12 000 t打撈/半潛工程船壓載系統及透氣系統分析

高振宇

（大連中遠海運重工有限公司，遼寧大連 116113）

0 引言

除常規的大件運輸功能外，打撈/半潛工程船還具備雙船合并打撈、下潛裝貨運輸等功能。在大件運輸過程中，大件的重心高、穩性差、易受風浪沖擊，對船舶總體設計、系統配置、相關操作的要求都比較高。為滿足船級社對半潛船儲備浮力的相關要求，常采用“三島式”開放布置方式，該布置方式已成為當前的主流布置方式。在進行打撈/半潛作業時，主要通過壓載系統和透氣系統對船舶的上浮和下潛進行調整。本文基于某12 000 t抬浮力打撈/半潛工程船，對其壓載系統及透氣系統的設計要點進行分析，并闡述打撈/半潛作業的操作要點。

1 船舶概況

1.1 船舶主要參數

本文中 12 000 t抬浮力打撈/半潛工程船總長169.00 m，垂線間長158.00 m，型寬39.80 m，型深10.90 m，設計吃水7.50 m，作業吃水（打撈吃水）8.80 m，最大作業吃水（最大半潛吃水）21.40 m，載重量（夏季滿載型吃水）26 000 t，最大抬浮力（單船單邊）：120 000 kN，壓載艙數量52個，總容積57 000 m。

1.2 作業方式

12 000 t抬浮力打撈/半潛工程船可在甲板舷側布置一定數量的可拆卸式線性絞車，每臺拉力4 500 kN。每臺線性絞車配備1個導向滾輪、1個就地控制箱、1個信號箱和1臺繞繩裝置，每4臺線性絞車配備1個動力站，全船共配備1套集中遙控操作臺。在進行打撈作業時，雙船同步聯合操作，線性絞車及導向滾輪對稱布置（見圖1），通過調撥雙船的壓載水狀態，可使抬浮力達到240 000 kN。半潛作業示意圖見圖2，在進行半潛作業時，通過向壓載艙注水，可將船舶最大下潛深度達到21.4 m。

圖1 雙船聯合打撈作業示意圖

圖2 半潛作業示意圖

2 壓載系統和透氣系統

12 000 t抬浮力打撈/半潛工程船配置52個壓載艙，每艙配置獨立的壓載進/排吸口，每艙設置獨立的透氣管。壓載系統的設計要滿足船舶最大下潛21.4 m深度的要求，主甲板下壓載艙透氣管路的空氣頭集中布置在艏樓甲板的合適位置。

2.1 管路材料選擇

由于壓載系統和透氣系統設計復雜且管路布置較長，在設計前期，需根據管材參數對比表（見表1）合理選擇管路材料以滿足系統使用的要求。壓載系統管路口徑大、作業頻繁，且壓載艙數量多，作業較為復雜，考慮其工作安全性，采用鋼管設計。壓載艙透氣管路的設計壓力相對較低，設計長度為2 350 m，口徑較大，采用聚乙烯PE100作為管路材料。

表1 管材參數對比表

2.2 系統主要設備配置

壓載系統主要設備配置要滿足船舶下潛或上浮作業能力的要求，主要配置情況：1）4臺電動離心立式自吸壓載水泵（單臺流量為3 400 m/h），可用于壓載及排載；2）3臺電動離心立式自吸壓載掃艙泵（單臺流量為500 m/h），可用于壓載和掃艙，并可配合壓載水處理裝置工作；3）2套基于濾器和紫外線消毒的壓載水處理裝置（單臺流量為500 m/h），可根據不同港口的特點選擇相應的壓載水循環模式。

為保障船舶壓載作業的順利進行，配置1套先進的閥門遙控及液位測量系統（見圖3）。系統采用冗余設計，將全船壓載系統、壓載艙液位測量系統、

圖3 閥門遙控及液位測量系統

吃水測量系統、船體撓度測量系統和裝載計算機信號整合在一起，可對壓載系統及船舶狀態實時監控。每個壓載艙配置進排水遙控閥，具備開關、開度和卡阻故障指示等功能。特殊位置閥件可實現一鍵關閉，共配置112個一鍵關閉遙控閥。每個壓載水艙配置2套獨立的液位傳感器，當一套失效時，可以自動轉換另一套進行壓載艙的液位監測。在艏部、艉部和舯部的左右舷共配置2套8個液位測量傳感器，用來監測船舶吃水情況。全船配置11個撓度傳感器，均布在船舶底層位置，可實時監測船體變形狀態。數據記錄系統可將壓載水處理過程的數據記錄、保存。

