172000 DWT散貨船改裝半潛船的管系生產設計

王可 周新根 劉富均 鄭偉 石保國

摘 要：本文以我司為中交國際航運公司172 000 DWT散貨船改裝為65 000 DWT半潛船為載體，闡述半潛船使用泵壓載時上浮、下潛過程中重要管路系統的特點。結合生產設計和施工建造中遇到的問題及解決方案，深入研究改裝半潛船項目中管系生產設計的方法及要點。

關鍵詞：改裝；半潛船；輪機管系；生產設計

中圖分類號：U664.84 文獻標識碼：A

Abstract： This paper summarizes the characteristics and design difficulties of the important machinery piping in the process of submerging and rising when the semi-submersible vessel built for CCCC-ISC and refitted from 65000 DWT bulk carrier pumps ballast water.

Key words： Refit； Semi-submersible vessel； Machinery piping； Production design

1 前言

半潛船也稱半潛式母船，它通過調整本身壓載水把載貨甲板潛入水中，然后將承運的特定貨物（駁船、游艇、艦船、鉆井平臺等）浮入載貨甲板，待特定貨物位置調整好后，船舶上浮固定貨物，最終將貨物運送到指定位置。隨著平臺、浮駁、工程船的運輸量增加，半潛船的應用市場將更為廣闊。

本文介紹172 000 DWT散貨船改裝為65 000 DWT無限航區自航半潛船的管系生產設計。該改裝半潛船滿足大件運輸、海上平臺模塊、大型鋼構件、工程船等運輸要求，改裝后半潛船的主尺度如下：船長248.43 m；型寬48.8 m；型深13.5 m；設計吃水9.9 m；最大下潛吃水22.5 m；載重量61 000 DWT。

半潛船裝卸貨物時需要通過壓載系統調整浮態，實現上浮和下潛。該過程需要壓載系統、透氣系統、閥門遙控和液位遙測系統相互配合，任何一個系統出現異常都會影響船舶浮態和穩性。本文通過實例分析，闡述重要管系的布置特點、施工難點及解決方案。希望本文的實際案例能為類似項目提供技術支持和經驗借鑒。

2 主要系統闡述

2.1 壓載水系統

壓載水系統主要用來調節船舶穩性和浮態。改裝半潛船的載貨甲板以下全部為壓載艙，總艙容116 746 m?，配備六臺壓載泵用于注入、排放、調駁海水以調節船舶吃水狀態。該系統是改裝半潛船的核心組成部分，是考核改裝成敗的重要指標。

（1）壓載管路采用總管-支管形式，并與原船雙層底壓載管路連通，從而實現六臺壓載泵均能注入、排放和調駁任意壓載艙內壓載水的功能，盡量縮短下潛時間。

半潛船下潛和上浮時間是一個重要指標，該船要求下潛和上浮時間均不超過六小時。本船配置壓載泵如下：

原船機艙壓載泵 2臺 單臺排量 Q1=2 500 m3/h

首泵艙新增壓載泵 2臺 單臺排量 Q2=2 500 m?/h

尾泵艙新增壓載泵 2臺 單臺排量 Q3=2 500 m?/h

六臺壓載泵同時工作：下潛時間t1=Δ/（Q1×2+ Q2×2+ Q3×2）=3.3 h

五臺壓載泵同時工作：下潛時間t2=Δ/（Q1×1+ Q2×2+ Q3×2）=3.96 h

四臺壓載泵同時工作：下潛時間t2=Δ/（ Q2×2+ Q3×2）=4.95 h

三臺壓載泵同時工作：下潛時間t2=Δ/（ Q2×1+ Q3×2）=6.6 h

由此可知，在規定時間內完成船舶的下潛和上浮需要三臺以上壓載泵同時工作。考慮到儲備余量和備用工況，改裝半潛船共設六臺壓載水泵，設備之間可以相互備用，滿足系統正常使用。

