動力定位離岸液貨卸載系統分析研究

李江江 王領 胡斌

摘 ? ?要：本文提出了一種動力定位離岸液貨卸載系統，主要用于從海向岸進行液體輸送。該系統主要由專用母船和柔性軟管組成，專用母船具備動力定位能力，用于輔助油船定位;柔性軟管的重量大于其排開海水的重量，即使軟管是空的也會沉到海底，避免了將軟管錨固在海底的步驟。

關鍵詞：動力定位;離岸油料卸載;專用母船

中圖分類號：U664.8 ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

Abstract： A dynamic positioning offshore petroleum discharge system is presented in this paper， which is mainly used for petroleum transportation from the sea to offshore. This system is composed of a primary ship which has dynamic positioning capability and flexible pipe which is heavier than the water and it will sink to the bottom even if the pipe is empty.

Key words： Dynamic positioning; Offshore petroleum discharge system; Primary ship

1 ? ?引言

離岸油料卸載系統是一個可快速部署和回收的系統，該系統使用一種柔性管道實現油船在無碼頭情況時向陸上油庫補給油料。該系統需要解決以下兩個主要問題：一是如何用最小代價將油船可靠的系泊在海上;二是如何快速建立由海向岸的輸油通道。

離岸液貨卸載系統有多種型式：

（1）多點系泊系統型式

適用于海況溫和的海域，環境適應性相對較差，一般用于低海況作業;

（2）單點系泊系統型式

可適應惡劣海況，水深適應性較大，離岸液貨卸載系統中經常采用該型式。該型式目前主要有懸鏈腿式單點系泊系統和單錨腿式單點系泊系統兩種：懸鏈腿式主要用于離岸輸油終端，通常多為固定設施，機動性較大;單錨腿式僅有一個錨固點可以實現快速部署;

（3）動力定位系泊系統型式

通過動力系統保持船舶在海上的位置，其使用靈活方便，但缺點是能耗很大。

目前，多點系泊系統型式和單點系泊系統型式離岸液貨卸載系統在國內已有成功應用的先例，但動力定位系泊系統型式離岸液貨卸載系統國內尚無相關工程應用成果。下面對動力定位系統型式離岸液貨卸載系統進行分析研究。

2 ? ?動力定位離岸液貨卸載系統

2.1 ? 動力定位系統原理

為了滿足不同的作業需求，動力定位系統主要由：測量系統、控制系統、動力系統和推力系統組成。

動力定位系統是一種閉環的控制系統，它可以不斷檢測出船舶實際位置的偏差，再根據風、浪、流等外界擾動力計算出使船舶恢復到平衡位置所需推力的大小，并對船上各推力器進行推力分配，使船盡可能保持在海上預設的位置區域。動力定位系統主要用來補償水平位移，可以實現較精準的定位，但不能補償搖擺角位移。

目前動力定位系統在鉆井船上已廣泛使用，已有大量在惡劣海況下保持船位的應用案例。對于離岸液貨卸載系統，由于使用柔性軟管輸油，對于油船的位移要求并不苛刻，一般在中等海況下將油船保持在海上的適當位置即可實現由海上油船對岸油料卸載，因此動力定位系統用于離岸液貨卸載系統是可行的。

2.2 ? 動力定位系統組成

考慮到目前油船均未設置動力定位系統，如果直接在油船上增加動力定位系統將會導致較大的改裝成本，而且改裝所需時間周期長，因此建議選用一艘具備動力定位能力的專用母船作為油船海上定位的輔助船舶。該專用母船可在輸油海域長期輔助油船進行動力定位，對于載重量萬噸級以下的油船，可以選擇合適的大型三用工作船直接改裝為專用母船，節省初始投資。

考慮到油船靠泊和控制魚尾運動的要求，再另外選擇一艘拖船作為油船定位的輔助船。動力定位離岸液貨卸載系統，如圖1所示。

（1）專用母船

專用母船主機功率與系泊油船的噸位相匹配。初步估算，系泊萬噸級油船時專用母船主機功率超過1.3萬kW。

按船級社規范要求，目前動力定位分為DP1、DP2、DP3三個等級，如表1所示。

考慮到輸油過程中的安全性和位置控制要求，按DP2的要求設置專用母船的動力定位系統。該系統主要包括：尾部2個側推;首部360 o全回轉的螺旋槳和2個側推器。

為了保障液貨的正常卸載，專用母船的主要設備包括：首部的卸載系統（包括旋轉接頭、快速解脫、快速連接和拾起纜）、2個漂浮軟管存儲絞車、輸油軟管及5個軟管絞車;尾部的鋪管滑道及連接平臺、兩棲登陸車、油料儲藏艙、側掃聲吶等。其布置圖，如圖2所示。

