液压千斤顶抬浮力打捞船设计

2019-07-10刘玉坤

船舶与海洋工程 2019年3期

李兵，刘玉坤

（1. 上海佳豪船海工程研究设计有限公司，上海 201612；2. 交通运输部烟台打捞局，山东烟台 264012）

0 引言

随着造船技术的不断进步和航运市场的不断发展，船舶的种类越来越多，主尺度越来越大，在海上遇险的船舶呈现出船体尺寸大型化、自重及载重量大、装载的货物品种繁多和自身油舱装载的燃油多等特点，潜在的污染问题日趋严峻。另外，随着我国经济的持续快速发展和海洋资源开发力度的逐渐增大，海洋石油平台和浮式生产储油卸油装置（Floating Production Storage and Offloading, FPSO）等大型结构物逐渐增多，沿海沿江港口建设越来越密集，海上运输密度越来越大，水上交通事故隐患日渐增多[1]。

在此情况下，开发一种新型应急抢险打捞技术，即液压千斤顶拾浮打捞技术，以降低海上遇险船舶对海洋环境的污染。

1 传统沉船打捞工艺介绍

当前我国普遍采用的沉船打捞工艺或方法主要有以下几种。

1.1 封舱抽水

封舱抽水即将破损的舱室密封之后抽出其中的海水，利用增大的浮力使船体起浮。采用封舱抽水打捞法打捞沉船，船的锈蚀问题不能太严重，否则会使船体的强度不够，不能承受封舱抽水之后产生的水压。一般应对浮力大、易封补的大舱和货油柜等舱柜进行封舱抽水。

与封舱压气排水、浮筒抬浮等打捞方法相比，该方法具有速度快、效果好、适应性强和组合性强等特点，但该方法能实施的前提是沉船的大舱破损问题不是太严重。

1.2 封舱充气排水

当沉船甲板与水面的距离超过2m时，若用透气管来封舱抽水，沉船的甲板可能会因抵挡不住水压力而被压跨。若在舱内加撑柱，可能会因撑柱太多而无法施工。这时可先向舱内充压缩空气，以增大甲板下的压力，随后再抽水。这种抽水起浮沉船的方法称为封舱充气排水法，不适用于破损问题严重的沉船打捞。

1.3 浮筒抬浮

利用打捞浮筒的浮力抬浮沉船的方法称为浮筒抬浮法。打捞浮筒一般放于沉船两舷，由潜水员将穿引好的船底千斤套于浮筒的缆桩上，充气起浮。浮筒抬浮法主要有直接打捞法、逐步打捞法和折线打捞法等3种。

在采用浮筒抬浮法时，需在沉船的底部穿引一定数量的船底千斤，以连接浮筒。然而，小型沉船无法布置足够多的船底千斤和浮筒，同时水深较浅会限制浮筒作用的发挥。

1.4 浮吊抬浮

浮吊抬浮是用浮吊船直接将沉船吊出水面的方法。与其他方法相比，该方法的优点是速度快、效果好。浮吊一般采用平行双主钩吊钩，由于距离较近，若没有大的平衡力横梁，有时不能发挥其最大吊力。平衡力横梁较长，吊钩吊在横梁上，由横梁吊重件。由于横梁的长度有限，抬浮力不能在沉船上均衡分布，吊力较为集中，使得沉船无法承受如此大的纵向弯矩，因此这种方法只适用于小型沉船的打捞。有的浮吊采用双人字架，其受力情况较好。对于较大的沉船或无吊攀的商船而言，要在沉船底部穿引一定数量的船底千斤，但通常当吊重能力达到6000t以上时，沉船底部很难穿引足够多的船底千斤来实现浮吊起吊。

1.5 组合法打捞

对沉船进行分析，通过合理组合上述几种打捞方法进行沉船打捞。

2 液压千斤顶抬浮打捞原理和优势

液压千斤顶抬浮打捞技术是将多组液压千斤顶固定在2艘具有调载功能的大型打捞工程船上，利用船舶自有的压载系统来调节船舶横倾，配合液压千斤顶实现起浮沉船的一种打捞工艺[2]。

液压千斤顶抬浮打捞系统主要由计算机同步控制系统、液压泵站集群、液压千斤顶集群和钢绞线组成，即采用柔性钢绞线承重、液压提升千斤顶集群、计算机控制和液压同步提升新原理。计算机同步控制系统由主控计算机、现场控制器、传感器、通信单元和相应的数据线组成。单元通信和所有检测及控制信号经过通信单元传送给主控计算机。主控计算机根据各传感器采集到的位置信号、压力信号和高差信号，按照一定的控制程序向液压泵站传递指令。液压泵站集群由多个液压泵站组成，通常每个液压泵站控制2个液压千斤顶。液压千斤顶固定在船的一侧，与钢绞丝相连，钢绞丝通过连接器与打捞沉船的钢丝绳相连。该系统的控制原理见图1。

