淺談沉浮控制臺在某型船的應用

陳嫦娥

（滬東中華造船（集團）有限公司，上海 200129）

隨著船舶自動化、智能化的發(fā)展，船舶上采用的自動化設備日趨多樣化、成熟化，如主機集中監(jiān)控裝置、電站自動控制系統(tǒng)、自動操舵儀、航跡儀、自動滅火裝置機艙等。近年在船舶姿態(tài)計算、穩(wěn)性評估、裝載計劃制定等方面向信息化深入發(fā)展。《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》（2022）[1]中規(guī)定：所有散貨船、船長100m 及以上的所有第I 類船舶、船長150m 及以上的礦砂船、兼用船，應配備經(jīng)認可的裝載儀，并對裝載儀提出了硬件、軟件和安裝驗收等要求。《船舶與海上技術(shù) 計算機應用 船用裝載儀》（GB/T29587-2013/ISO16155：2006）[2]中詳細地規(guī)定了船用裝載儀的要求。裝載儀的配置，一方面方便船員確定船舶的排水量、吃水、縱橫傾，檢查完整穩(wěn)性、破艙穩(wěn)性、總縱強度、建立彎矩分布等，另一方面實現(xiàn)自動、半自動和手動編制配載計劃，同時校核船舶的穩(wěn)性和強度，監(jiān)測裝載狀態(tài)，提高船舶的安全性。基于裝載儀的使用經(jīng)驗，類似的設備在國內(nèi)特種船舶上開始小范圍的使用，如浮態(tài)監(jiān)控和調(diào)整系統(tǒng)、姿態(tài)安全控制系統(tǒng)、沉浮控制臺等。本文就某型船搭載的沉浮控制臺，淺析其組成、工作原理及工作流程，并針對作業(yè)過程中的故障、報警情況提出解決方案。

1 沉浮控制臺組成及功能

沉浮控制臺由臺架、計算機、液位遙測系統(tǒng)、閥門遙控控制板、顯示器、顯示屏、打印機、壓載泵遙控PLC 模塊、壓載泵出口壓力顯示表等專業(yè)設備組成，可實現(xiàn)閥門遙控功能、液位監(jiān)測功能、壓載泵遙控啟停控制、視頻監(jiān)視顯示、輔助決策、聯(lián)絡通信、電源失電報警、船舶姿態(tài)報警等功能。外觀如圖1 所示。

圖1 沉浮控制臺外觀圖

計算機內(nèi)搭載“沉浮通訊顯示軟件”及“穩(wěn)性和總縱強度實時處理應用軟件”，用于顯示沉浮信息和進行沉浮計算，可實現(xiàn)與損管監(jiān)控臺、液位監(jiān)測系統(tǒng)的通訊，計算排水量、浮心和破艙穩(wěn)性、總縱強度、液艙重量，提供沉浮壓載方案和操作提示，決策破損扶正方案和操作提示，對危險狀態(tài)進行預報報警，具備數(shù)據(jù)記錄存儲和打印輸出功能。

液位遙測系統(tǒng)通過與液位監(jiān)測系統(tǒng)的通訊，可以實現(xiàn)與在計算機和顯示屏上實時顯示所有監(jiān)測艙室的液位信息、六面吃水測量值、沉浮艙吃水測量值，并具備打印功能。

壓載泵遙控PLC 模塊通過操作指示燈和按鈕實現(xiàn)對船上壓載泵的遙控啟停，在應急情況下，可對前后壓載泵組進行遠程一鍵切斷。

閥門遙控控制板可實現(xiàn)對閥門遙控系統(tǒng)閥門所有開關的控制并在控制板顯示閥門的開關狀態(tài)。

2 沉浮控制臺工作原理

沉浮控制臺設置與損管監(jiān)控臺、液位監(jiān)測系統(tǒng)、液壓動力單元、電磁閥箱的通訊接口，可通過接口協(xié)議采集破損信息、液艙裝載信息、液壓動力單元報警情況、閥門開關量信息。破損信息、液艙裝載信息傳輸至計算況、閥門開關量信息實時在對應的控制面板顯示。沉浮配載方案、扶正方案制定后，通過打印功能分發(fā)至操作人員手中，操作人員根據(jù)方案通過閥門遙控系統(tǒng)控制板、壓載泵遙控控制面板、液壓動力單元遙控控制板輸出閥門、壓載泵、通道設備的操作信號，實現(xiàn)船舶的沉浮作業(yè)和扶正作業(yè)。工作原理如圖2 所示。

