172000 DWT散货船改装半潜船的管系生产设计

王可 周新根 刘富均 郑伟 石保国

摘 要：本文以我司为中交国际航运公司172 000 DWT散货船改装为65 000 DWT半潜船为载体，阐述半潜船使用泵压载时上浮、下潜过程中重要管路系统的特点。结合生产设计和施工建造中遇到的问题及解决方案，深入研究改装半潜船项目中管系生产设计的方法及要点。

关键词：改装；半潜船；轮机管系；生产设计

中图分类号：U664.84 文献标识码：A

Abstract： This paper summarizes the characteristics and design difficulties of the important machinery piping in the process of submerging and rising when the semi-submersible vessel built for CCCC-ISC and refitted from 65000 DWT bulk carrier pumps ballast water.

Key words： Refit； Semi-submersible vessel； Machinery piping； Production design

1 前言

半潜船也称半潜式母船，它通过调整本身压载水把载货甲板潜入水中，然后将承运的特定货物（驳船、游艇、舰船、钻井平台等）浮入载货甲板，待特定货物位置调整好后，船舶上浮固定货物，最终将货物运送到指定位置。随着平台、浮驳、工程船的运输量增加，半潜船的应用市场将更为广阔。

本文介绍172 000 DWT散货船改装为65 000 DWT无限航区自航半潜船的管系生产设计。该改装半潜船满足大件运输、海上平台模块、大型钢构件、工程船等运输要求，改装后半潜船的主尺度如下：船长248.43 m；型宽48.8 m；型深13.5 m；设计吃水9.9 m；最大下潜吃水22.5 m；载重量61 000 DWT。

半潜船装卸货物时需要通过压载系统调整浮态，实现上浮和下潜。该过程需要压载系统、透气系统、阀门遥控和液位遥测系统相互配合，任何一个系统出现异常都会影响船舶浮态和稳性。本文通过实例分析，阐述重要管系的布置特点、施工难点及解决方案。希望本文的实际案例能为类似项目提供技术支持和经验借鉴。

2 主要系统阐述

2.1 压载水系统

压载水系统主要用来调节船舶稳性和浮态。改装半潜船的载貨甲板以下全部为压载舱，总舱容116 746 m?，配备六台压载泵用于注入、排放、调驳海水以调节船舶吃水状态。该系统是改装半潜船的核心组成部分，是考核改装成败的重要指标。

（1）压载管路采用总管-支管形式，并与原船双层底压载管路连通，从而实现六台压载泵均能注入、排放和调驳任意压载舱内压载水的功能，尽量缩短下潜时间。

半潜船下潜和上浮时间是一个重要指标，该船要求下潜和上浮时间均不超过六小时。本船配置压载泵如下：

原船机舱压载泵 2台 单台排量 Q1=2 500 m3/h

首泵舱新增压载泵 2台 单台排量 Q2=2 500 m?/h

尾泵舱新增压载泵 2台 单台排量 Q3=2 500 m?/h

六台压载泵同时工作：下潜时间t1=Δ/（Q1×2+ Q2×2+ Q3×2）=3.3 h

五台压载泵同时工作：下潜时间t2=Δ/（Q1×1+ Q2×2+ Q3×2）=3.96 h

四台压载泵同时工作：下潜时间t2=Δ/（ Q2×2+ Q3×2）=4.95 h

三台压载泵同时工作：下潜时间t2=Δ/（ Q2×1+ Q3×2）=6.6 h

由此可知，在规定时间内完成船舶的下潜和上浮需要三台以上压载泵同时工作。考虑到储备余量和备用工况，改装半潜船共设六台压载水泵，设备之间可以相互备用，满足系统正常使用。

（2）压载水管路阀件采取隔舱布置，便于应急检修。当遥控阀的驱动头无法正常开闭，或者远程遥控和就地应急操作失效时，可先抽空隔壁液舱的压载水，然后进行检修。虽然极端状况很少出现，但是压载系统是半潜船的核心系统，生产设计布置时应该优先考虑。

（3）压载水系统管路采用PE（聚乙烯）管，它具有以下优点：

① PE管材密度为碳钢的八分之一，可以有效地降低空船重量、增加载货量；

②PE管壁厚比普通钢管要大很多，满足船舶管路内外承受压力的要求；

③PE管具有较强的耐腐蚀性，终身免维护；

④PE管现场热熔制作，节省车间下料、焊接、镀锌等工序，缩短建造周期；

⑤ 简化出图模式，布置图中囊括管路制作图和安装图；

⑥PE管线胀系数是钢管的10倍以上，因此产生的管路内应力较小，管路不需设置伸缩接头进行自身补偿。

2.2 阀门遥控和液位遥测系统

改装半潜船的下潜及上浮过程是通过压载控制台实现远程遥控。控制台除显示液舱液位、吃水状态外，还集中显示压载泵启停控制、运行状态和遥控阀开关状态。阀门遥控系统和液位遥测系统集中在一起，方便船员根据吃水状况调整压载泵的启停及阀门开闭，保证船舶的正常下潜和上浮。

（1）阀门遥控系统采用液压驱动，动力源由布置在泵舱的液压泵站提供。阀门开启或关闭指令通过电信号传输至电磁阀箱后，通过阀箱控制阀门的开关。该控制方式操纵性强、可靠性和准确性高，在船舶系统中广泛应用。半潜船项目中出现多芯管路漏水现象，经查验该项目使用浸没式遥控阀，连接阀门的末端分叉处使用热缩套管且热熔效果不好，压载舱内的水沿多芯管内壁流入干舱。对此漏水现象，解决方案及分析见本文3.1部分。

