某穿梭油輪動力定位系統輪機配套方案

摘" " 要：某穿梭油輪取得DNV-GL船級社入級符號DYNPOS（AUTR），比DP2要求具有更高可靠性和穩定性，其重要系統和設備的冗余性將特別考慮。本文簡要介紹該型油輪的動力定位系統的輪機相關配套方案，重點介紹推進系統、燃油系統、滑油系統和冷卻水系統特有冗余配置方案，為類似船舶設計提供參考。

關鍵詞：穿梭油輪；動力定位；輪機輔助系統

中圖分類號：U664.44 " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標志碼：A

Marine Engine Support Scheme for Dynamic Positioning

System of One Suezmax Shuttle Tanker

Wang Ning1，" Xue Hai2

（ 1. COSCO Shipping Heavy Industry （Yangzhou） Co.， Ltd.，" Yangzhou 225211， China; 2. COSCO Shipping Heavy Industry （Zhoushan）

Co.， Ltd.，" Zhoushan" 316131， China ）

Abstract： A shuttle tanker is required to obtain the DNV-GL classification society symbol DYNPOS（AUTR）， which has higher reliability and stability requirements than DP2， and the redundancy of its important systems and equipment will be particularly considered. This paper briefly introduces the related marine auxiliary support scheme for the dynamic positioning system of this type tanker， and focuses on the unique redundant configuration scheme of the propulsion system， fuel system， lubricating oil system and cooling water system， which provides reference for the design of similar ships.

Key words： shuttle oil tanker;" dynamic positioning;" marine auxiliary system

1" " "引言

隨著采油點向深海域發展，出油井距離大陸岸基越來越遠，而海底地形復雜，鋪設海底輸油管線難度大、費用高，為此穿梭油輪應運而生，其往往工作在深海石油鉆井平臺、浮式生產儲油輪FPSO或浮式儲油輪FSO與海岸港口之間，主要用于采油站的原油運輸，頻繁航行于采油站與岸基間。為此，相比常規油輪其需具有更好的操縱性能，以變能在惡劣海況下實現頻繁停靠功能，并在作業時可保持所需位置和首向，保證駁油工作的安全進展[1]。

某15萬噸蘇伊士型油輪總長278.9 m，型寬47m，設計吃水16 m，航速約14.5 kn，適用于無限航區，入級挪威-德國勞氏船級社，取得入級符號DYNPOS（AUTR）。本船設有主推進可調螺旋槳（CPP）、貝克舵各1套，艏艉側推進器各1臺，艏部可調螺距全回轉伸縮推進器2臺，艉部可調螺距全回轉伸縮推進器1臺，共6臺推進器。其電源系統由3臺4500kW 柴油發電機組和2臺3 375 kW柴油發電機組組成。電力功率輸出至船舶電站匯流排，并經匯流排將電功率輸送至各推進器電機，降壓后經440 V匯流排驅動輔助設備如冷卻水泵、燃油供給泵及滑油泵、通風機、空調照明通訊及檢測報警等設備。

聯合控制主推進系統CPP螺距產生不同大小的正、倒車推力，而艏、艉可調螺距全回轉伸縮推進器可以在360°任意方位上產生推力，亦可產生左右方向的側向推力。DP控制系統通過位置和垂直面參照系統來綜合控制各推進器推力及方向，以使船舶保持在規定的位置和方向上。

本穿梭油輪滿足入級符號DYNPOS（AUTR）要求，比DP2要求具有更高可靠性和穩定性。為了滿足該要求，船舶的動力系統、推進器、DP控制系統、服務于推進器的船舶輔助系統均需設有冗余，即當出現單個故障時，所配冗余單元或系統應能夠及時投入使用，為此重要冗余系統需要處于熱備用狀態，以確保動力定位系統工作可靠性。

2" " "基本要求

本船舶動力定位將利用動力系統自動保持所需船舶位置。其基本功能為艏向控制、定點控制和軌跡控制。動力定位系統由位置參照系統、計算機控制站、推進器等部件組成，電子計算機根據船舶位置參照系統所測得的船位數據，自動發出控制信號，控制推進器的運作方向、轉速或槳葉螺距，達到調整船位目的，并根據風速風向的變化，提前發出信號抵消風力的影響[2]。

