淺析中小型平臺供應(yīng)船的新型機(jī)艙布置

呂杰生

(上海斯迪安船舶設(shè)計(jì)有限公司， 上海200052)

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淺析中小型平臺供應(yīng)船的新型機(jī)艙布置

呂杰生

(上海斯迪安船舶設(shè)計(jì)有限公司， 上海200052)

基于一型1 700 DWT優(yōu)化后電力推進(jìn)的平臺供應(yīng)船，主要介紹這類船舶的作業(yè)特點(diǎn)，及適用于中小型平臺供應(yīng)船的新型機(jī)艙布置，并從船舶穩(wěn)性、貨物艙容、舒適性、造價等方面進(jìn)行分析這種布置方案的優(yōu)缺點(diǎn)。采用此類機(jī)艙布置方案的中小型電力推進(jìn)平臺供應(yīng)船和常規(guī)電力推進(jìn)中小型平臺供應(yīng)船相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：貨物艙容大(增大經(jīng)濟(jì)效益)；造價基本持平；貨物處所與機(jī)艙處所分隔開，保證船舶安全性。

平臺供應(yīng)船(PSV) 海洋工程船 電力推進(jìn)船 機(jī)艙

0 前言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人類的腳步逐步從大陸架延伸到海洋。社會的發(fā)展對能源依賴性越來越強(qiáng)。各經(jīng)濟(jì)和軍事強(qiáng)國都在控制能源的源頭，海洋也必然成為爭奪的目標(biāo)，他們爭相開發(fā)海洋石油資源，由此催生了多用途海洋平臺供應(yīng)船，以提高石油開采的效率及增強(qiáng)安全性。

斯迪安船舶設(shè)計(jì)公司(SDA)從2004年成立以來，就開始涉足多用途海洋平臺供應(yīng)船，經(jīng)過幾年的技術(shù)積累，已能夠獨(dú)立開發(fā)新型環(huán)保平臺供應(yīng)船。最近幾年SDA分別研發(fā)了1 700 DWT的PSV(Platform Supply Vessel)、80 t拖力的AHTS(Anchor Handling & Towing & Supply)、150 t拖力的AHTS、3 500 DWT的中型PSV、4 500 DWT的中大型PSV等船型，以及高檔SPC(Inspection & Maintenance & Repair)系列維護(hù)建造船的方案和概念設(shè)計(jì)。截止到目前，已有六十幾條交付，還有幾型正在建造中。本篇著重介紹基于1 700 DWT PSV優(yōu)化方案 ，一種機(jī)艙位于主甲板上的新型中小型海工工程船的機(jī)艙布置方案。

1 作業(yè)特點(diǎn)

下面簡要概述這類平臺供應(yīng)船的裝貨特點(diǎn)。

(1) 甲板載貨區(qū)裝載鉆井鋼管。在載貨甲板裝載鉆井鋼管或管子時，兩側(cè)需要設(shè)置擋貨欄桿來固定，以保護(hù)人員安全。

(2) 甲板載貨區(qū)裝載集裝箱是供應(yīng)船必須具備的裝貨形式之一，不過一般只能裝載一層。甲板需要布置綁扎件來固定集裝箱。

(3) 裝載散裝水泥。在主甲板下布置散裝水泥罐艙，艙內(nèi)布置數(shù)個散裝水泥裝載專用水泥罐，干貨系統(tǒng)也是這種船的設(shè)計(jì)難點(diǎn)之一。

(4) 裝載液貨。在主甲板下的船體內(nèi)設(shè)有幾對液貨艙，如淡水艙、鉆井水艙、鉆井泥漿艙、燃料油艙、輕柴油艙等。這些液貨艙分為二類：一類為專用的液貨艙，另一類為兼用液貨艙。

(5) 具備對外消防作業(yè)能力。穩(wěn)性和配置需要滿足消防船的要求，消防炮一般設(shè)置在駕駛室頂?shù)牧_經(jīng)甲板上。

2 主要布置特點(diǎn)

