穿梭油輪艏裝載系統(tǒng)解析

莊建軍，武 軍，王振剛

（南通中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司，南通 226000）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源問(wèn)題日益突出，在開(kāi)發(fā)海洋石油特別是遠(yuǎn)海石油的過(guò)程中，海上平臺(tái)起到十分關(guān)鍵的作用。如何將海上平臺(tái)生產(chǎn)的原油經(jīng)濟(jì)高效的輸送到中轉(zhuǎn)港口再轉(zhuǎn)運(yùn)到世界各地是發(fā)展海洋石油工業(yè)不得不面對(duì)的問(wèn)題。參考巴西和北海等地的經(jīng)驗(yàn)，穿梭油輪是一種高效經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)運(yùn)方式。南通中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“公司”）抓住契機(jī)，曾經(jīng)建造105K、59K系列穿梭油輪，現(xiàn)在巴西水域運(yùn)營(yíng)。

顧名思義，穿梭油輪是往返于固定的海上平臺(tái)和港口間的油輪，與普通的原油輪的主要區(qū)別之一是裝備艏部裝載系統(tǒng)。艏裝載系統(tǒng)可在穿梭油輪連接到原油卸載終端后，配合對(duì)方操作卸載終端的軟管系統(tǒng)并從卸載終端輸入原油，并根據(jù)卸載終端的不同形式，采用不同的定位和連接方式，包括：

1）半潛式卸貨系統(tǒng)/裝置（OLS或者SAL）和關(guān)節(jié)式卸載平臺(tái)（Articulated Loading Platform），通常采用動(dòng)力定位方式使油輪和卸載終端保持一定的距離，通常卸貨速度可以達(dá)到8000m3/h。

2）浮式儲(chǔ)油平臺(tái)，如FSO，F(xiàn)PSO，OLS等，除了動(dòng)力定位方式外，還可以單點(diǎn)系泊定位。通過(guò)艏裝載系統(tǒng)絞車(chē)操作卸載終端的纜繩，將系泊錨鏈從卸載終端拉到布置在平臺(tái)甲板的止鏈器中，并鎖緊以承擔(dān)兩連接點(diǎn)間的負(fù)荷，例如風(fēng)、浪、流引起的船舶位移，作用在錨泊設(shè)備的負(fù)荷通?？蛇_(dá)100t甚至更高。

3）其他油輪，可采用船對(duì)船（ship to ship）裝載/卸載。文章將重點(diǎn)介紹第二種操作方式。

1 艏裝載系統(tǒng)的基本布置和主要設(shè)備

艏裝載系統(tǒng)的主要設(shè)備和控制系統(tǒng)通常安裝在艏樓甲板上下，艏部平臺(tái)甲板和駕駛室。艏部平臺(tái)甲板設(shè)備包括止鏈器、導(dǎo)向滾輪、可伸縮纜樁等，主要承擔(dān)引導(dǎo)繩索、單點(diǎn)系泊等作用；艏樓甲板上部設(shè)備主要包括操作纜繩的絞車(chē)、受油裝置、控制站等；艏樓甲板下部主要是液壓系統(tǒng)和遙控、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)備；駕駛室主要安裝遙控、監(jiān)控和報(bào)警設(shè)備。圖1是該系統(tǒng)主要設(shè)備布置。

圖1 首裝載系統(tǒng)主要設(shè)備側(cè)視圖

1.1 500噸導(dǎo)纜孔

如圖1中編號(hào)02所示。相對(duì)于常規(guī)固定式導(dǎo)纜孔，該導(dǎo)纜孔增加了液壓可移動(dòng)式滾輪，設(shè)計(jì)負(fù)荷為500t。通過(guò)調(diào)整滾輪的位置，可使導(dǎo)纜孔適合不同角度和位置的系泊纜繩或錨鏈。導(dǎo)纜孔通過(guò)焊接固定在甲板上面。

1.2 止鏈器

如圖1中編號(hào)03所示。止鏈器帶有液壓鎖緊裝置，可作為單點(diǎn)系泊裝置使用，同時(shí)也是應(yīng)急拖帶系統(tǒng)的重要設(shè)備之一。設(shè)計(jì)負(fù)荷為500t，并可在30s內(nèi)鎖緊和脫開(kāi)錨鏈。在動(dòng)力定位裝載模式下，止鏈器只需要打開(kāi)，并不實(shí)際參與系統(tǒng)工作。

1.3 受油裝置

如圖1中編號(hào)09所示。受油裝置的口徑一般與船舶工作水域相關(guān)，但是油田所在的地域和卸載軟管的生產(chǎn)廠(chǎng)家為了通用性的要求，基本限定了受油裝置的口徑，通常為美標(biāo)20″，也有16″口徑。