DYNPOS（AUTR）對于動力系統部件要求冗余，當其發生單個故障時（不包括一個艙室或幾個艙室的損失），單元或系統應能保持或恢復其功能，使船舶位置不至發生意外偏移，為此設計時應考慮單個故障獨立性和失效安全，滿足DYNPOS（AUTR）符號配置的基本要求[3]：

1）所有運動部件，如發電機、推進器、配電板、通訊網絡、遙控閥等應冗余；

2）靜態部件如電纜、管路、手動閥、濾器等被證實已得到嚴格保護并免于損壞；

3）需要提供兩套或以上完全隔離的燃油供給系統，以實現冗余配置。每一個冗余組至少配置一個燃油日用艙；

4）對燃油需要加熱的船舶，其燃油加熱系統需要冗余，或與不需要加熱的燃油艙配合成組；

5）推進系統的淡水冷卻系統需要兩套或以上完全隔離，以實現冗余配置，以防產生全面失效；

6）機艙風機需要分組冗余。空調單元、制冷機組和中央空調系統無需冗余；

7）如果機艙防火風閘和快關閥關閉影響動力定位功能，也應隔離成組，實現冗余。

3" " 解決方案

為了滿足該船動力定位要求，將推進器及輔助設備分為3組（A、B、C組），如表1。當失掉其中一組推進器時船舶仍可保持位置和首向。本船的設計方案：最差失效工況（WCFDI）為失掉6.6 kV匯流排A，即失掉1號艏側推和主推與舵機，其它任一單點故障后的功能失效均不會超過上述失效工況。

基于船級社規范DYNPOS（AUTR）要求及本船設計方案，將涉及動力定位系統的推進器、配電板、發電機和輔助服務設備（泵、風機、壓縮機、溫控閥等）分成3個組。按規定，僅考慮某單組故障發生后會引起某一推進器或某一組推進器離線，而無需考慮多個故障點同時發生引起的系統性失效。在常規狀態時，DP工作中6臺推進器同時在線，由DP自動控制系統管理（K-Chief 700），A和B組作為工作組做動力輸出，C組做備用。

3.1" "燃油系統

為主機服務的燃油來自A號重油日用艙或A號清油日用艙（MGO），通過燃油濾器、供給泵、混油筒、循環泵、流量計、燃油加熱器、自清濾器和粘度控制器進入主機燃燒做功，系統配有壓力傳感器、溫度傳感器、溫度表、壓力表等用于監測管路燃油參數，并為機艙控制系統提供信號以自動切換到備用設備。

船舶在進入DP操作前人為選擇使用重油或柴油，即控制供給泵前面的氣控三通閥進行選擇，當濾器堵塞或燃油供給泵損壞，泵出口壓力開關監測到低壓信號后控制系統會自動切換到備用泵，燃油循環泵出口也配置有壓力開關以便自動切換，自清濾器堵塞會產生壓差信號自動反沖洗以保持連續工作，也可手動切換備用濾器應急。主機進機燃油粘度由粘度控制器或溫度控制器控制，正常工況下使用粘度計控制，損壞后轉換為溫度控制器控制燃油溫度來間接保證燃油粘度，粘度計或溫度傳感器反饋信號傳輸到控制箱控制燃油加熱器蒸汽量來獲得所需的燃油粘度。

No.A重油日用艙艙容滿足主機無人機艙24 h燃油消耗量，設有低位報警器（50%艙容）。No.A清油日用艙艙容無法滿足無人機艙24 h燃油消耗量，但其設置有低位報警器（45%），以及控制清油輸送泵自動啟停以駁運清油到日用艙。B組和C組燃油系統配置同A組相似，不再贅述。

