9 000 hp 深水供應三用工作船結構布置與設計

幸耀庭

（大連中遠海運重工有限公司，遼寧大連 116113）

0 引言

由于深海開采技術的提升，加上深海油氣的豐富儲量，世界各國日益加大對海洋油氣的開發(fā)，導致海上鉆井裝備日租費持續(xù)上漲。為提高昂貴的鉆井平臺的利用率，優(yōu)化多用途平臺供應船的功能顯得尤為重要。9 000 hp 多用途平臺供應船布置了全封閉式生活區(qū)，配備有DP2 級動力定位系統(tǒng)，具備在惡劣海況下操縱和作業(yè)能力，市場前景廣闊。

本文以某9 000 hp 深水供應三用工作船為例，基于設計規(guī)范和標準，對主甲板、生活區(qū)和安全島等船舶主要結構的設計與布置特點進行分析，并對泥漿艙、甲醇艙、乙二醇艙、減搖水艙、駕駛室、甲板吊車底座等重點結構的特點和設計方案進行探討。在此基礎之上，針對壓載艙狹小區(qū)域人孔開設等難點問題給出解決方案。

1 設計規(guī)范和標準

由于深水供應三用工作船的主要功能是為海洋鉆井平臺運送生產(chǎn)物料（如鉆桿、套管、設備、固完井材料、散料、泥漿、燃油、基油、鉆井水、淡水、鹽水、甲醇、乙二醇等）的特點，主要參考的規(guī)范和標準如下：

1）國際海事組織（International Maritime Organization, IMO），《國際防止船舶造成污染公約》（International Convention for the Prevention of Pollution from Ships）。

2 ）國際勞工組織（International Labor Organization, ILO），《海事勞工公約》（Maritime Labor Convention, MLC）（2016）。

3）IMO,《近海供應船設計與建造指南》（Adoption of the Guidelines for the Design and Construction of Offshore Supply Vessel）（2006）。

4）IMO，《近海供應船散裝運輸與處理有限數(shù)量的有毒液體物質(zhì)的導則》（Guidelines for the Transport and Handling of Limited amounts of Hazardous and Noxious Liquid Substances in Bulk on Offshore Support Vessels）。

5）中國船級社（China Classification Society,CCS），《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》。

6）CCS，《材料與焊接規(guī)范》。

2 主要結構布置特點

2.1 主甲板布置與功能

主甲板布置情況見圖1。開敞式的主甲板可有效增大甲板的貨物存儲空間，能夠承載更多的可變載荷，滿足該船舶運送生產(chǎn)物料和生活物資、提供救助、守護、對外消防等服務的要求。

圖1 主甲板布置圖

2.2 生活區(qū)結構布置要求

艏部外形見圖2。全封閉穿浪型的生活區(qū)可有效滿足深水作業(yè)復雜海況的需求。駕駛室結構布置需要滿足《國際海上人命安全公約》（International Convention for Safety of Life at Sea, SOLAS）的各項要求。駕駛甲板布置情況見圖3。駕駛甲板需要滿足以下要求：

圖2 艏部外形圖

圖3 駕駛甲板

1）艏駕駛位盲區(qū)要小于20°。

2）艏駕駛位從舯部到側(cè)面的視野要大于60°。

3）船橋處的視野不得小于225°。

4）艏駕駛位總的視野不得小于225°。

2.3 主甲板安全島布置與設計要求

安全島典型橫剖面和系固設備布置情況分別見圖4 和圖5。主甲板兩側(cè)設有安全港及貨物護欄，舷側(cè)安全島結構上布置有絞車、眼板、導纜滾輪等甲板機械，按國標甲板機械底座安裝與結構安裝要求進行設計。

圖4 安全島典型橫剖面

圖5 系固設備布置圖

3 重點結構設計特點

3.1 泥漿艙結構設計

泥漿艙采用國際上普遍采用的圓形罐艙設計（見圖6），擁有較強的攪拌性能，有利于攪拌體積流的形成。為方便洗艙，艙底采用帶線型設計（見圖7）。泥漿艙強度參照CCS 規(guī)范對深艙的要求[1]進行校核。泥漿密度為2.32×103kg/m3，艙室高7.33 m，溢流管距甲板高0.76 m，泥漿對底部的壓強為0.241 MPa。泥漿載荷分布情況見圖8，泥漿艙載荷從上至下線性增大。

