海洋工程運輸船舶裝備適應性改造設計探討

黃海濱，馮愛民，孫丕松，陳耀輝，徐 超

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

0 引言

隨著國家“一帶一路”經濟倡議的全面推進，石油作為不可再生資源在國家經濟發展中越發凸顯重要性。基于保護國內石油儲量和開采海洋石油巨大成本壓力的現狀，國內已有越來越多的企業“走出去”開發多渠道來源的石油能源物資。近年來中東區域國家同國內企業日益加深全面合作，前往中東海域開發海洋工程已成為大趨勢。中東海域海洋工程開發由于受到季節性氣候限制、高溫氣候環境、高溫水文條件等環境條件的約束，開發適合當地海洋環境條件的船舶資源裝備就顯得極為重要。

現以國內企業某大型自航工程運輸船舶為研究模型，提出船舶裝備系統適應性改造的技術方案，主要改造的裝備系統為：動力驅動裝置海水淡水冷卻系統、舵機液壓系統、空調冷藏系統等。其良好的設計方案可以使工程船舶適應中東高溫環境，以進行海上施工作業。

1 海洋石油工程運輸船舶作業海洋環境

中東海域阿拉伯灣每年11 月份至第二年3 月份是夏馬風盛行季節，2 月份最為活躍頻繁，最大風速39～49 km/h，陣風101 km/h，百年一遇每分鐘和每小時平均最大風速為別為27.35 m/s 和22.6 m/s。中東海域阿拉伯灣開放海域夏天海水最高溫度達到36.5 ℃。由于阿拉伯灣的海水鹽度高，海水溫度隨海水深度變化較小，水深10 m 時夏季水溫高達31 ℃（圖1，圖2）。

2 海洋石油工程運輸船舶裝備改造環保節能理論

從環境保護角度出發，必須積極降低原材料的耗用量，實施精益管理，最大限度地提高材料的利用率，節約資源。選擇優質船廠和設計單位利用現代設計技術和工藝，提高造船鋼材使用率，降低鋼材使用量。在船舶設計和改造過程中應始終密切關注船舶環保政策的調整，積極跟蹤船級社相關規范的制訂和業界的實施情況。持續跟蹤國際海事組織（International Maritime Organization，IMO）相關法律、法規最新進展和動態，并按照要求及時落實。

圖1 沙特海域風向圖

圖2 海水溫度場參數

船舶配備反滲透制淡水裝置，滿足船舶淡水需求，減少船舶淡水的補給，節約淡水的消耗；在船舶改造施工中應嚴禁跑冒滴漏，同時應開展保護海洋環境工作并減少對水資源的污染。在水線以下船體部分的油漆應采用無毒油漆，使用保護海洋生物多樣性的有機硅油漆。為控制船舶縱傾、橫傾、吃水、穩性或應力，船舶在壓載水艙里加裝壓載水以保證船舶的安全航行。遵循IMO 最新生效的壓載水排放公約，設置壓載水處理裝置。

督促船廠做好舾裝油類作業（油品、燃油搭載，油污水處理），規范作業基準，明確防污責任，落實防污措施和油泄漏應急措施，并通過各層次的環境巡回，強化遵守基準和污染預防的意識。設計和改造過程中應遵循IMO 發布的《MARPOL 73/78》公約及其附則IV“防止船舶生活污水污染規則”和附則V“防止船舶垃圾污染規則”的規定；嚴格管理船舶的污油處理、垃圾處理和污水排放等，盡一切可能減少船舶污油、垃圾和污水的產生量。船舶污水的排放嚴格執行國際公約關于特殊區域和含油量的有關規定。

改造期間和試航期間的污油水全部交由具備處理資質的專業處理公司進行處理，以減輕對海洋環境的污染。船舶設計應持有IOPP 證書（船舶防污證書），排放設備按照國際海事公約IMO 要求持有環保和排氣證書。

3 海洋石油工程運輸船舶裝備改造經濟性分析

由于作業海域最高氣溫高達48.2 ℃，年平均最高氣溫達到46 ℃，海水溫度達35.5 ℃，均超過了研究樣本船舶的設計極限值。為滿足作業需要，保證船上如主機、泵、錨機、配電柜等機電設備正常運轉，船員住艙環境舒適，必須對各船的如下系統進行改造：海水冷卻系統，生活區空調系統，機艙通風系統。

據不完全統計，全球主要海洋工程公司現有3800 t 級的大型起重鋪管船約4 艘：海工公司的藍鯨號和藍疆號，煙臺打撈局的華天龍，Saipem 公司的Saipem 7000。其主要參數對比，見表1。