3.2" "滑油系統

主機滑油系統亦設有雙供給泵、雙滑油濾器和一臺滑油冷卻器，給主機軸承、活動部件、增壓器和十字頭機構潤滑冷卻。DP正常工作狀態下，1號主滑油泵和自清濾器在線工作，滑油泵出口設有壓力傳感器檢測信號并給控制系統做自動切換用，濾器進出口設置壓差傳感器。滑油溫度是通過調節淡水進出滑油冷卻器流量來進行控制，溫度控制閥裝在冷卻器淡水側。氣缸潤滑油以重力形式供給到主機滑油注油器，用以潤滑油活塞環和氣缸套，本船配有2個氣缸油日用艙，分別用于高硫重油和低硫重油。

柴油發電機組的滑油系統集成到設備單元本體上，主要有滑循環艙、滑油預供泵、機帶滑油泵、一臺滑油冷卻器、雙路濾器、壓力控制閥等組成。每組設備故障不會引起其他組設備失效，保證DP功能連續不斷。

3.3" "冷卻水系統

本船配置A級和B組2套海水冷卻系統，一用一備。每組海水冷卻系統配有2臺海水冷卻泵、2臺中央冷卻器、壓力和溫度傳感器。海水總管中間以隔離閥隔開，在DP工況下為關閉狀態，相當于有2路獨立海水供使用，提高其冗余度。當一臺海水泵故障引起水壓下降機艙控制系統（ICMS）會自動啟動另一臺海水泵。

A組淡水冷卻系統主要由2臺淡水循環泵、2臺中央冷卻器、溫度控制閥、膨脹水柜和各負載用戶組成。A組負載主要有A發電機、主機空冷器、主機滑油冷卻器、主機缸套水冷卻器、艉管滑油冷卻器、中間軸承冷卻器、1號舵機液壓泵組、1號空氣壓縮機、中央空調、食品冷藏、A組供油單元、集控室空調和1號高壓配電板間空調。膨脹水柜設液位低報警，因其水位過低會導致本組設備失效離線，三通溫控閥故障會導致系統水溫升高，繼而引起本組設備切斷離線，由于三組設備冷卻系統相互獨立，一組損壞不會引起其他組同時失效，處于最壞失效設計工況之內。

B組淡水冷卻系統由2臺淡水循環泵、2臺中央冷卻器、溫度控制閥、膨脹水柜和各負載用戶組成，B組負載主要有B1/B2發電機組、B組供油單元、4號艉全回轉推液壓泵組和電機。同理，C組系統配置方法一致，主要負載有C1/C2發電機組、C組供油單元、5號艉側推電機、2號舵機液壓泵組、2號空氣壓縮機和1號高壓配電板間空調，與A組負載形成相互備用功能。

3.4" "推進器布置

本船將推進器分成3組（參見表1），其布置如圖5所示，以滿足船級社DYNPOS（AUTR）入級符號要求。A組主推機器的可調槳液壓控制單元為雙電機驅動雙液壓油泵，一用一備，用以控制螺距；另外液壓單元上配有零螺距液壓油泵，當出現故障后使可調槳推力為零，提高安全性。每臺側推和伸縮全回轉方位推進器各配有獨立的液壓系統和重力油柜，每套系統液壓單元為雙電動油泵，一用一備，且其電氣系統完全隔離，實現系統冗余。重力油柜使用環保油（EAL）作為推進器軸封介質，滿足綠色船舶要求。

4" " 結語

本項目首制船已順利完成了海上試航，分別完成在使用重油和柴油條件下DP工作模擬試驗以及故障模式與影響分析（FMEA），試驗結果得到了船東和DNV-GL船級社的一致認可，獲得船級社頒發的DYNPOS（AUTR）檢驗證書，兩艘后續船亦在建造中。本文配置方案可為其它類似船舶設計提供參考。

參考文獻

[1]柳宏.中遠船務10.5萬噸穿梭油輪簡介及應用前景[J].機電設備，

2013， 30（3）：35-37.

[2]徐海祥，馮輝等.船舶動力定位系統原理[M].北京：國防工業出版社，

2016.

[3]DNV GL rules for classification： Ships[S]．挪威：挪威船級社， 2021.