（2）液位遥测系统反馈船舶浮态和稳性，装卸货物时可根据压载舱液位高度调整船舶吃水。改装半潜船项目中每个压载舱设置两个压电式传感器探头，沿船长方向前后布置，保证测量数值准确。另外，控制台显示板上设置高位和高高位液位报警，确保船舶安全。

该系统中遥测探头传感器电缆因长期浸泡在海水中，需要制作电缆保护管路。通过对比PE管和碳钢管的制作周期、施工难度等各方面因素，最终选择PE管作为电缆保护管，利用不锈钢扎带固定在托架或扁铁上面。该方案节约成本、便于施工，具体优化方案见本文3.2部分。

2.3 透气系统

透气系统对于船舶下潜、上浮至关重要。本项目中压载舱长度超过7m，按照规范要求，压载舱均设置两根透气管，且透气管截面积为注入管截面积的1.25倍（压载注入管管径DN400，透气管管径2×DN300）。整个系统采用总管（DN700）集中透气（见图1），舯线两侧压载舱的透气支管分别汇入两侧总管。为防止压载水从一个舱室流入其他舱室，每个支管上装有浸没式空气管头。并且在船舶首尾部各设置两个泄放舱，当透气总管进水时可及时排入泄放舱，保证舱室正常透气。

（1）透气系统中主管路和支管路采用PE管，该管路重量轻、满足承压要求，并可简化PE管出图模式，缩短设计周期。

（2）由于半潜船甲板会被淹没，同时考虑甲板空间的有效利用，舱内透气支管上面安装新型浸没式透气止回阀，既保证压载舱透气又可防止舱室间压载水串流。

（3）透气系统采用总管式，首尾部设置了独立的泄放舱。原设计图纸中首尾部各设置DN80的泄放管兼做透气管，试航中发现DN80管子不能快速排掉透气总管内的水，以至于其他舱室透气不畅，导致下潜过程过长。针对此问题，将原泄放管加大，泄放舱增加独立透气管，达到预期效果。具体见本文3.4部分。

3 管路系统优化方案

3.1 多芯管漏水问题

多芯管内壁漏水原因为多芯管末端接阀处的热缩套管密封效果不好，或者因多芯管铺设过程中外表皮损坏，压载水进入两芯之间的空隙然后流入干舱。

针对多芯管漏水问题，在分叉处涂抹环氧密封胶，并在特制工装下打压0.3 MPa时不会泄露。该密封胶为尾轴密封用特殊混合胶，与金属、塑料有较强的粘接性，耐海水腐蚀，且能承受一定的温度和压力。

环氧密封胶不仅可以止漏，而且在船舶运行中效果良好。所以在新项目中如遇到多芯管从液舱穿至干舱的情况，施工时在多芯管末端涂抹环氧密封胶，并用热缩套管密封（见图2），可从源头解决问题，避免后期的返工和修改。

3.2 液位遥测电缆保护管

阀门遥控和液位遥测系统的信号通过电缆反馈到压载控制台，进而实现远程控制。厂家提供的随机电缆外径8.8 mm，船舶运行中压载水对电缆产生水压冲击，压载水中的泥沙、石块也会损伤电缆，所以要对压载舱内的电缆进行保护。常规碳钢管需要放样、出图，然后车间下料、制作、镀锌，最后船上安装。整个设计、施工周期较长、成本较高，远不能满足本项目生产进度。通过现场勘查，分析电缆走向，最终选用PE管作为保护管路，通过不锈钢扎带固定于电缆托架（见图3）。

该方案中PE管路可以现场切割、安装，省去下料、制作、镀锌等加工工序，缩短施工周期，降低施工难度；图纸数量只是原来的1/10，减少工作量，缩短设计周期；PE保护管除以上优势，还可节约成本约7万元。

3.3 新型透气止回阀

常规船舶的透气系统中采用浮球或浮筒式，其高于主甲板760 mm。[2]半潜船需要充分利用载货甲板，且考虑下潜时甲板淹没等因素，必须采用新型浸没式透气止回阀，该止回阀既能满足透气功能，又可通过浮球防止各舱室压载水串流。

新型浸没式透气止回阀分为直通式（见图4）和直角式（见图5）两种，分别适用于普通压载舱和双层底压载舱。透气止回阀在半潜船领域或甲板空间受限的工程船领域都有广泛使用。

3.4 主透气管增大泄放管路

船舶下潜时为避免壓载舱内自由液面过大，尽量将液舱注满，当液位超过透气管最高点后进入透气总管，因透气总管设置的泄放管为DN80，泄放过程缓慢，阻碍压载舱透气。针对该问题，泄放管通径改为DN200，同时泄放舱设置独立的透气管，透气管管径为DN250。该项目第一个航次结束后反馈实际运行状况良好。

4 结束语

散货船改装半潜船项目的重点和难点是加装和改造压载、透气系统以实现上浮和下潜功能。针对改装船舶周期短、图纸不全、突发状况多等因素，生产设计阶段应及时发现问题并优化改进。我们在改装半潜船的生产设计阶段，始终贯彻执行设计结合实际、优化布置、统筹策划、尽快完成图纸设计，争取早日交付使用。船东在首航过程中对下潜和上浮功能的快速稳定给予了很好的评价。

参考文献

[1] 联合编写组.机械设计手册[M].化学工业出版社，1987.

[2] 周凯. 钢质海船入级规范2015（第3分册）[M].人民交通出版社，2015.6.