（2）壓載水管路閥件采取隔艙布置，便于應急檢修。當遙控閥的驅動頭無法正常開閉，或者遠程遙控和就地應急操作失效時，可先抽空隔壁液艙的壓載水，然后進行檢修。雖然極端狀況很少出現，但是壓載系統是半潛船的核心系統，生產設計布置時應該優先考慮。

（3）壓載水系統管路采用PE（聚乙烯）管，它具有以下優點：

① PE管材密度為碳鋼的八分之一，可以有效地降低空船重量、增加載貨量；

②PE管壁厚比普通鋼管要大很多，滿足船舶管路內外承受壓力的要求；

③PE管具有較強的耐腐蝕性，終身免維護；

④PE管現場熱熔制作，節省車間下料、焊接、鍍鋅等工序，縮短建造周期；

⑤ 簡化出圖模式，布置圖中囊括管路制作圖和安裝圖；

⑥PE管線脹系數是鋼管的10倍以上，因此產生的管路內應力較小，管路不需設置伸縮接頭進行自身補償。

2.2 閥門遙控和液位遙測系統

改裝半潛船的下潛及上浮過程是通過壓載控制臺實現遠程遙控。控制臺除顯示液艙液位、吃水狀態外，還集中顯示壓載泵啟停控制、運行狀態和遙控閥開關狀態。閥門遙控系統和液位遙測系統集中在一起，方便船員根據吃水狀況調整壓載泵的啟停及閥門開閉，保證船舶的正常下潛和上浮。

（1）閥門遙控系統采用液壓驅動，動力源由布置在泵艙的液壓泵站提供。閥門開啟或關閉指令通過電信號傳輸至電磁閥箱后，通過閥箱控制閥門的開關。該控制方式操縱性強、可靠性和準確性高，在船舶系統中廣泛應用。半潛船項目中出現多芯管路漏水現象，經查驗該項目使用浸沒式遙控閥，連接閥門的末端分叉處使用熱縮套管且熱熔效果不好，壓載艙內的水沿多芯管內壁流入干艙。對此漏水現象，解決方案及分析見本文3.1部分。

（2）液位遙測系統反饋船舶浮態和穩性，裝卸貨物時可根據壓載艙液位高度調整船舶吃水。改裝半潛船項目中每個壓載艙設置兩個壓電式傳感器探頭，沿船長方向前后布置，保證測量數值準確。另外，控制臺顯示板上設置高位和高高位液位報警，確保船舶安全。

該系統中遙測探頭傳感器電纜因長期浸泡在海水中，需要制作電纜保護管路。通過對比PE管和碳鋼管的制作周期、施工難度等各方面因素，最終選擇PE管作為電纜保護管，利用不銹鋼扎帶固定在托架或扁鐵上面。該方案節約成本、便于施工，具體優化方案見本文3.2部分。

2.3 透氣系統

透氣系統對于船舶下潛、上浮至關重要。本項目中壓載艙長度超過7m，按照規范要求，壓載艙均設置兩根透氣管，且透氣管截面積為注入管截面積的1.25倍（壓載注入管管徑DN400，透氣管管徑2×DN300）。整個系統采用總管（DN700）集中透氣（見圖1），舯線兩側壓載艙的透氣支管分別匯入兩側總管。為防止壓載水從一個艙室流入其他艙室，每個支管上裝有浸沒式空氣管頭。并且在船舶首尾部各設置兩個泄放艙，當透氣總管進水時可及時排入泄放艙，保證艙室正常透氣。

（1）透氣系統中主管路和支管路采用PE管，該管路重量輕、滿足承壓要求，并可簡化PE管出圖模式，縮短設計周期。

（2）由于半潛船甲板會被淹沒，同時考慮甲板空間的有效利用，艙內透氣支管上面安裝新型浸沒式透氣止回閥，既保證壓載艙透氣又可防止艙室間壓載水串流。

（3）透氣系統采用總管式，首尾部設置了獨立的泄放艙。原設計圖紙中首尾部各設置DN80的泄放管兼做透氣管，試航中發現DN80管子不能快速排掉透氣總管內的水，以至于其他艙室透氣不暢，導致下潛過程過長。針對此問題，將原泄放管加大，泄放艙增加獨立透氣管，達到預期效果。具體見本文3.4部分。