圖6 泥漿艙布置圖

圖7 泥漿艙典型橫剖面

圖8 泥漿載荷分布

3.2 甲醇/乙二醇艙結構設計

本船設有不銹鋼材質(zhì)的甲醇/乙二醇艙，甲醇艙典型橫剖面見圖9。艙外四周設有隔離艙，艙底為斜行設計，艙壁板結構朝外或采用槽型艙壁的形式。根據(jù)不銹鋼材質(zhì)的特殊性，采用專門的不銹鋼施工工藝，該工藝對不銹鋼的施工原則、儲存和吊運要求、坡口加工要求、打磨清潔要求、零件裝配要求、變形控制工藝、焊接與變形控制、管道焊接、焊縫無損探傷、結構表面酸洗鈍化等方面均均作出詳細的規(guī)定[2]。

圖9 甲醇艙典型橫剖面

3.3 減搖水艙結構設計

為滿足船舶抗搖性的要求，改善船舶的舒適性，布置舭龍骨和矩形平面被動式減搖水艙。舭龍骨依靠水動力的作用來減緩船舶的橫搖，船舶在低速行駛時這種結構的減搖作用會逐漸損失。深水供應三用工作船需要面對各種復雜的海況，特設置了這種不受航速制約的結構矩形平面被動式減搖水艙[3]，其原理是利用阻尼格柵移動產(chǎn)生的異相位橫傾力矩來實現(xiàn)減搖。這種減搖水艙無需投入設備費用，平時可作為普通壓載水艙進行保養(yǎng)。該深水供應三用工作船在艉部壓載水艙舯部區(qū)域布置有阻尼格柵（見圖10），在艉部生活區(qū)布置有減搖水艙，并在水艙中部設置阻尼格柵（見圖11）。

圖10 艉部壓載水艙船中阻尼格柵

圖11 生活區(qū)減搖水艙艙中的阻尼格柵

3.4 駕駛室結構特點及窗戶布置設計

由圖12 可知，由于駕駛室外形較為復雜，需要作如下處理：

圖12 駕駛室外形

1）駕駛室的外形關鍵曲線處由很多碎的線段組成，建模難以提取有效的數(shù)據(jù)，本文采用樣條曲線去擬合這些碎的線段，以保證詳細設計階段的模型與基本設計盡量一致。

2）用圓去模擬近似圓形倒角的區(qū)域，并將優(yōu)化好的線型導入三維軟件中按路徑進行掃掠（詳見圖12）。

由于基本設計未提供完整數(shù)據(jù)支持，窗戶按如下步驟進行設計：

1）為保證駕駛室的美觀性，并確保折角處立柱可安裝，窗戶的邊緣要平行于折角線。

2）在盲區(qū)圖中查找駕駛室立柱安裝的典型節(jié)點（見圖13），立柱與窗框間的安裝間隙要滿足3 mm的要求。在進行窗戶布置放樣時，考慮窗盒的深度，對不同弧形區(qū)域分別設計窗戶安裝節(jié)點（見圖14和圖15），以保證窗戶的安裝。

圖13 窗戶典型節(jié)點（單位：mm）

圖14 弧形處節(jié)點1（單位：mm）

圖15 弧形處節(jié)點2（單位：mm）

3）根據(jù)窗戶初步布置圖和開孔尺寸圖，確定窗戶的數(shù)量和尺寸，按窗戶安裝節(jié)點進行放樣。窗戶開孔后的駕駛室外形見圖16，駕駛室實船照片見圖17。

圖16 窗戶開孔后的駕駛室外形

圖17 駕駛室實船照片

3.5 甲板吊車底座設計

本船生活區(qū)左右舷各需布置1 臺甲板吊車，吊車自重8.6 t，安全負荷為30 kN。由于左舷吊車布置于救助艇平臺（B 甲板），吊車筒體貫穿通過C甲板，安裝在B 甲板。初步設計方案按常規(guī)設計方法，將桶體直徑與吊車本體直徑保持一致，并安裝在B 甲板（見圖18）。然而，本船吊車桶體位置超出了下發(fā)平臺邊緣，需將平臺加大，并在平臺下方布置相應的T 型材加強結構（見圖19）。按此方案進行設計，每船的加強結構質(zhì)量約為6 t。