表1 船舶主要參數對比

大型工程船舶和Saipem 7000 的起重能力大大超出油田作業需要，且租金費用太大，使用經濟性不好。其起身條件也無法滿足波斯灣當地的高溫環境，在此條件下必須進行工程船舶的改造工作。改造后對未來在中東和熱帶市場有長遠的市場效益。

4 海洋石油工程運輸船舶裝備改造技術方案

4.1 增加換熱容量

左/右舷主機滑油冷卻器能力不足，更換高效率的換熱片或整體更換滑油冷卻器。經現場調研及船上人員反映，在南海區域時，舵機、錨機、絞纜機液壓油溫較高，有報警現象。考慮舵機、錨機、絞纜機的使用頻率，為舵機液壓系統增加2 臺海水冷卻、換熱量約為40 kW 的板式熱交換器，2 臺70 L/min 的液壓泵；為各錨機和絞纜機增加1 臺風冷、換熱量約48 kW 的風冷油冷卻器，共計4 臺。左/右舷主機低負荷運轉時，機帶海水泵壓力均不足，導致主機尾軸海水冷卻量不足。左/右舷分別增加一臺流量15 m3/h 的小型海水泵，供主機尾軸冷卻用。同時，該海水泵還供舵機新加的板式熱交換器用。

原機艙風管布置不合理，機艙3 臺風機在實際使用時均作送風機使用，無抽風機，致使機艙空氣循環不夠，熱量無法排出，導致機艙溫度偏高。在左舷庫房頂部即原艙口蓋處和右舷機修間頂部各增加1 臺風量66 000 m3/h、直徑1200 mm 的可逆轉式軸流抽風機。

根據最新SOLAS 規范要求，機艙內應設有應急逃生孔。根據現場調研，目前機艙內無應急逃生孔。建議在左舷庫房處增加1 逃生孔。

4.2 增加生活區空調

原生活區廚房沒有空調系統，導致廚房夏天熱，冬天冷。增加1 臺風冷、制冷量12 kW 的風管式分體式空調，室內機放置在廚房旁的食品間，接入風管、布風器等風管附件，為廚房增加空調系統。外機放置在生活區第一層右舷外樓梯口處。

經現場調研，并根據原有資料，經計算，在沙特作業區域環境下，主要是一層的功能房間如會議室、餐廳及頂部駕駛室冷量不足。考慮原中央空調還可以使用，為生活區一層的功能房間會議室增加1 臺制冷量約10 kW 的風冷、一拖二的分體空調，為餐廳增加1 臺制冷量約5 kW 的風冷壁掛式空調，為頂樓的駕駛室增加1 臺制冷量約5 kW 的風冷壁掛式分體空調。

4.3 船舶結構加強

經現場調研并通過結構強度計算，工程船舶以下位置需進行結構加強：FR 61、FR 64、FR 67 在部分開口處增加12×100 mm 扁鋼，共計40 塊；FR 88 左舷距船中4800 mm 處立柱端部肘板替換，由500×500×26 mm 替換為1000×1000×26 mm，共計4 塊。

4.4 改造施工中的困難

（1）設計單位不熟悉本船而造成設計失誤。選擇有相關設計經驗的設計單位進行相關的設計工作，并要求由國外的設計單位進行部分作業工況的計算，在基本設計完成后，召開專家審查會，對成果進行審查后，再進行后續的設計。

（2）設備采辦未達到技術要求。由于本船設備數量較少，對主要的設備將列出設備廠商表，對采辦過程中的設備技術參數進行審核，對采辦過程進行監控，避免低價低質設備中標以及延誤交貨期影響改造。

（3）改造原材料漲價對改造工作的影響。由于本項目改造周期短，根據近兩年的船市預測，原材料都處于平穩和略微下行的趨勢，即使出現超出預測的漲價情況，項目組將根據市場情況，在確保交船時間的前提下，動用不可預見費，保證項目的正常運行。

（4）改造過程中出現的質量問題。派出駐廠監造組，在項目初期對質量體系和文件進行審核，監造中嚴格按照質量標準和規范要求進行驗收。

（5）工期延誤。從基本設計到交船只有4 個月時間，設計和改造工期極易出現滯后。采取設計、改造各自承包的方式，由改造船廠負責除概念設計外的所有設計工作，根據設計進度自行進行后續生產工序的快速跟進，同時，可以根據生產的需要順序安排設計計劃，避免設計時間的浪費。

5 總結

工程船舶適應性改造方案使用了現場勘查及數值模擬的工具來進行研究，方案的應用實踐為海洋石油工程船舶前往中東海域工作奠定了理論支撐，船舶裝備系統的適應性改造方案體現了環境友好的理念，細微處的設計點也體現海洋生物資源及保護物種多樣性的設計思路。