3 管路系統優化方案

3.1 多芯管漏水問題

多芯管內壁漏水原因為多芯管末端接閥處的熱縮套管密封效果不好，或者因多芯管鋪設過程中外表皮損壞，壓載水進入兩芯之間的空隙然后流入干艙。

針對多芯管漏水問題，在分叉處涂抹環氧密封膠，并在特制工裝下打壓0.3 MPa時不會泄露。該密封膠為尾軸密封用特殊混合膠，與金屬、塑料有較強的粘接性，耐海水腐蝕，且能承受一定的溫度和壓力。

環氧密封膠不僅可以止漏，而且在船舶運行中效果良好。所以在新項目中如遇到多芯管從液艙穿至干艙的情況，施工時在多芯管末端涂抹環氧密封膠，并用熱縮套管密封（見圖2），可從源頭解決問題，避免后期的返工和修改。

3.2 液位遙測電纜保護管

閥門遙控和液位遙測系統的信號通過電纜反饋到壓載控制臺，進而實現遠程控制。廠家提供的隨機電纜外徑8.8 mm，船舶運行中壓載水對電纜產生水壓沖擊，壓載水中的泥沙、石塊也會損傷電纜，所以要對壓載艙內的電纜進行保護。常規碳鋼管需要放樣、出圖，然后車間下料、制作、鍍鋅，最后船上安裝。整個設計、施工周期較長、成本較高，遠不能滿足本項目生產進度。通過現場勘查，分析電纜走向，最終選用PE管作為保護管路，通過不銹鋼扎帶固定于電纜托架（見圖3）。

該方案中PE管路可以現場切割、安裝，省去下料、制作、鍍鋅等加工工序，縮短施工周期，降低施工難度；圖紙數量只是原來的1/10，減少工作量，縮短設計周期；PE保護管除以上優勢，還可節約成本約7萬元。

3.3 新型透氣止回閥

常規船舶的透氣系統中采用浮球或浮筒式，其高于主甲板760 mm。[2]半潛船需要充分利用載貨甲板，且考慮下潛時甲板淹沒等因素，必須采用新型浸沒式透氣止回閥，該止回閥既能滿足透氣功能，又可通過浮球防止各艙室壓載水串流。

新型浸沒式透氣止回閥分為直通式（見圖4）和直角式（見圖5）兩種，分別適用于普通壓載艙和雙層底壓載艙。透氣止回閥在半潛船領域或甲板空間受限的工程船領域都有廣泛使用。

3.4 主透氣管增大泄放管路

船舶下潛時為避免壓載艙內自由液面過大，盡量將液艙注滿，當液位超過透氣管最高點后進入透氣總管，因透氣總管設置的泄放管為DN80，泄放過程緩慢，阻礙壓載艙透氣。針對該問題，泄放管通徑改為DN200，同時泄放艙設置獨立的透氣管，透氣管管徑為DN250。該項目第一個航次結束后反饋實際運行狀況良好。

4 結束語

散貨船改裝半潛船項目的重點和難點是加裝和改造壓載、透氣系統以實現上浮和下潛功能。針對改裝船舶周期短、圖紙不全、突發狀況多等因素，生產設計階段應及時發現問題并優化改進。我們在改裝半潛船的生產設計階段，始終貫徹執行設計結合實際、優化布置、統籌策劃、盡快完成圖紙設計，爭取早日交付使用。船東在首航過程中對下潛和上浮功能的快速穩定給予了很好的評價。

參考文獻

[1] 聯合編寫組.機械設計手冊[M].化學工業出版社，1987.

[2] 周凱. 鋼質海船入級規范2015（第3分冊）[M].人民交通出版社，2015.6.