12 000 t打捞/半潜工程船压载系统及透气系统分析

高振宇

（大连中远海运重工有限公司，辽宁大连 116113）

0 引言

除常规的大件运输功能外，打捞/半潜工程船还具备双船合并打捞、下潜装货运输等功能。在大件运输过程中，大件的重心高、稳性差、易受风浪冲击，对船舶总体设计、系统配置、相关操作的要求都比较高。为满足船级社对半潜船储备浮力的相关要求，常采用“三岛式”开放布置方式，该布置方式已成为当前的主流布置方式。在进行打捞/半潜作业时，主要通过压载系统和透气系统对船舶的上浮和下潜进行调整。本文基于某12 000 t抬浮力打捞/半潜工程船，对其压载系统及透气系统的设计要点进行分析，并阐述打捞/半潜作业的操作要点。

1 船舶概况

1.1 船舶主要参数

本文中 12 000 t抬浮力打捞/半潜工程船总长169.00 m，垂线间长158.00 m，型宽39.80 m，型深10.90 m，设计吃水7.50 m，作业吃水（打捞吃水）8.80 m，最大作业吃水（最大半潜吃水）21.40 m，载重量（夏季满载型吃水）26 000 t，最大抬浮力（单船单边）：120 000 kN，压载舱数量52个，总容积57 000 m。

1.2 作业方式

12 000 t抬浮力打捞/半潜工程船可在甲板舷侧布置一定数量的可拆卸式线性绞车，每台拉力4 500 kN。每台线性绞车配备1个导向滚轮、1个就地控制箱、1个信号箱和1台绕绳装置，每4台线性绞车配备1个动力站，全船共配备1套集中遥控操作台。在进行打捞作业时，双船同步联合操作，线性绞车及导向滚轮对称布置（见图1），通过调拨双船的压载水状态，可使抬浮力达到240 000 kN。半潜作业示意图见图2，在进行半潜作业时，通过向压载舱注水，可将船舶最大下潜深度达到21.4 m。

图1 双船联合打捞作业示意图

图2 半潜作业示意图

2 压载系统和透气系统

12 000 t抬浮力打捞/半潜工程船配置52个压载舱，每舱配置独立的压载进/排吸口，每舱设置独立的透气管。压载系统的设计要满足船舶最大下潜21.4 m深度的要求，主甲板下压载舱透气管路的空气头集中布置在艏楼甲板的合适位置。

2.1 管路材料选择

由于压载系统和透气系统设计复杂且管路布置较长，在设计前期，需根据管材参数对比表（见表1）合理选择管路材料以满足系统使用的要求。压载系统管路口径大、作业频繁，且压载舱数量多，作业较为复杂，考虑其工作安全性，采用钢管设计。压载舱透气管路的设计压力相对较低，设计长度为2 350 m，口径较大，采用聚乙烯PE100作为管路材料。

表1 管材参数对比表

2.2 系统主要设备配置

压载系统主要设备配置要满足船舶下潜或上浮作业能力的要求，主要配置情况：1）4台电动离心立式自吸压载水泵（单台流量为3 400 m/h），可用于压载及排载；2）3台电动离心立式自吸压载扫舱泵（单台流量为500 m/h），可用于压载和扫舱，并可配合压载水处理装置工作；3）2套基于滤器和紫外线消毒的压载水处理装置（单台流量为500 m/h），可根据不同港口的特点选择相应的压载水循环模式。

为保障船舶压载作业的顺利进行，配置1套先进的阀门遥控及液位测量系统（见图3）。系统采用冗余设计，将全船压载系统、压载舱液位测量系统、

图3 阀门遥控及液位测量系统

吃水测量系统、船体挠度测量系统和装载计算机信号整合在一起，可对压载系统及船舶状态实时监控。每个压载舱配置进排水遥控阀，具备开关、开度和卡阻故障指示等功能。特殊位置阀件可实现一键关闭，共配置112个一键关闭遥控阀。每个压载水舱配置2套独立的液位传感器，当一套失效时，可以自动转换另一套进行压载舱的液位监测。在艏部、艉部和舯部的左右舷共配置2套8个液位测量传感器，用来监测船舶吃水情况。全船配置11个挠度传感器，均布在船舶底层位置，可实时监测船体变形状态。数据记录系统可将压载水处理过程的数据记录、保存。

