9 000 hp 深水供应三用工作船结构布置与设计

幸耀庭

（大连中远海运重工有限公司，辽宁大连 116113）

0 引言

由于深海开采技术的提升，加上深海油气的丰富储量，世界各国日益加大对海洋油气的开发，导致海上钻井装备日租费持续上涨。为提高昂贵的钻井平台的利用率，优化多用途平台供应船的功能显得尤为重要。9 000 hp 多用途平台供应船布置了全封闭式生活区，配备有DP2 级动力定位系统，具备在恶劣海况下操纵和作业能力，市场前景广阔。

本文以某9 000 hp 深水供应三用工作船为例，基于设计规范和标准，对主甲板、生活区和安全岛等船舶主要结构的设计与布置特点进行分析，并对泥浆舱、甲醇舱、乙二醇舱、减摇水舱、驾驶室、甲板吊车底座等重点结构的特点和设计方案进行探讨。在此基础之上，针对压载舱狭小区域人孔开设等难点问题给出解决方案。

1 设计规范和标准

由于深水供应三用工作船的主要功能是为海洋钻井平台运送生产物料（如钻杆、套管、设备、固完井材料、散料、泥浆、燃油、基油、钻井水、淡水、盐水、甲醇、乙二醇等）的特点，主要参考的规范和标准如下：

1）国际海事组织（International Maritime Organization, IMO），《国际防止船舶造成污染公约》（International Convention for the Prevention of Pollution from Ships）。

2 ）国际劳工组织（International Labor Organization, ILO），《海事劳工公约》（Maritime Labor Convention, MLC）（2016）。

3）IMO,《近海供应船设计与建造指南》（Adoption of the Guidelines for the Design and Construction of Offshore Supply Vessel）（2006）。

4）IMO，《近海供应船散装运输与处理有限数量的有毒液体物质的导则》（Guidelines for the Transport and Handling of Limited amounts of Hazardous and Noxious Liquid Substances in Bulk on Offshore Support Vessels）。

5）中国船级社（China Classification Society,CCS），《钢质海船入级规范》。

6）CCS，《材料与焊接规范》。

2 主要结构布置特点

2.1 主甲板布置与功能

主甲板布置情况见图1。开敞式的主甲板可有效增大甲板的货物存储空间，能够承载更多的可变载荷，满足该船舶运送生产物料和生活物资、提供救助、守护、对外消防等服务的要求。

图1 主甲板布置图

2.2 生活区结构布置要求

艏部外形见图2。全封闭穿浪型的生活区可有效满足深水作业复杂海况的需求。驾驶室结构布置需要满足《国际海上人命安全公约》（International Convention for Safety of Life at Sea, SOLAS）的各项要求。驾驶甲板布置情况见图3。驾驶甲板需要满足以下要求：

图2 艏部外形图

图3 驾驶甲板

1）艏驾驶位盲区要小于20°。

2）艏驾驶位从舯部到侧面的视野要大于60°。

3）船桥处的视野不得小于225°。

4）艏驾驶位总的视野不得小于225°。

2.3 主甲板安全岛布置与设计要求

安全岛典型横剖面和系固设备布置情况分别见图4 和图5。主甲板两侧设有安全港及货物护栏，舷侧安全岛结构上布置有绞车、眼板、导缆滚轮等甲板机械，按国标甲板机械底座安装与结构安装要求进行设计。

图4 安全岛典型横剖面

图5 系固设备布置图

3 重点结构设计特点

3.1 泥浆舱结构设计

泥浆舱采用国际上普遍采用的圆形罐舱设计（见图6），拥有较强的搅拌性能，有利于搅拌体积流的形成。为方便洗舱，舱底采用带线型设计（见图7）。泥浆舱强度参照CCS 规范对深舱的要求[1]进行校核。泥浆密度为2.32×103kg/m3，舱室高7.33 m，溢流管距甲板高0.76 m，泥浆对底部的压强为0.241 MPa。泥浆载荷分布情况见图8，泥浆舱载荷从上至下线性增大。

图6 泥浆舱布置图

图7 泥浆舱典型横剖面

图8 泥浆载荷分布

3.2 甲醇/乙二醇舱结构设计

本船设有不锈钢材质的甲醇/乙二醇舱，甲醇舱典型横剖面见图9。舱外四周设有隔离舱，舱底为斜行设计，舱壁板结构朝外或采用槽型舱壁的形式。根据不锈钢材质的特殊性，采用专门的不锈钢施工工艺，该工艺对不锈钢的施工原则、储存和吊运要求、坡口加工要求、打磨清洁要求、零件装配要求、变形控制工艺、焊接与变形控制、管道焊接、焊缝无损探伤、结构表面酸洗钝化等方面均均作出详细的规定[2]。

图9 甲醇舱典型横剖面

3.3 减摇水舱结构设计

为满足船舶抗摇性的要求，改善船舶的舒适性，布置舭龙骨和矩形平面被动式减摇水舱。舭龙骨依靠水动力的作用来减缓船舶的横摇，船舶在低速行驶时这种结构的减摇作用会逐渐损失。深水供应三用工作船需要面对各种复杂的海况，特设置了这种不受航速制约的结构矩形平面被动式减摇水舱[3]，其原理是利用阻尼格栅移动产生的异相位横倾力矩来实现减摇。这种减摇水舱无需投入设备费用，平时可作为普通压载水舱进行保养。该深水供应三用工作船在艉部压载水舱舯部区域布置有阻尼格栅（见图10），在艉部生活区布置有减摇水舱，并在水舱中部设置阻尼格栅（见图11）。