受油裝置設(shè)計(jì)成可以沿船舶縱向旋轉(zhuǎn)，也可以沿船舶橫向旋轉(zhuǎn)，以不斷調(diào)整和卸載軟管的相對(duì)位置，實(shí)現(xiàn)順利連接，通?？咳藶椴僮饕簤合到y(tǒng)調(diào)整受油頭的方向，調(diào)整時(shí)間通常在半分鐘內(nèi)。

受油裝置是艏裝載系統(tǒng)中單體設(shè)備外形尺寸最大、形狀最復(fù)雜的，且安裝方式為甲板反頂?shù)跹b。在設(shè)備實(shí)際安裝過(guò)程中，針對(duì)設(shè)備運(yùn)輸和翻身做了探討，尤其是準(zhǔn)備了環(huán)氧樹(shù)脂澆注工裝。

1.4 液壓?jiǎn)卧鸵簤悍峙溟y組

如圖1中編號(hào)19和23所示。液壓?jiǎn)卧头峙溟y組的功能和普通液壓系統(tǒng)區(qū)別不大，功能為整個(gè)系統(tǒng)提供動(dòng)力。在建造過(guò)程中，小口徑液壓管連接采用了擴(kuò)口式卡套，大口徑管采用傳統(tǒng)的焊接法蘭，調(diào)試過(guò)程中液壓系統(tǒng)工作良好。

1.5 駕駛室設(shè)備

整個(gè)艏裝載系統(tǒng)在駕駛室有遙控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的主要遙控和監(jiān)測(cè)功能。另外，還需要從其他系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，例如從動(dòng)力定位系統(tǒng)獲得信息是否需要啟動(dòng)應(yīng)急脫開(kāi)系統(tǒng)，為定位系統(tǒng)提供纜繩拉力等信息。與閥門(mén)遙控系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)，確定是否可以通知卸載終端啟動(dòng)輸油。同時(shí)為了滿(mǎn)足所在工作地的特殊要求，該系統(tǒng)還能記錄數(shù)據(jù)，例如船舶基本信息，貨油基本信息和裝載地點(diǎn)等，還包括天氣情況等。

2 艏裝載基本工作原理和流程

以SPM模式為例，基本工作原理和流程如下。

1）在船到達(dá)裝貨地點(diǎn)前，系統(tǒng)液壓?jiǎn)卧呀?jīng)啟動(dòng)，并設(shè)定為工作狀態(tài)，此時(shí)液壓系統(tǒng)保持工作壓力約210bar，通常由駕駛室遙控啟動(dòng)和調(diào)整液壓系統(tǒng)狀態(tài)，操作界面如圖2所示。

圖2 首裝載遙控界面

2）需準(zhǔn)備好參與錨泊定位的主要設(shè)備，即止鏈器，取下鎖定油缸的裝置并控制油缸打開(kāi)止鏈器。

3）將纜繩從儲(chǔ)存艙拉出并按照?qǐng)D3所示，依次通過(guò)導(dǎo)向滾輪、絞車(chē)、止鏈器、艏部滾輪等將繩索牽引到受油裝置附近。

圖3 繩索路徑示意

4）駕駛室控制系統(tǒng)選擇SPM模式，此時(shí)艏裝載系統(tǒng)已經(jīng)準(zhǔn)備好連接卸貨終端。待船舶到達(dá)指定位置后，工作船可將纜繩拖曳到系泊裝置附近并連接拖鏈，操作艏裝載系統(tǒng)的絞車(chē)將拖鏈拉到止鏈器上，系泊系統(tǒng)的絞車(chē)需配合釋放繩索。待拖鏈到達(dá)指定位置，鎖緊止鏈器，此時(shí)系泊纜繩的拉力可以通過(guò)纜繩傳遞到船體結(jié)構(gòu)上面。（圖4）。

圖4 SPM（單點(diǎn)系泊模式），拖鏈連接形式

5）通過(guò)隨拖鏈傳過(guò)來(lái)的繩索，經(jīng)過(guò)一系列操作，可以將卸貨軟管從系泊點(diǎn)拉到受油裝置附近，通過(guò)前后、左右調(diào)整受油裝置，使受、輸油接頭連接，并通過(guò)液壓裝置鎖緊。（圖5）。

圖5 受油裝置連接示意

6）上述操作完成后，系統(tǒng)會(huì)向船舶液貨操作系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，液貨系統(tǒng)具備受油條件。為避免船員誤操作，通常將確認(rèn)受油系統(tǒng)的操作稱(chēng)作“green line”的確認(rèn)，即整個(gè)管路上面的閥門(mén)全部開(kāi)啟后，才能通知輸油端開(kāi)始啟動(dòng)輸油系統(tǒng)。（圖6）。

