3 000 t起重铺管驳船系统优化设计

冷喜嘉， 李 芳

(1.上海振华重工(集团)股份有限公司， 上海 200125； 2.上海佳豪船舶工程设计股份有限公司， 上海 201612)

3 000 t起重铺管驳船系统优化设计

冷喜嘉1， 李 芳2

(1.上海振华重工(集团)股份有限公司， 上海 200125； 2.上海佳豪船舶工程设计股份有限公司， 上海 201612)

介绍了3 000 t起重铺管驳船系统优化设计理念和方法，为今后建造同类型工程船提供参考。

船舶系统 安全 环保

1 简介

3 000 t起重铺管驳为非自航浅水铺管船，可短距离移泊，能够铺设水深为300 m的海底管线。该船兼具铺管船、起重船和生活驳等多种功能(见图1)。该船设计成功后，振华重工获得巨大商机，先后建造了四艘，均已顺利交付给国外船东，并投入运营。该船是国内自主设计制造的向国外船东交付的第一艘海洋石油铺管船，从而显著提高了我国在大型起重船设计及制造领域的知名度，为更好地占领海洋工程配套市场打下了良好的基础。该船于2012年11月10日在第十四届中国国际工业博览会上荣获银奖，而本次会议上获得金奖“海洋石油981”是中国首座自主设计、建造的第六代深水半潜式钻井平台，其先进性是不言而喻的。3 000 t起重铺管驳能荣获本次工博会银奖也表明其设计和制造的先进性。

图1 3 000 t起重铺管驳实船

保证船舶不沉性、防火、防污染、安全航行以及满足人员生活需求的管路系统称为船舶系统，包括压载系统、 舱底系统、消防系统、救生系统、冷却水系统、空调系统、供水系统、电气系统和吊机供电系统等。本文介绍了3 000 t起重铺管驳船舶系统优化设计理念和方法，为今后建造同类型安全环保工程船提供了参考。

3 000 t起重铺管驳各系统设计时经过了深入地调研和细致的分析，同时参考了同类型船的资料并结合该船的特点，采用切实可行的方法进行优化设计，目的是设计一条具有能耗低、操作性强、安全性高、居住舒适的绿色铺管/居住驳。为此，该船在压载系统设计、消防系统设计、救生系统设计、冷却水系统设计、空调系统设计、供水系统设计、电气系统设计和吊机供电系统设计等多方面均加入了安全环保的设计理念，同时对船舶噪音限制和电站进行优化设计。以下分别介绍了3 000 t起重铺管驳船舶系统的优化设计理念和方法。

2 压载和舱底系统设计

3 000 t起重铺管驳压载系统的设计须满足吊机(3 000 t固定吊、2 000 t全回转起重功能)工作时船舶浮态调整的需求。在全回转作业时，为了平衡2 000 t吊重对船舶浮态的动态影响，结合稳性计算，该船在15 min内左右舷调拨的最大压载水水量达2 200 t，即8 800 m3/h。系统的设计在考虑操作可靠性、灵活性的同时也充分考虑配置成本。在机舱平台左右舷各增加一个小管弄，用以布置1 000 mm的主管路，并在辅机舱设置两对高低位海水门，从而减小管路通径。这样只有处于最危险工况，即艉部起吊2 000 t，回转至侧方90°时，才需要启动4台流量为2 200 m3/h的压载泵，通过总管在E、F之间调拨8 800m3/h调平压载水水量。这套系统还可满足A、B、C、D间互相左右调拨，从而满足其它工况稳性要求，并将管径降低约30%，减少了管路附件的成本。结合各压载舱的液位遥测系统、船舶的吃水测量系统、遥控阀系统等，通过计算机能及时、准确地对船舶浮态进行远程控制。图2为压载管系布置图。

图2 压载管系布置图

由于本船舱底系统需满足SPS特种用途船的要求，因此设置三台舱底水泵和两台日用舱底泵，分别布置在机舱、辅机舱和船艉吊机下空舱内(见图3)。这样布置能更好地保持三个泵工作的独立性，不仅可以在正常使用时有效地排除水密舱室内生成的舱底水，而且在单泵舱室发生破损的紧急情况下，使进水舱室在有限进水情况下也能有效地排水，更好地保证船舶安全航运。在实船使用中，效果非常好。

图3 舱底水管系布置图

3 救生、消防系统设计

鉴于3 000t起重铺管驳为无动力驳，不属于SOLAS公约要求的船舶，但船上船员及工作人员共计310人，救生、消防系统设计须满足特殊用途船规范和居住驳规范的要求。因此，在设计中充分考虑上层建筑的分层及单层的甲板宽度的协调，在保证生活和工作空间的前提下，将其框定在1个主竖区内，在防火分隔及消防布置上应避免划分过多主竖区使系统复杂化，同时极大地提高了住舱区的安全性和节约了成本。设计中进行了人员撤离可行性量化分析，并对住舱内的脱险通道包括走道、梯道号的设计进行了评估，通过主梯道对角布置的方式在简化布置的前提下保证人员能安全、快速地撤离。

3 000t起重铺管驳消防系统则满足SOLAS公约36人以上客船的最高要求。设置了水消防系统(湿式)、CO2灭火系统、机舱局部水雾系统、住舱水喷淋系统及直升机平台泡沫灭火系统。各系统相对独立，分区明确，操作自动化程度高。火灾危险性大，而本船人员众多，故安全系统配置极高，这为船舶后期租赁或交易提供了坚实保障。