根據(jù)平臺供應(yīng)船的作業(yè)特點(diǎn)，可知其具有貨艙種類多樣、貨艙布置緊湊、管系錯綜復(fù)雜、空間狹小、船型肥胖、單位載重噸功率大等特點(diǎn)。此類平臺供應(yīng)船按推進(jìn)方式不同可以劃分為傳統(tǒng)機(jī)械推進(jìn)、電力推進(jìn)、混合推進(jìn)三類。以下著重從傳統(tǒng)機(jī)械推進(jìn)和電力推進(jìn)兩種方式闡述平臺供應(yīng)船的布置特點(diǎn)及新型方案布置的優(yōu)缺點(diǎn)?；旌贤七M(jìn)方式暫不做比較分析。

2.1 傳統(tǒng)機(jī)械推進(jìn)方式布置

常規(guī)機(jī)械推進(jìn)方式即為柴油機(jī)直接通過傳動軸把動力傳遞到齒輪箱再經(jīng)過傳動軸驅(qū)動螺旋槳，如圖1所示。常規(guī)船舶按機(jī)艙的位置一般劃分為尾機(jī)型船(機(jī)艙在船的艉部)、中機(jī)型船和中尾機(jī)型船，但是對于海工輔助船而言還得增加一個布置方式——首機(jī)型(機(jī)艙在船的艏部)。首機(jī)型布置的主要目的是盡量讓船舶中后部留出集中的貨物區(qū)域及寬敞的貨物甲板區(qū)域。

2.2 電力推進(jìn)方式布置

近年來，海工輔助船逐漸采用電力推進(jìn)取代傳統(tǒng)推進(jìn)方式，船舶操縱性越來越好，越來越靈活，隨之而來的造價也越來越高。采用電力推進(jìn)的船舶一般把機(jī)艙放在艏部(見圖2)，貨物區(qū)域位于機(jī)艙后部，這樣不僅便于集中操作，也更好優(yōu)化貨物容積，使運(yùn)營效率更高。

目前主流的電力推進(jìn)船都是首機(jī)型，一般配備動力定位系統(tǒng)。從首到尾的順序，一般被劃分為四大部分，分別為側(cè)推器區(qū)域、機(jī)艙區(qū)域、貨物區(qū)域、尾推進(jìn)器區(qū)域。貨物艙容布置更加緊湊、合理。

圖1 傳統(tǒng)機(jī)械推進(jìn)典型布置

圖2 電力推進(jìn)系統(tǒng)典型布置

本篇介紹了以電力推進(jìn)方式的船舶為母型，推出一種新型優(yōu)化機(jī)艙布置的平臺供應(yīng)船：把傳統(tǒng)位于主船體以下的機(jī)艙搬到主甲板上，把主船體以下的空間讓給貨艙，增加貨物艙容(見圖3和圖4)。

圖3 優(yōu)化方案機(jī)艙布置位置

圖4 優(yōu)化方案主船體布置

這里主要從船舶穩(wěn)性、貨物艙容、舒適性、造價等方面進(jìn)行分析。為了論述更加清楚，下文會引用兩型代表性的典型船舶與我公司設(shè)計(jì)的1 700 DWT 優(yōu)化船進(jìn)行對比，見表1。

表1 代表性船舶與1 700 DWT 優(yōu)化船的數(shù)據(jù)對比

(1) 貨物指標(biāo)。

從以上三型船的參數(shù)對比不難發(fā)現(xiàn)，新型優(yōu)化方案在艙容上的優(yōu)勢。經(jīng)過換算，相比于同等尺度的傳統(tǒng)推進(jìn)船舶大約增加了30%～40%的艙容，而相對于常規(guī)電力推進(jìn)船舶艙容大約有10%左右的提高，因此在艙容指標(biāo)上，新型布置方案有絕對的優(yōu)勢。

采用此種布置，可以以較小的船舶尺度，達(dá)到同等要求的貨物指標(biāo)，降低了船舶除設(shè)備之外的制造成本,以及運(yùn)營成本(特別是降低了油耗)。

(2) 船舶穩(wěn)性。

船舶穩(wěn)性直接關(guān)系到船舶安全。本方案把機(jī)艙從主船體移到主甲板上，這就讓船舶的空船重心提高了大約0.5 m，在實(shí)際配載中，應(yīng)盡可能地降低重心。由于此方案把機(jī)艙放到主甲板上后，為了滿足機(jī)艙的層高要求，就必須設(shè)置一個較高的首樓，這樣也就增加了船舶的儲備浮力，彌補(bǔ)了空船重心升高后帶來的穩(wěn)性缺陷。