图10 艉部压载水舱船中阻尼格栅

图11 生活区减摇水舱舱中的阻尼格栅

3.4 驾驶室结构特点及窗户布置设计

由图12 可知，由于驾驶室外形较为复杂，需要作如下处理：

图12 驾驶室外形

1）驾驶室的外形关键曲线处由很多碎的线段组成，建模难以提取有效的数据，本文采用样条曲线去拟合这些碎的线段，以保证详细设计阶段的模型与基本设计尽量一致。

2）用圆去模拟近似圆形倒角的区域，并将优化好的线型导入三维软件中按路径进行扫掠（详见图12）。

由于基本设计未提供完整数据支持，窗户按如下步骤进行设计：

1）为保证驾驶室的美观性，并确保折角处立柱可安装，窗户的边缘要平行于折角线。

2）在盲区图中查找驾驶室立柱安装的典型节点（见图13），立柱与窗框间的安装间隙要满足3 mm的要求。在进行窗户布置放样时，考虑窗盒的深度，对不同弧形区域分别设计窗户安装节点（见图14和图15），以保证窗户的安装。

图13 窗户典型节点（单位：mm）

图14 弧形处节点1（单位：mm）

图15 弧形处节点2（单位：mm）

3）根据窗户初步布置图和开孔尺寸图，确定窗户的数量和尺寸，按窗户安装节点进行放样。窗户开孔后的驾驶室外形见图16，驾驶室实船照片见图17。

图16 窗户开孔后的驾驶室外形

图17 驾驶室实船照片

3.5 甲板吊车底座设计

本船生活区左右舷各需布置1 台甲板吊车，吊车自重8.6 t，安全负荷为30 kN。由于左舷吊车布置于救助艇平台（B 甲板），吊车筒体贯穿通过C甲板，安装在B 甲板。初步设计方案按常规设计方法，将桶体直径与吊车本体直径保持一致，并安装在B 甲板（见图18）。然而，本船吊车桶体位置超出了下发平台边缘，需将平台加大，并在平台下方布置相应的T 型材加强结构（见图19）。按此方案进行设计，每船的加强结构质量约为6 t。

图18 甲板区域初步设计方案

图19 吊筒初步设计方案

在查找国外类似船型的设计方案的基础上，对原有方案进行优化。对2 个筒体加强进行变径处理，即将筒体下方的直径改为吊车本体直径的1/2，变径后可有效降低筒体板厚，并无需加大甲板区域。此外，对平台下方加强T 型材的布置进行优化，优化后的甲板区域和吊筒结构形式分别见图20 和图21。经有限元分析建模计算，优化方案完全满足强度要求，可减少质量约3 t。

图20 优化后甲板区域

图21 优化后吊筒结构形式

4 难点处理

根据CCS 船检要求，与货舱相邻的压载舱的人孔尺寸不得小于600 mm×800 mm。核查发现：1）舷侧部分钻井水舱及压载水舱区域的舱内纵骨间距离仅为460 mm，无法保证600 mm 的空间（见图22）；2）二甲板平台处框架纵骨间距离恰好为600 mm，无法开设600 mm×800 mm 的人孔（见图23）。

图22 舷侧纵骨设计图（单位：mm）

图23 二甲板平台处框架纵骨设计图（单位：mm）

4.1 其他船舶类似情况分析

本文对其他船舶的类似情况进行了统计和分析，结果见表1。以UT771 为例，其货舱相邻的压载舱内的人孔当时也受到了美国船级社（American Bureau of Shipping, ABS）的质疑，相关设计人员给出了如下解释：《国际散装运输危险化学品船舶构造与设备规范》（International Code for the Constructon and Equipment of Ships Carrying Dangerous Chemicals in Bulk）是对《国际海上人命安全公约》（International Convention for Safety of Life at Sea,SOLAS）和《国际防止船舶造成污染公约》（International Convention for the Prevention of Pollution from Ships, MARPOL）供应的补充规定。SOLAS 的要求仅适用于被定义为S 或S/P 类物质，而《国际散装运输危险化学品船舶构造与设备规范》中关于人孔的要求恰是出自SOLAS 的要求，最终ABS 认可了原设计。

表1 其他船舶的类似情况统计

4.2 豁免程序申请

经与CCS 沟通，船检基本上同意走豁免程序的解决方案，然后提交《关于COSL-9000HP PSV 豁免IMO RESOLUTION A673.(16) 第3.3 条的申请》给船东，加盖公司印章，由船东递交给船检。

为确保此处结构合符要求，CCS 船检特提交相关文件至中华人民共和国海事局进行审核，海事局同意放宽货物区域通道口尺寸的要求，但该区域中压载舱在露天甲板上的小舱口尺寸应不小于500 mm×700 mm，压载舱内部水平通道口尺寸应不小于400 mm×650 mm，横隔板和双层底内肋板及桁材上通道尺寸应不小于400 mm×600 mm。相关人员在相关区域进行检验作业时，应先对该区域进行充分通风，并在充分做好相关安全防护措施后方可进入。

5 结论

本文以某9 000 hp 深水供应三用工作船为例，基于设计规范和标准，对主甲板、生活区和安全岛等船舶主要结构的设计与布置特点进行了分析，并对泥浆舱、甲醇舱、乙二醇舱、减摇水舱、驾驶室、甲板吊车底座等重点结构的特点和设计方案进行了探讨。在此基础之上，针对压载舱狭小区域人孔开设等难点问题给出了解决方案。研究表明：结构的布置和设计能对船舶的综合工作能力产生显著影响，优化布置与设计能保证船舶功能得到更好地发挥。研究成果可为深水供应三用工作船的布置与设计提供一定参考。