4 冷却水系统设计

结合3 000t起重铺管驳的实际操作工况，该船冷却水系统设计在常规集中中央冷却方式的基础上进行了改进，采用了集中的海水冷却系统和分散的淡水冷却系统相结合的方式。将海水冷却系统分为铺管辅助设备海水冷却系统和常规设备海水冷却系统；将淡水冷却系统分为发电机组冷却系统、发电机组辅助设备冷却系统、生活设备(包括中央空调及冷藏机组)。通过对热平衡进行计算，合理地分配冷却器及冷却水泵的数量及容量。使整个系统在该船的各种操作工况下，冷却水系统都能够充分地满足需求，并消耗最低的电站功率，达到系统分区明确、操作简单、低能耗和低投资成本的设计目的。

5 空调系统设计

3 000t起重铺管驳居住人员多、住舱面积大，在设计中央空调系统时不仅要保证良好的空气调节效果，还要考虑机组噪音对人员舒适性的影响。该船按住舱甲板分层配置单层的中央空调机组，简化空调风管的布置，保证住舱区足够的净高。机组冷却采用冷媒水间接冷却的方式，将空调机组的压缩机组及冷水机组从机组单元上转移至机舱布置，在有效防止冷媒泄漏危害人员健康的同时将压缩机组对住舱的噪音影响降至0。在系统的设计中，充分考虑了船员的舒适性，并秉持环保的理念，最终达到了很好的效果。

6 生活供水系统设计

3 000t起重铺管驳人员多，用水量大，采用常规的压力式供水系统，水柜的体积过于庞大，且无法保证船上不间断的供水需求。因此，借用客船消防水“湿管”的设计理念，该船采用变频供水系统。如图4所示，本船饮用水系统及日用淡水系统均采用变频供水单元，工作原理是根据用水量变化自动调节运行水泵台数和水泵电机转速，使水泵出口压力保持恒定，从而保证水量需求。水泵轴功率与泵的转速的三次方成正比，可见其节约的电能相当可观。还省去了设置压力水柜，避免了用水的“二次污染”及后期维护。系统简单、高效，安装空间小，维护简便。

图4 淡水管系原理图

7 电气系统设计

在全船电气设备中，大型动力设备都采用变频控制方式，在系统配置上，采用虚拟24脉冲的系统设计，很好地控制了谐波量，为了减少信号之间的相互影响，变频线路选用3+3标准型变频电缆，显著改善了电缆之间的干扰，电缆的选择也充分考虑各种使用工况，优化规格，降低投资成本，在系统调试使用过程中未出现任何异常情况。这样的设计，充分体现了该船人性化的设计理念，适合在人员较多的船上推广。

8 吊机供电系统设计

在3 000t吊机供电系统设计中，从主配电板汇流排两侧采用两路独立供电模式，每路容量为吊机消耗的50%，在吊机供电回路设置两段，两段之间设置联络开关。在正常情况下，开关断开，每路负担50%的电力消耗，一旦一条线路有问题，联络开关合闸，吊机仍然可以在50%的负荷继续操作，显著提高了吊机操作的安全性。

9 噪音限制设计

3 000t起重铺管驳同时满足310人住宿，这里不仅是船员和施工人员工作场所，同时也是他们休息场所，因此对于该船在各种工作和生活空间噪音分贝都有明确的规定，例如休息区域和医疗室：50dBA，控制室和办公室55dBA等。为了将噪音控制在要求的范围内，在设计时特意将位于居住区域内的空调机室和应急发电机室噪音较大的处所与住舱隔离开，并在空调机室和应急发电机室内部做了特殊处理，即在空调机室和应急发电机室的围壁、天花板和甲板上敷上1.5mm～2mm厚高性能阻尼贴片，这样可以有效地降低噪音，减少振动，从而为船员和施工人员营造一个舒适的休息和办公环境。

10 电站优化设计

由于工程船用电量大，该船电站配置4台2 256kW发电机。在设计中突破大功率电站一定使用中压电制的局限，通过认真仔细核查，核算短路电流，最终把电站确定为低压电制AC450，不仅为以后的使用节约了大量的维护成本，还降低了施工难度。通过主配电板、应急配电板对全船用电设备供电。正常情况下，应急配电板供电设备由主配电板通过联络开关供电。主配电板失电时，应急发电机自动起动并自动向应急配电板设备供电。特种设备采用分区供电，确保使用时安全可靠性。

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11 结语

为了使3 000 t起重铺管驳作业率高、作业时间长、保证人员安全性和舒适性，该船设计了合理的结构型式，同时对压载系统设计、 消防系统设计、救生系统设计、冷却水系统设计、 空调系统设计、 供水系统设计、电气系统设计、吊机供电系统设计、噪音限制设计和电站优化设计等做了优化处理，这样的设计理念和方法为以后起重铺管船的设计和开发提供了有益的参考。

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[5] 船舶标准汇编.CB/Z 201-82, 水面舰艇和压载水系统设计方法[S].1982.

Optimization Design of 3 000 t Derrick Pipelay Barge

LENG Xi-jia1， LI Fang2

(1. Shanghai Zhenhua Heavy Industry Co., Ltd., Shanghai 200125, China; 2. Shanghai Bestway Marine Engineering Design Co., Ltd., Shanghai 201612, China)

This paper introduces the optimization design of whole vessel for 3 000 t derrick pipelay barge. And hope to provide reference for the same type vessel in future construction.

Vessel system Safety Environmental protection

冷喜嘉(1981-)，男，工程师。

U662

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