鑒于此方案的空船重心大幅提高，我公司特別重視對空船重量的把控。從項(xiàng)目之初的設(shè)想到船廠施工及最后交船，由之初的每周更新空船計(jì)算表格到最后建造過程的月更新，僅對空船重量的計(jì)算這項(xiàng)，就反復(fù)更新了40次之多。當(dāng)然每次空船重量的更新也必需校核船舶穩(wěn)性。最終到交船階段，船舶穩(wěn)性完全滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。比如，甲板貨裝載量是衡量此類工程船的重要指標(biāo)之一，同時也是衡量船舶穩(wěn)性是否優(yōu)良的一個標(biāo)準(zhǔn)，就此船而言，甲板貨裝載量能達(dá)到650 t，達(dá)到了同尺度傳統(tǒng)推進(jìn)方式船的標(biāo)準(zhǔn)。

(3) 舒適度。

本項(xiàng)目開始于2010年，我公司當(dāng)時就提出一個比較高的艙室舒適度標(biāo)準(zhǔn)。同期，美國船級社(ABS)對尚未實(shí)施的IMO2006公約提出了自己的標(biāo)準(zhǔn)及船級符號(MLC2006)，其中對振動噪聲有了明確的數(shù)據(jù)值，船舶的艙室照度也提出了嚴(yán)格的要求。

本項(xiàng)目因?yàn)闄C(jī)艙位于主甲板上，發(fā)電機(jī)組也必須安裝在主甲板上。這樣相比于常規(guī)船舶機(jī)艙底部的剛度會弱，更加難以滿足舒適度標(biāo)準(zhǔn)。且機(jī)艙位于主甲板上，則機(jī)艙上甲板即為居住甲板，沒有中間甲板作為分隔，機(jī)艙噪聲會直接傳遞到住艙，中間沒有消弱。

工程師通過對噪聲多次計(jì)算后，采用隔音棉及浮動地板阻隔噪聲傳遞，對艙室布置作出調(diào)整，避免把船員房間位于機(jī)艙下，讓噪聲等級較低的公共處所布置在機(jī)艙上面。同時對發(fā)電機(jī)組下方的主甲板做了特別加強(qiáng)，讓甲板保持一定的剛度，避開共振區(qū)。

經(jīng)過多項(xiàng)措施的實(shí)施，實(shí)船的噪聲和振動的實(shí)測值完全滿足要求，此項(xiàng)目是中國區(qū)首艘滿足美國船級社MLC2006的船舶，并獲得證書。

(4) 造價。

項(xiàng)目造價是直接關(guān)系到該項(xiàng)目能否成功的決定因素，為此我們在項(xiàng)目設(shè)備選取和系統(tǒng)配置上，盡量做到經(jīng)濟(jì)適用，且與船舶系統(tǒng)盡量共用和簡化。特別在電力系統(tǒng)配備上做到了系統(tǒng)盡量共用，例如尾推進(jìn)器的變頻器和變壓器就兼做外消防驅(qū)動馬達(dá)的驅(qū)動器。

采用機(jī)艙上移的方案同時兼有外消防功能的船舶會有一定的成本增加，因?yàn)闄C(jī)艙位于主船體內(nèi)，可以采用柴油機(jī)自由端直接連接外消防泵。而當(dāng)機(jī)艙上移后，只能采用電動馬達(dá)驅(qū)動外消防泵，從而多出一套電力驅(qū)動系統(tǒng)，造成成本的上升。我們采用兩臺尾推進(jìn)器的電力系統(tǒng)(本項(xiàng)目有三臺尾推進(jìn)器)與兩臺外消防泵的電力系統(tǒng)合并。當(dāng)對外消防時，船舶動力定位能力主要依靠一臺尾推進(jìn)器和首側(cè)推來保障。這樣設(shè)計(jì)即實(shí)現(xiàn)了資源的共用，也達(dá)到了大幅降低成本的目的，相比于機(jī)帶驅(qū)動方式雖有微小的成本增加，但卻有更高的效率和操作靈活性，實(shí)船試驗(yàn)結(jié)果完全實(shí)現(xiàn)了對外消防的功能。圖5 為本項(xiàng)目簡要電力系統(tǒng)圖。