圖6 green line（綠線(xiàn)）操作界面

3 監(jiān)測(cè)和安全系統(tǒng)

為了應(yīng)對(duì)海上突發(fā)事件，艏裝載系統(tǒng)配備安全系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)受、輸油裝置間的相對(duì)位置（動(dòng)力定位模式）和系泊纜繩拉力（單點(diǎn)系泊模式），當(dāng)船舶相對(duì)距離或者纜繩拉力超過(guò)設(shè)定值，則安全系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警并啟動(dòng)應(yīng)急脫開(kāi)程序。同時(shí)，為了防止突然脫開(kāi)的設(shè)備撞擊甲板引發(fā)的火花，除了在個(gè)別位置采用不銹鋼材質(zhì)外，還配置了灑水系統(tǒng)。若已經(jīng)發(fā)生火災(zāi)，灑水系統(tǒng)可以兼做泡沫消防系統(tǒng)，短時(shí)間內(nèi)覆蓋所有區(qū)域。在系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中，灑水系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間是船廠(chǎng)和船東間最大的分歧，經(jīng)反復(fù)討論協(xié)商并征求船級(jí)社意見(jiàn)，船廠(chǎng)不得不改進(jìn)系統(tǒng)的配置，并保證在失電情況下仍然能夠啟動(dòng)灑水系統(tǒng)。

4 設(shè)計(jì)和建造過(guò)程中遇到的典型問(wèn)題

1）艏部結(jié)構(gòu)特殊，對(duì)上部線(xiàn)形影響很大，且對(duì)于艏樓甲板結(jié)構(gòu)改動(dòng)很大。尤其是因?yàn)榇瑥S(chǎng)首次接觸該系統(tǒng)，對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的功能只能依賴(lài)船東要求和廠(chǎng)家推薦，又沒(méi)有成熟產(chǎn)品參考。在與艏裝載系統(tǒng)相關(guān)的結(jié)構(gòu)、管系、電氣控制的設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)仔細(xì)研究和分解，并結(jié)合整個(gè)系統(tǒng)的工作原理，合理地確定了結(jié)構(gòu)的建造精度和設(shè)備的安裝精度，實(shí)現(xiàn)了精度控制和使用要求的合理融合。船廠(chǎng)工程師對(duì)于設(shè)備單體調(diào)試并未花費(fèi)相當(dāng)大的精力，從啟動(dòng)液壓?jiǎn)卧浇g車(chē)運(yùn)行、門(mén)的開(kāi)閉、受油裝置啟動(dòng)等都很順利。

2）在系統(tǒng)聯(lián)調(diào)的過(guò)程中，遇到的首要問(wèn)題就是繩索路徑，用細(xì)繩模擬操作時(shí)候的纜繩，在設(shè)備間按照不同模式拉放纜繩，檢驗(yàn)設(shè)備安裝精度和與船體結(jié)構(gòu)是否干涉、是否有足夠的走繩空間等。該系統(tǒng)的大部分修改和調(diào)整都是基于繩索路徑空間的優(yōu)化和保護(hù)，例如增加管系和電纜的保護(hù)，銳角結(jié)構(gòu)的圓潤(rùn)處理等等。

3）受油裝置和輸油接頭是否能夠按照預(yù)想情況連接是后期調(diào)試面臨的主要問(wèn)題，同時(shí)也是檢驗(yàn)這個(gè)系統(tǒng)是否能夠正常工作的主要指標(biāo)之一。按照常規(guī)，船廠(chǎng)及周邊找不到與之配套的輸油設(shè)備，從廠(chǎng)家臨時(shí)借用時(shí)間不允許、費(fèi)用也不允許。通過(guò)與船東反復(fù)協(xié)調(diào)，實(shí)踐中設(shè)計(jì)制作了簡(jiǎn)易的工裝并簡(jiǎn)單配重，完全模擬輸油裝置，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的完整調(diào)試。

4）在首制船交船后的2年中，船東關(guān)于艏裝載系統(tǒng)的保修項(xiàng)目涉及到了液壓軟管泄露，經(jīng)與艏裝載廠(chǎng)家協(xié)調(diào)，緊急由駐巴西的服務(wù)工程師上船更換。船廠(chǎng)設(shè)計(jì)和安裝的管路系統(tǒng)尚未發(fā)現(xiàn)泄露，與之配套的系統(tǒng)工作情況良好。

5 結(jié)束語(yǔ)

艏裝載系統(tǒng)是穿梭油輪的核心系統(tǒng)之一，熟悉系統(tǒng)工作原理、主要部分設(shè)備的功能和特點(diǎn)可以幫助優(yōu)化相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)、管路、電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，減少安裝和調(diào)試周期。