圖18 甲板區(qū)域初步設計方案

圖19 吊筒初步設計方案

在查找國外類似船型的設計方案的基礎上，對原有方案進行優(yōu)化。對2 個筒體加強進行變徑處理，即將筒體下方的直徑改為吊車本體直徑的1/2，變徑后可有效降低筒體板厚，并無需加大甲板區(qū)域。此外，對平臺下方加強T 型材的布置進行優(yōu)化，優(yōu)化后的甲板區(qū)域和吊筒結構形式分別見圖20 和圖21。經(jīng)有限元分析建模計算，優(yōu)化方案完全滿足強度要求，可減少質(zhì)量約3 t。

圖20 優(yōu)化后甲板區(qū)域

圖21 優(yōu)化后吊筒結構形式

4 難點處理

根據(jù)CCS 船檢要求，與貨艙相鄰的壓載艙的人孔尺寸不得小于600 mm×800 mm。核查發(fā)現(xiàn)：1）舷側(cè)部分鉆井水艙及壓載水艙區(qū)域的艙內(nèi)縱骨間距離僅為460 mm，無法保證600 mm 的空間（見圖22）；2）二甲板平臺處框架縱骨間距離恰好為600 mm，無法開設600 mm×800 mm 的人孔（見圖23）。

圖22 舷側(cè)縱骨設計圖（單位：mm）

圖23 二甲板平臺處框架縱骨設計圖（單位：mm）

4.1 其他船舶類似情況分析

本文對其他船舶的類似情況進行了統(tǒng)計和分析，結果見表1。以UT771 為例，其貨艙相鄰的壓載艙內(nèi)的人孔當時也受到了美國船級社（American Bureau of Shipping, ABS）的質(zhì)疑，相關設計人員給出了如下解釋：《國際散裝運輸危險化學品船舶構造與設備規(guī)范》（International Code for the Constructon and Equipment of Ships Carrying Dangerous Chemicals in Bulk）是對《國際海上人命安全公約》（International Convention for Safety of Life at Sea,SOLAS）和《國際防止船舶造成污染公約》（International Convention for the Prevention of Pollution from Ships, MARPOL）供應的補充規(guī)定。SOLAS 的要求僅適用于被定義為S 或S/P 類物質(zhì)，而《國際散裝運輸危險化學品船舶構造與設備規(guī)范》中關于人孔的要求恰是出自SOLAS 的要求，最終ABS 認可了原設計。

表1 其他船舶的類似情況統(tǒng)計

4.2 豁免程序申請

經(jīng)與CCS 溝通，船檢基本上同意走豁免程序的解決方案，然后提交《關于COSL-9000HP PSV 豁免IMO RESOLUTION A673.(16) 第3.3 條的申請》給船東，加蓋公司印章，由船東遞交給船檢。

為確保此處結構合符要求，CCS 船檢特提交相關文件至中華人民共和國海事局進行審核，海事局同意放寬貨物區(qū)域通道口尺寸的要求，但該區(qū)域中壓載艙在露天甲板上的小艙口尺寸應不小于500 mm×700 mm，壓載艙內(nèi)部水平通道口尺寸應不小于400 mm×650 mm，橫隔板和雙層底內(nèi)肋板及桁材上通道尺寸應不小于400 mm×600 mm。相關人員在相關區(qū)域進行檢驗作業(yè)時，應先對該區(qū)域進行充分通風，并在充分做好相關安全防護措施后方可進入。

5 結論

本文以某9 000 hp 深水供應三用工作船為例，基于設計規(guī)范和標準，對主甲板、生活區(qū)和安全島等船舶主要結構的設計與布置特點進行了分析，并對泥漿艙、甲醇艙、乙二醇艙、減搖水艙、駕駛室、甲板吊車底座等重點結構的特點和設計方案進行了探討。在此基礎之上，針對壓載艙狹小區(qū)域人孔開設等難點問題給出了解決方案。研究表明：結構的布置和設計能對船舶的綜合工作能力產(chǎn)生顯著影響，優(yōu)化布置與設計能保證船舶功能得到更好地發(fā)揮。研究成果可為深水供應三用工作船的布置與設計提供一定參考。