圖5 簡要電力系統(tǒng)圖

3 設(shè)計(jì)總結(jié)

根據(jù)1 700 DWT PSV的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可知，新型機(jī)艙布置方案比較實(shí)用于中小型海工船，對于中大型海工船則不能突出它的優(yōu)點(diǎn)，原因有三方面。

(1) 中大型海工船的裝機(jī)功率都比較大，需要較大機(jī)艙布置空間。如果放到主甲板上，需要兩層上層建筑才能保證，這樣會造成上層建筑太高，船舶重心太高，影響船舶安全。

(2) 中大型海工船的較大裝機(jī)功率對于剛度較差的主甲板，可能會造成較大船體振動。

(3) 對于中大型海工船舶，船體空間一般都很富裕，主船體已經(jīng)足夠滿足需要的裝載艙容，不需要移動機(jī)艙來增加額外的艙容。

綜上所述，新型機(jī)艙布置方案的優(yōu)缺點(diǎn)已經(jīng)比較清晰。對于中小型海工船，這種新型的布置方案是一個不錯的選擇。本方案已經(jīng)在實(shí)船上得到應(yīng)用，從船東反饋的結(jié)果來看，新方案完全達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)期，當(dāng)然也還會有缺點(diǎn)等待研究和探討，我公司會繼續(xù)跟蹤和分析，完善本新型方案。

4 結(jié)束語

海洋平臺供應(yīng)船作為一種為海上工程提供多種服務(wù)的特種工程船舶，已成為海上石油和天然氣勘探和開采工程中不可缺少的重要組成部分。本篇介紹的新型機(jī)艙布置優(yōu)化方案目前對于中小型平臺輔助船舶有很大的優(yōu)勢，我公司采用此類布置方案設(shè)計(jì)的船舶總數(shù)已經(jīng)達(dá)到30多條，市場占有率快速增長。船東對這類船舶運(yùn)營狀況非常滿意。綜上所述，采用此類機(jī)艙布置方案的中小型平臺輔助船相對于機(jī)艙位于主船體內(nèi)的船舶，有貨物艙容大(增大經(jīng)濟(jì)效益)、造價基本持平、相似的船舶穩(wěn)性以及把貨物處所與機(jī)艙隔開保證船舶安全性的優(yōu)點(diǎn)。相信未來采用此類機(jī)艙布置方案的船舶會越來越多，但采用這種布置方案前，需對不同類型及大小的船舶進(jìn)行深入研究，有的放矢，發(fā)散思維，對于提高船舶設(shè)計(jì)水平，提高船舶實(shí)用性，提高船舶經(jīng)濟(jì)性有著指導(dǎo)意義。

[1] 周國平. 多功能海洋工程拖船穩(wěn)性探討[J]. 中國海洋平臺，2002(5)：14-17.

[2] 周國平. 海洋工程輔助船研發(fā)構(gòu)想[J]. 上海造船，2009(4)：4-8.

[3] 翁長儉. 我國船舶振動沖擊與噪聲研究近年進(jìn)展[J]. 中國造船，2001(3)：68-84.

[4] 中國船舶工業(yè)集團(tuán)公司，中國船舶重工集團(tuán)公司，中國造船工程學(xué)會.船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(第3版)：總體分冊[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，2013.

Analysis of a New Type of Engine Room Arrangement for Medium and Medium-sized Platform Supply Vessel

(Shanghai Disan Ship Design Co., Ltd., Shanghai 200052, China)

Basing on a type of 1 700 DWT diesel-electric platform supply vessel, the operation characteristics of platform supply vessel and a new type of engine room which is suitable for small and medium-sized platform supply vessel were introduced. The advantages and disadvantages of this new engine room arrangement were analyzed from the aspects of ship stability, cargo capacity, ship comfort, building cost and so on. Using this kind of engine room layout of small and medium-sized diesel-electric PSV compared with the ordinary diesel-electric PSV, the following advantages can be obtained:bigger capacity (good economic benefits), same budget and separated cargo space and engine room in order to guarantee the safety of the ship.

Platform Supply Vessel(PSV) Offshore vessel Diesel-electric propulsion vessel Engine room

呂杰生(1981-)，男，工程師，主要從事船舶設(shè)計(jì)方面的研究。

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