2.3 壓載系統設計及計算

半潛船壓載系統設計通常采用3種方式進行壓載和排載：1）大排量壓載泵；2）大型空壓機；3）空壓機及壓載泵組合。

12 000 t抬浮力打撈/半潛工程船的壓載系統采用大排量壓載泵進行壓載和排載。壓載系統的設計可滿足各種作業狀態下的排水要求，還能靈活調整船舶的吃水、縱傾和橫傾。壓載主管路采用DN 700口徑雙環形總管式布置方式，中間共設置4個主隔離閥。每個壓載水艙通過獨立支管和開度式遙控閥與總管相連，可實現每個壓載艙的獨立操作與水量分配。艉部裝貨的過程中，在滿足穩性的前提下，可實現艏艉壓載水的調駁。在進行兩船聯合打撈作業時，可快速調整左右壓載水。艉部的浮箱壓載管路設置可拆式橡膠膨脹節，在浮箱移位時方便拆除。

不同工況下壓載艙水量分配及操作時間見表2。壓載艙的流量分配可采用 PIPENET軟件進行仿真計算，仿真結果可為實際操作提供指導數據。

表2 不同工況下壓載艙水量分配及操作時間

2.4 透氣系統的設計與布置

半潛船壓載艙的透氣系統通常采用3種設計方式：1）每個壓載艙配置單獨的透氣管路；2）按區域劃分的壓載艙透氣管統一匯集至透氣集管；3）采用采用空壓機對每個壓載艙進行抽氣。

12 000 t抬浮力打撈/半潛工程船壓載艙的透氣系統采用第2種設計方式，為每個壓載艙設置獨立的透氣管路。根據中國船級社相關規范要求，每一個壓載艙空氣管的總橫截面積應大于注入管有效截面積的25%。在本項目中，每個壓載艙配置1個DN 400注入管和2個DN 400透氣管，口徑均滿足規范要求。由于本項目特種操作人員超過12人，需要按照客船的衡準和計算方式校核破艙穩性。船舶破損是壓載透氣管設計過程中考慮的重點，若透氣管布置不合理，在發生海損情況下，透氣管的破損會造成其他壓載艙浸水，導致船舶傾斜、裝載貨物沉沒海中，進而造成巨大的經濟損失。本船可裝載大型海工鉆井平臺，重心較高，其透氣管路的布置集中靠近舯部和甲板處（見圖4），左舷壓載艙的透氣管路靠近舯部右舷位置，右舷壓載艙的透氣管路靠近舯部左舷位置。當某壓載艙破損時，該布置方案可平衡船舶的橫傾角，進而提高船舶破損之后的生存概率。在艏部低點位置為每個壓載艙的透氣管路配置遙控泄放閥，在進行壓載或排載前，遠程開啟閥件泄放管路存水以保證透氣管暢通。

圖4 壓載透氣管布置圖

2.5 操作要點

1）在船舶進行作業前，需要檢查閥門遙控及液位測量系統的狀態，確認系統是否工作正常。

2）在壓載泵啟動前，檢查壓載艙透氣管的存水情況，打開空氣管泄放管路的遙控閥，將空氣管路存水泄放干凈，再關閉遙控閥。

3）在船舶進行下潛和上浮作業前，選定的作業水域需滿足船舶穩性衡準對海況和風速的要求。

4）船舶進行下潛和上浮時要嚴格按照裝載手冊對壓載水進行調撥。

5）在船舶下潛或上浮過程中，穩性將受到壓載艙內液面晃動的影響。為減小壓載艙自由液面的搖晃，需要將壓載艙液位裝至最高液位或完全排空。

6）船舶在下潛或上浮過程中，需要保持適當的縱傾狀態。

7）在主甲板將要沒入水中或即將出水之前，調撥壓載水，控制壓載艙水量，控制壓載艙的注水和排水時間以增加船舶的穩性。

3 結論

壓載系統及透氣系統對保證船舶航行時的安全性和穩定性非常重要。本文基于某12 000 t抬浮力打撈/半潛工程船，對其壓載系統及透氣系統的設計要點進行分析。在考慮壓載艙透氣管對破艙穩性影響的基礎上，對管路的布置提出合理建議，以期為打撈/半潛工程船壓載系統及透氣系統的設計提供一定參考。