圖2 沉浮控制臺工作原理圖

3 沉浮控制臺操作流程及注意事項

3.1 沉浮作業(yè)操作流程

沉浮作業(yè)主要分為下沉和上浮兩個階段。每個階段包括確認船舶狀態(tài)、制定進水/排水方案、進水/排水階段、確認浮態(tài)四個過程，如圖3 所示。

圖3 沉浮作業(yè)流程

沉浮作業(yè)開始前，需確認船舶的狀態(tài)。主要確認壓載艙內(nèi)流水孔、空氣孔和吸口暢通，液壓閥門遙控裝置正常工作，與沉浮系統(tǒng)運行有關的設備及氣、電供應正常，浸水艙邊界的水密門、艙壁門、人孔蓋等均處于關閉狀態(tài)，船舶橫傾縱傾滿足工作要求，水文氣象條件符合作業(yè)條件等。

準備工作確認完畢，開始進水方案的制定。使用沉浮控制臺，進入計算機操作界面，根據(jù)船舶遙測吃水，修正穩(wěn)性配載軟件中作業(yè)水域比重，不明重量和重量矩，使配載軟件計算浮態(tài)與船舶實際浮態(tài)一致。根據(jù)擬定的下沉作業(yè)目標浮態(tài)輸入首吃水、尾吃水目標值，用配載軟件計算需要進水的壓載水艙及進水量，并對重力進水方案進行計算調(diào)整，打印計算機屏幕顯示預案。

預案確定后，分發(fā)預案，開始下沉作業(yè)。首先打開浸水通道設備，保持浸水大艙通暢。接著開始重力浸水操作，按照預案要求對指定的壓載水艙進行重力浸水，由船中至首尾的順序依次打開重力浸水通海閥箱，左右兩舷對稱壓載艙同時浸水，同時注意船舶浮態(tài)及穩(wěn)性，調(diào)節(jié)閥門開度保持船舶平穩(wěn)下沉。觀察重力浸水壓載艙的液位變化，當進水速度明顯減緩時，關閉浸水通海閥門，停止重力浸水。

重力浸水完成后，開始壓載泵注水階段。打開前后壓載泵，由船中至首尾的順序依次對稱注水，調(diào)節(jié)閥門開度保持船舶平穩(wěn)下沉。當吃水離目標吃水約0.5 米時，關閉所有閥門，暫停注水，按計劃對相關部位進行密性檢查，密性檢查結(jié)束并確認安全后，重新開始注水，船體達到預定目標浮態(tài)時停止泵注水。整個過程應關注船體吃水、初穩(wěn)性高的變化情況。

上浮作業(yè)與下沉作業(yè)順序相反。由首尾至船舯的順序依次對稱排水，調(diào)節(jié)閥門開度，使船體平穩(wěn)上浮，至目標浮態(tài)即下沉前的浮態(tài)。上浮作業(yè)完成，關閉閥門和壓載泵。

下沉作業(yè)和上浮作業(yè)過程應關注船舶穩(wěn)性及浮態(tài)，出現(xiàn)報警情況采取應急措施，保證作業(yè)過程的安全性。

3.2 作業(yè)過程中故障、報警及解決方案

沉浮作業(yè)期間可能出現(xiàn)各種故障和報警，作業(yè)前需制定處置預案。

3.2.1 液位監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)生故障

沉浮作業(yè)通過液位監(jiān)測系統(tǒng)來監(jiān)測船舶的六面吃水及各液艙的裝載和液位變化情況，若液位監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)生故障，導致顯示的吃水及液位與實際值差異過大，就會影響作業(yè)的順利進行。

作業(yè)期間如果液位監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)生故障，應立刻暫停注水，通過手動測量管測量相關液艙液位高度，確認液艙狀態(tài)量，消除故障后繼續(xù)作業(yè)；若一時不能修復，需繼續(xù)作業(yè)時，應放慢注水速度，同時密切觀察船上設備測量的橫搖角及縱搖角來判斷船舶的縱橫傾狀態(tài)。

3.2.2 沉浮作業(yè)過程船體出現(xiàn)過大橫傾

本船壓載水艙數(shù)量較多，沉浮作業(yè)階段壓載水進水量大，如果作業(yè)過程中由于部分閥門故障，不能正常啟閉，或者是閥門開度調(diào)節(jié)不及時，導致不對稱進水，可能導致船體在短時間內(nèi)出現(xiàn)過大橫傾，嚴重時會危及到船體本身的安全。

作業(yè)過程中需逆風航行，過程中禁止大舵角操船，避免由于風向或者操舵而引起的較大橫傾；作業(yè)過程中出現(xiàn)船舶橫傾角度過大，超過系統(tǒng)報警上限值時，應注意控制閥門的開度，預防橫傾進一步擴大或暫停傾斜一側(cè)壓載艙進水，減小橫傾；橫傾較大時，立即切斷通海閥，暫停作業(yè)，對故障進行確認、排除后再繼續(xù)進行作業(yè)。