在打捞工程船上应用液压千斤顶时，液压千斤顶固定在船舶一舷的甲板上，构件夹持器自由放到另一舷的甲板上，2种构件用柔性钢绞线连接，沉船过底钢丝与构件夹持器连接。当液压千斤顶在紧锚状态下伸缸时，液压千斤顶伸缸就可带着钢绞线移动，钢绞线带着连接器和钢丝绳移动，带动沉船上移。构件连接示意见图2，抬浮打捞示意见图3。

液压千斤顶抬浮打捞技术是我国打捞技术领域的一项重大突破，是处理应急打捞问题的有力保障，提高了我国的沉船打捞能力。这种技术的应用能大大减少潜水员的工作量，从而大幅度降低潜水作业的安全风险，缩短海上打捞作业工期。对于自身重量大、破损严重、尺寸小的沉船而言，液压千斤顶抬浮打捞技术的优势更加明显，甚至很难找到替代的方法。与常规的沉船打捞方法相比，液压千斤顶抬浮打捞技术的快速性和稳定性更优，能最大限度地避免海洋环境遭受污染，保障航道的畅通。

图1 液压千斤顶胎浮打捞系统控制原理

图2 构件连接示意

图3 抬浮打捞示意

3 总体布置设计

12000t抬浮力打捞船是具有调载功能的大吨位抬浮力自航打捞工程船，适于无限航区航行，近海作业。该船的总体布置需考虑以下几点。

3.1 液压千斤顶打捞设备布置

在主甲板上布置一套液压千斤顶打捞设备，在进行抬浮打捞作业时，一舷承受 12000t的抬浮力，另一舷主要通过压载水来与其保持平衡，因此在设计时主要考虑以下几点：

3.1.1 作业甲板面积

需有足够的甲板面积用于布置液压千斤顶打捞设备。在船长方向，液压千斤顶分组布置，相邻2组的间距超过8m，因此作业甲板总长在120m左右；在船宽方向，除了要考虑钢绞线的行程以外，还要考虑拉力千斤顶、反力架、导向轮和连接器所占的空间，因此作业甲板的宽度在38m左右。

3.1.2 调载能力

在进行抬浮打捞作业时，一舷承受 12000t的抬浮力，另一舷主要通过压载水来与其保持平衡，因此需设置足够的压载舱来达到调平的目的，同时船体需具有足够大的横向强度来承受调载抬浮引起的横向弯矩。另外，为提高打捞作业的效率，缩短作业周期，降低打捞风险，还需配备足够的横倾水泵，从而实现快速调载。

3.1.3 横剖面形状

该船为自航船舶，应具有较好的操纵性和快速性，具有较小的自航阻力，以达到更加节能的目的。另外，考虑到打捞设备的布置需求，对船宽有较高的要求。同时，要避免打捞作业时液压千斤顶对舷侧的磨损。基于这些需求，最终选取水下部分窄、水上部分相对向外扩宽的横剖面型式。

3.2 作业甲板布置优化

该船为自航的抬浮力打捞船，在无打捞任务时可兼作特种大件、车辆的滚装运输船。该船的作业甲板布置需综合考虑各功能的特点，最大程度地满足各项需求。为满足上述需求，作业甲板区需保持整体平整，无突出物，主要采取的措施有：甲板区域的栏杆做成可拆式栏杆；系泊绞车放置在甲板以下的舱室内；带缆桩嵌入甲板内；灯桅杆做成可倒式桅杆；甲板上的所有舱盖均做成嵌入式舱盖。

除了上述措施以外，机舱通风装置和舱室透气装置均集中布置在艏部上层建筑后端壁处，从而确保整个作业甲板区的平整。

3.3 上层建筑布置优化

上层建筑布置除了需考虑普通船员的居住需求以外，还需考虑打捞作业人员的居住需求，且需满足《2006年海事劳工公约》的要求，因此需对上层建筑布置进行优化，主要考虑以下几点。

1) 功能分区：将餐厅、厨房和洗衣间等功能处所集中布置在底层。

2) 噪声源、振源隔离：对这些区域和住舱进行隔离处理，必要时对其内部铺设绝缘层。

3) 通风系统优化：根据通风量和距离优化通风管道布置，降低通风口处的噪声。

优化之后，实测该船的振动和噪声完全满足ISO 6954和IMO.468 XII的要求，提升了居住的舒适度。该船的总布置图见图4。

图4 打捞船总布置图

4 定位系统设计

在进行打捞作业时，需首先依靠定位系统保持船舶的位置稳定，再考虑采用液压千斤顶抬浮打捞技术实现深水区的沉船打捞，因此该船配备有适用于浅水区的锚泊定位系统和适用于深水区的动力定位系统。

4.1 锚泊定位系统

该船配备有四点锚泊定位系统，艏部和艉部各布置2台定位锚绞车，可实现80m水深以内的指定环境下的锚泊定位作业。艉部的2台锚绞车为可拆式锚绞车，打捞作业完成之后可移除，以保持作业甲板的平整。在选取锚泊系统参数时，利用水动力软件HYDROSTAR，采用动态分析法进行锚泊受力分析计算，从而实现锚泊系统参数优化[3]。