2.3 压载系统设计及计算

半潜船压载系统设计通常采用3种方式进行压载和排载：1）大排量压载泵；2）大型空压机；3）空压机及压载泵组合。

12 000 t抬浮力打捞/半潜工程船的压载系统采用大排量压载泵进行压载和排载。压载系统的设计可满足各种作业状态下的排水要求，还能灵活调整船舶的吃水、纵倾和横倾。压载主管路采用DN 700口径双环形总管式布置方式，中间共设置4个主隔离阀。每个压载水舱通过独立支管和开度式遥控阀与总管相连，可实现每个压载舱的独立操作与水量分配。艉部装货的过程中，在满足稳性的前提下，可实现艏艉压载水的调驳。在进行两船联合打捞作业时，可快速调整左右压载水。艉部的浮箱压载管路设置可拆式橡胶膨胀节，在浮箱移位时方便拆除。

不同工况下压载舱水量分配及操作时间见表2。压载舱的流量分配可采用 PIPENET软件进行仿真计算，仿真结果可为实际操作提供指导数据。

表2 不同工况下压载舱水量分配及操作时间

2.4 透气系统的设计与布置

半潜船压载舱的透气系统通常采用3种设计方式：1）每个压载舱配置单独的透气管路；2）按区域划分的压载舱透气管统一汇集至透气集管；3）采用采用空压机对每个压载舱进行抽气。

12 000 t抬浮力打捞/半潜工程船压载舱的透气系统采用第2种设计方式，为每个压载舱设置独立的透气管路。根据中国船级社相关规范要求，每一个压载舱空气管的总横截面积应大于注入管有效截面积的25%。在本项目中，每个压载舱配置1个DN 400注入管和2个DN 400透气管，口径均满足规范要求。由于本项目特种操作人员超过12人，需要按照客船的衡准和计算方式校核破舱稳性。船舶破损是压载透气管设计过程中考虑的重点，若透气管布置不合理，在发生海损情况下，透气管的破损会造成其他压载舱浸水，导致船舶倾斜、装载货物沉没海中，进而造成巨大的经济损失。本船可装载大型海工钻井平台，重心较高，其透气管路的布置集中靠近舯部和甲板处（见图4），左舷压载舱的透气管路靠近舯部右舷位置，右舷压载舱的透气管路靠近舯部左舷位置。当某压载舱破损时，该布置方案可平衡船舶的横倾角，进而提高船舶破损之后的生存概率。在艏部低点位置为每个压载舱的透气管路配置遥控泄放阀，在进行压载或排载前，远程开启阀件泄放管路存水以保证透气管畅通。

图4 压载透气管布置图

2.5 操作要点

1）在船舶进行作业前，需要检查阀门遥控及液位测量系统的状态，确认系统是否工作正常。

2）在压载泵启动前，检查压载舱透气管的存水情况，打开空气管泄放管路的遥控阀，将空气管路存水泄放干净，再关闭遥控阀。

3）在船舶进行下潜和上浮作业前，选定的作业水域需满足船舶稳性衡准对海况和风速的要求。

4）船舶进行下潜和上浮时要严格按照装载手册对压载水进行调拨。

5）在船舶下潜或上浮过程中，稳性将受到压载舱内液面晃动的影响。为减小压载舱自由液面的摇晃，需要将压载舱液位装至最高液位或完全排空。

6）船舶在下潜或上浮过程中，需要保持适当的纵倾状态。

7）在主甲板将要没入水中或即将出水之前，调拨压载水，控制压载舱水量，控制压载舱的注水和排水时间以增加船舶的稳性。

3 结论

压载系统及透气系统对保证船舶航行时的安全性和稳定性非常重要。本文基于某12 000 t抬浮力打捞/半潜工程船，对其压载系统及透气系统的设计要点进行分析。在考虑压载舱透气管对破舱稳性影响的基础上，对管路的布置提出合理建议，以期为打捞/半潜工程船压载系统及透气系统的设计提供一定参考。