3.2.3 計算機軟件故障

沉浮作業(yè)通過計算機軟件進行沉浮作業(yè)輔助決策，制定沉浮預案，確定各壓載艙的進水量，并對船在下沉和上浮作業(yè)過程中的穩(wěn)性和強度進行計算校核監(jiān)控，若計算機軟件發(fā)生故障將導致無法制定沉浮方案、監(jiān)控作業(yè)過程的穩(wěn)性和強度，影響作業(yè)的順利進行。

作業(yè)期間如沉浮軟件故障，應立刻對軟件進行恢復；若軟件一時不能修復，應暫停作業(yè)，若需繼續(xù)進行作業(yè)時，應放慢注排水速度，同時通過液艙容積表及靜水力表等手工對船舶浮態(tài)進行計算，制定后續(xù)注排水方案，保障作業(yè)繼續(xù)進行。

3.2.4 壓載泵或遙控蝶閥故障

沉浮作業(yè)通過壓載泵對各個壓載艙進行注排水，通過閥門遙控系統(tǒng)控制閥門開閉/開度情況調(diào)節(jié)進排水速度，若壓載泵或遙控蝶閥故障，就會影響注排水的操作，無法順利執(zhí)行沉浮方案。

若壓載泵出現(xiàn)故障，應迅速啟用備用壓載泵，同時立即排查原因，進行修復；若沉浮控制臺無法操作遙控蝶閥，立即轉(zhuǎn)至分控箱操作，若仍無法實現(xiàn)，應立即轉(zhuǎn)至就地進行應急手搖泵操作；若所有壓載泵短時間內(nèi)不能修復，需停止作業(yè)，采用掃艙泵調(diào)整壓載艙水量，保障船舶安全。

3.2.5 人員安全

沉浮作業(yè)過程浸水區(qū)域?qū)⒋罅窟M水，作業(yè)期間若有人員不慎落水，就可能造成人員安全事故。

作業(yè)期間浸水區(qū)域應設立警示標志，并安排人員值守，禁止無關人員隨意進入；人員若因工作需要進入浸水區(qū)域必須穿戴救生衣；若發(fā)現(xiàn)人員落水，應立即中止作業(yè)，組織救生人員施救。

3.3 經(jīng)驗總結(jié)

沉浮作業(yè)過程需注意以下兩點：

（1）本船壓載艙的高位報警設置為艙容的95%，但由于作業(yè)過程中船舶的縱傾、橫傾較大，部分壓載艙的裝載量未達到報警值時液位傳感器的高度已達到報警值，導致注水量未到要求即高位報警，注水量達不到預定的要求。當壓載艙高位報警后觀察沉浮配載軟件中顯示的注水量，若未達到預案要求的注水量，則繼續(xù)注水，即以軟件顯示為準。

（2）配載軟件的初步設置中，船舶的重量組成中有一項為不明重量的項目。該項目為船舶不可準確統(tǒng)計或不能把控重量的總和。船舶重量作為配載軟件的計算依據(jù)，不明重量的修正尤為重要，其重心的位置直接關系軟件在制定配載方案和監(jiān)控船舶狀態(tài)時的計算結(jié)果。沉浮配載軟件中修正不明重量的機制為快照模式，無法進行實時修正，故為減小誤差，盡量平靜的水面進行修正。此時船舶狀態(tài)較為穩(wěn)定，液艙液面較平靜，傳感器傳輸?shù)囊号摳叨取⒊运闆r誤差較小。不明重量修正后計算的船舶六面吃水、橫傾角與船舶實際浮態(tài)保持一致。該項重量需在試驗前條件滿足的情況下進行修正，沉浮控制臺在使用階段，定期復核浮態(tài)的計算結(jié)果和船舶實際浮態(tài)進行比較，當出現(xiàn)較大差距時，及時進行不明重量的修正。

4 結(jié)語

沉浮控制臺實現(xiàn)了船舶穩(wěn)性和強度監(jiān)控、沉浮方案制定、吃水和液艙監(jiān)控、沉浮遙控操控等功能，大大提高了作業(yè)過程的船舶安全性，實現(xiàn)操作自動化，提高工作效率。此類裝載儀在某型船上的有效應用，為同類設備在更多特種船舶上的使用提供了可行性參考。通過優(yōu)化裝載儀的配置、改進軟件的計算功能，可實現(xiàn)特種船舶的特殊作業(yè)的信息化，提高自動化水平，更好地完成使命任務。