管的相對位置，實現順利連接，通?？咳藶椴僮饕簤合到y調整受油頭的方向，調整時間通常在半分鐘內。

受油裝置是艏裝載系統中單體設備外形尺寸最大、形狀最復雜的，且安裝方式為甲板反頂吊裝。在設備實際安裝過程中，針對設備運輸和翻身做了探討，尤其是準備了環氧樹脂澆注工裝。

1.4 液壓單元和液壓分配閥組

如圖1中編號19和23所示。液壓單元和分配閥組的功能和普通液壓系統區別不大，功能為整個系統提供動力。在建造過程中，小口徑液壓管連接采用了擴口式卡套，大口徑管采用傳統的焊接法蘭，調試過程中液壓系統工作良好。

1.5 駕駛室設備

整個艏裝載系統在駕駛室有遙控系統，可以實現系統的主要遙控和監測功能。另外，還需要從其他系統采集數據，例如從動力定位系統獲得信息是否需要啟動應急脫開系統，為定位系統提供纜繩拉力等信息。與閥門遙控系統交換數據，確定是否可以通知卸載終端啟動輸油。同時為了滿足所在工作地的特殊要求，該系統還能記錄數據，例如船舶基本信息，貨油基本信息和裝載地點等，還包括天氣情況等。

2 艏裝載基本工作原理和流程

以SPM模式為例，基本工作原理和流程如下。

1）在船到達裝貨地點前，系統液壓單元已經啟動，并設定為工作狀態，此時液壓系統保持工作壓力約210bar，通常由駕駛室遙控啟動和調整液壓系統狀態，操作界面如圖2所示。

圖2 首裝載遙控界面

2）需準備好參與錨泊定位的主要設備，即止鏈器，取下鎖定油缸的裝置并控制油缸打開止鏈器。

3）將纜繩從儲存艙拉出并按照圖3所示，依次通過導向滾輪、絞車、止鏈器、艏部滾輪等將繩索牽引到受油裝置附近。

圖3 繩索路徑示意

4）駕駛室控制系統選擇SPM模式，此時艏裝載系統已經準備好連接卸貨終端。待船舶到達指定位置后，工作船可將纜繩拖曳到系泊裝置附近并連接拖鏈，操作艏裝載系統的絞車將拖鏈拉到止鏈器上，系泊系統的絞車需配合釋放繩索。待拖鏈到達指定位置，鎖緊止鏈器，此時系泊纜繩的拉力可以通過纜繩傳遞到船體結構上面。（圖4）。

圖4 SPM（單點系泊模式），拖鏈連接形式

5）通過隨拖鏈傳過來的繩索，經過一系列操作，可以將卸貨軟管從系泊點拉到受油裝置附近，通過前后、左右調整受油裝置，使受、輸油接頭連接，并通過液壓裝置鎖緊。（圖5）。

圖5 受油裝置連接示意

6）上述操作完成后，系統會向船舶液貨操作系統發出信號，液貨系統具備受油條件。為避免船員誤操作，通常將確認受油系統的操作稱作“green line”的確認，即整個管路上面的閥門全部開啟后，才能通知輸油端開始啟動輸油系統。（圖6）。

圖6 green line（綠線）操作界面

3 監測和安全系統

為了應對海上突發事件，艏裝載系統配備安全系統，監測受、輸油裝置間的相對位置（動力定位模式）和系泊纜繩拉力（單點系泊模式），當船舶相對距離或者纜繩拉力超過設定值，則安全系統發出報警并啟動應急脫開程序。同時，為了防止突然脫開的設備撞擊甲板引發的火花，除了在個別位置采用不銹鋼材質外，還配置了灑水系統。若已經發生火災，灑水系統可以兼做泡沫消防系統，短時間內覆蓋所有區域。在系統調試過程中，灑水系統的反應時間是船廠和船東間最大的分歧，經反復討論協商并征求船級社意見，船廠不得不改進系統的配置，并保證在失電情況下仍然能夠啟動灑水系統。

4 設計和建造過程中遇到的典型問題

1）艏部結構特殊，對上部線形影響很大，且對于艏樓甲板結構改動很大。尤其是因為船廠首次接觸該系統，對于結構設計所實現的功能只能依賴船東要求和廠家推薦，又沒有成熟產品參考。在與艏裝載系統相關的結構、管系、電氣控制的設計過程中，通過仔細研究和分解，并結合整個系統的工作原理，合理地確定了結構的建造精度和設備的安裝精度，實現了精度控制和使用要求的合理融合。船廠工程師對于設備單體調試并未花費相當大的精力，從啟動液壓單元到絞車運行、門的開閉、受油裝置啟動等都很順利。

2）在系統聯調的過程中，遇到的首要問題就是繩索路徑，用細繩模擬操作時候的纜繩，在設備間按照不同模式拉放纜繩，檢驗設備安裝精度和與船體結構是否干涉、是否有足夠的走繩空間等。該系統的大部分修改和調整都是基于繩索路徑空間的優化和保護，例如增加管系和電纜的保護，銳角結構的圓潤處理等等。

3）受油裝置和輸油接頭是否能夠按照預想情況連接是后期調試面臨的主要問題，同時也是檢驗這個系統是否能夠正常工作的主要指標之一。按照常規，船廠及周邊找不到與之配套的輸油設備，從廠家臨時借用時間不允許、費用也不允許。通過與船東反復協調，實踐中設計制作了簡易的工裝并簡單配重，完全模擬輸油裝置，實現了系統的完整調試。

4）在首制船交船后的2年中，船東關于艏裝載系統的保修項目涉及到了液壓軟管泄露，經與艏裝載廠家協調，緊急由駐巴西的服務工程師上船更換。船廠設計和安裝的管路系統尚未發現泄露，與之配套的系統工作情況良好。

5 結束語

艏裝載系統是穿梭油輪的核心系統之一，熟悉系統工作原理、主要部分設備的功能和特點可以幫助優化相關聯的結構、管路、電氣系統的設計，減少安裝和調試周期。