（2）拖船

主要用于：在淺水海域幫助專用母船進行軟管的布放和回收，當需要時可以裝卸軟管或者輔助拋錨，還可以提供穩定的平臺用于潛水和潛水裝備;輔助將漂浮軟管拉至油船，也可以在油船需要時作為其尾拖船;救助船員、運輸岸灘終端到兩棲工作艇、由工作艇運輸岸灘終端到淺水區域;軟管管理，提供檢查、維修和海域交通管制服務。拖船裝備了360o全回轉首部推進器。

（3）海底軟管系統

軟管道特點是重量大于其排開海水的重量，因此軟管空的也會沉入海底;軟管的外徑盡可能小，以便減少海流產生的作用力;軟管的彎曲半徑不大于4倍直徑，可以存放在專用母船的絞車上;軟管的抗拉強度應足夠承受大型絞車拖曳上岸的拉力。

2.3 ?動力定位系統作業流程

動力定位離岸油料卸載系統是一個可快速部署和回收的系統， 其作業流程如下：

（1）當到達油料補給區域后，專用母船和岸灘建立通訊聯系。必要時專用母船將會對布設海域（水深大于10m）用海底側掃聲吶進行測繪，選擇最優的管線路線;

（2）專用母船到達10 m等深線水深的地方釋放一艘兩棲工作艇，其上載有岸灘終端單元、岸灘絞車及其他相關設備;兩棲登陸船將會拖著一條信號引纜到達岸灘高位水線以上岸灘終端單元布設地點，并選擇一個合適的用于岸灘終端單元和絞車安裝場地;信號引纜連接到絞車上，絞車收緊引纜將拖曳鋼索拉到絞車上，母船將拖曳鋼索的末端連接到軟管的末端，通過絞車將軟管拉到岸灘;

（3）專用母船釋放軟管時，根據岸灘坡度和距離，專用母船呼叫拖船幫助拖曳軟管到達淺水區域;當軟管上岸之后，與岸灘終端連接;

（4）專用母船向外海航行同時布放輸油軟管，直到將軟管布放到油船系泊區域;當到達卸油海域后，專用母船會在軟管的末端連接一個浮筒和拾起信號纜，這樣卸油船舶到達后專用母船就可以離開并再次拾起軟管;

（5）專用母船將前進到油船附近，將一條信號引纜和系泊纜送到油船的首部，然后將油船帶往系泊輸油區域;拖船將一根尾纜連接到油船，幫助專用母船控制油船運動。專用母船通過拾起鉤重新拾取浮筒或者通過工作艇或者拖船輔助拾取浮筒;當浮筒被拾起后，信號引纜將會連接到專用母船的首部輸油區域，然后將軟管的末端連接到軟管的首部卸油管路;

（6）與此同時，專用母船在拖船或者工作艇的幫助下從自身的尾部布放漂浮軟管到油船，油船會將漂浮軟管的末端連接到外輸油管系的末端，然后在專用母船的指揮下開始輸油作業，油船將油料輸送到專用母船的儲油艙;當專用母船的儲油艙有足夠的油料之后，啟動輸油泵開始向岸灘終端單元和岸灘儲油設備輸油;

（7）專用母船通過自身動力定位系統保持在輸油區域的上方。當不確定的魚尾運動時，拖船將會連接到油船的尾部，并保證油船和專用母船間足夠的安全距離;

（8）當卸油完成后，專用母船會將軟管的末端系上浮筒并拋入海中，連接油船的漂浮軟管會被回收到專用母船，與油船連接的系泊纜將解脫，拖船回收系泊纜。專用母船將連接下一艘油船，然后重復上述流程。

（9）當所有的輸油完成并且決定回收輸油系統時，專用母船會拾起軟管且保證管內是空的，解開軟管和岸灘終端單元的連接，然后開始用軟管絞車回收軟管。與此同時，岸灘終端單元將會解開連接并裝載到兩棲登陸車上，兩棲登陸車將帶著人員回到專用母船;當所有的軟管回收完成后，專用母船和拖船將會前往下一個需要輸油的地方。

3 ? ?結論

通過本文對動力定位離岸液貨卸載系統的分析研究，得到如下結論：

（1）動力定位離岸液貨卸載系統可以實現快速部署撤收，方便轉移;其專用母船具有較大油艙，可以連續不間斷輸油;

（2）動力定位型式相較于系泊定位型式，優點在于抗風浪能力強、部署與撤收更方便迅速;

（3）從經濟性方面，則無論是初期成本還是后續的使用、維修成本，系泊定位系統相對于國產化還不完全成熟的動力定位系統，具有明顯的優勢。

參考文獻

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