王磊，徐新年，林廣林

（煙臺中集來福士海洋工程有限公司，煙臺，264000）

1 起源

動力定位（DP）系統(tǒng)最早起始于20 世紀60年代的海底鉆井作業(yè)。隨著向更深海的不斷推進，自升式鉆井駁等近海鉆探裝備難以滿足深海作業(yè)的需要，而深海錨鏈定位作業(yè)又非常復雜，且成本高昂。由此便開始了DP系統(tǒng)研究和應用的技術探索。

2 定義和作用

DP系統(tǒng)是當環(huán)境條件發(fā)生變化時，由集控手操或自動響應系統(tǒng)，通過水動力系統(tǒng)的作用是船舶位置和航向保持在環(huán)境條件限定范圍內。

DP系統(tǒng)的環(huán)境條件主要指風、浪、流等環(huán)境力。船舶在環(huán)境力的作用下，會產生六個自由度的運動，即縱蕩、橫蕩、升沉、橫搖、縱搖和艏搖。

事實上，DP系統(tǒng)主要是控制船舶在海平面上縱蕩、橫蕩和艏搖三個自由度運動，由推進器產生適當大小的推力和力矩，以抵消環(huán)境力，從而使船舶盡可能保持預設的位置和航向。

如今，DP系統(tǒng)的功能已經不僅僅局限于使船舶定位于海洋石油鉆探船舶和平臺，也廣泛應用與布纜船、鋪管船、起重船、平臺供應船、科考勘探船等特種船舶。

3 入級符號

DP系統(tǒng)包括所有直接或間接影響船舶定位能力的設備、電纜、管路和通風等，其安全可靠性取決于所有這些方面的冗余程度，根據DP系統(tǒng)的不同冗余程度，各船級社可授予相應的船舶符號標志，如表1所示。

本文將DP系統(tǒng)設計分成系統(tǒng)原理設計和詳細生產設計兩大部分。系統(tǒng)原理設計，分為動力、控制和參考基準三部分。動力部分，分為發(fā)電、配電和推進系統(tǒng)；控制部分，包括電力、推進系統(tǒng)的自動或手動控制，以及位置測量控制系統(tǒng)；參考基準部分，就是各種提供船舶位置、環(huán)境和狀態(tài)信息的測量系統(tǒng)及其傳感器。詳細生產設計，分為DP系統(tǒng)設備布置、電纜和管線路徑布置兩部分。

4COSL項目DP系統(tǒng)設計簡介

4.1COSL項目簡介

COSL項目是由煙臺中集來福士為中海油服歐洲鉆井公司總包承建的4座第四代深水半潛式鉆井平臺。該系列平臺型長104.5米、型寬65米、型深36.85米，設計吃水9.5米-17.75米，作業(yè)水深70-750米，生存狀態(tài)最大風速51.5米/秒，最大垂直鉆井深度7500米，最大可變甲板載荷4000噸，額定居住人員120人，集鉆修井、居住等功能于一身。DP3動力定位系統(tǒng)及無人值守的機艙設計方案，實現(xiàn)在駕駛室及操作室集中遙控操作，關鍵設備的選配和建造均滿足挪威石油安全管理局最新AoC發(fā)證要求，其設計和建造滿足挪威石油安全管理局、挪威海事局、挪威船級社、挪威石油工業(yè)技術標準及半潛式鉆井平臺的相關國際平臺規(guī)則，具備在全球海況最復雜的挪威北海海域作業(yè)的能力，同時適用于全球其他海域。

該系列平臺前三座已經交付使用，首座平臺在挪威北海作業(yè)以來，被認為是近年來首次作業(yè)各方面表現(xiàn)最好的新平臺之一。其在同海域作業(yè)的42座平臺中，綜合指示排名第四，其中套管轉速和下鉆速度兩項指標名列第一。

4.2 動力部分設計

上船體艉部設計3個獨立的機艙，每個機艙布置2臺主機和發(fā)電機（各3800KW），分別由Wartsila和Siemens 提供，下船體左右舷設計4個獨立的推進器室，房間內布置各自的推進器、推進器馬達、變壓器及變頻器，推進器由Wartsila提供，其他設備由Siemens提供。機艙附近布置3個獨立的高壓配電盤室，使之分別與3個機艙的6臺發(fā)電機對應，6個推進器按照1與4、2與5、3與6組合為獨立的三組分別與3個高壓配電盤對應。3套獨立的抵押配電盤系統(tǒng)（690V、440V、230V）分別由3個高壓配電盤逐級變壓給各DP系統(tǒng)相關負載供電。3個高壓配電盤和6個推進器室分別設計布置有各自的PLC信號柜以用于PMS。

上述就是DP系統(tǒng)動力部分的核心框架，形成了A、B、C三套獨立的DP動力系統(tǒng)，總體設計框圖如圖2所示，推進室布置設計及組合如圖3所示。

表1 DP系統(tǒng)船級符號標志

圖2 動力系統(tǒng)部分總體設計框圖

圖3 推進器布置設計及組合

4.3 控制部分設計

4.3.1DP主控制站

位于駕駛室，系統(tǒng)設計布置的控制設備有：1臺PMS控制箱；2臺DP控制箱；1臺獨立手動操作控制箱；2臺DP控制臺；1臺獨立手動操作控制臺；1套推進器手動控制臺；1臺PME位置測量控制臺；2臺網絡拓撲柜。

4.3.2DP備用控制站

位于DP備用控制間，用A-60分割完全獨立于駕駛室，且主/備用兩個控制站的艙室位置相距不遠，系統(tǒng)設計布置的控制設備有：1臺PMS控制箱；1臺DP控制箱；1臺DP控制臺； 1臺PME位置測量控制臺；2臺網絡拓撲柜。

4.3.3 網絡拓撲結構

VSC、DP系統(tǒng)共用一個網絡，由兩套環(huán)形光纖網絡NET A和NET B組成，并且將6個推進器的信號采集站也串聯(lián)在網內，以便提供推進器相關信號的傳輸效率。

4.4 參考基準部分設計

DGPS查分全球定位系統(tǒng)，DP主和備用控制間各布置1套，主桅桿和遠離主桅桿的舷側各布置1套天線。

聲吶位置測量系統(tǒng)，DP主和備用控制間各布置1套，2套HIPAP（可伸縮聲吶收發(fā)器）分別布置在左右舷浮筒的舯部，通過安裝在海底的反應器收發(fā)聲頻信號，從而計算出收發(fā)器與反應器之間的距離和平臺的方位數(shù)據，用于DP系統(tǒng)位置參考計算。

電羅經系統(tǒng)，能夠反映精確地平臺艏向位置數(shù)據，電羅經和數(shù)字復試器，在駕駛室布置2套，在DP備用控制室布置1套，頂甲板左右舷各布置1臺電羅經方位方位復試器。

風速風向儀系統(tǒng)，可以持續(xù)的為DP系統(tǒng)提供風速和風向信息，從而計算出平臺受到的風力。駕駛室2套，DP備用控制室布置1套，主桅桿上布置1套風速風向儀，另2套布置在遠離主桅桿的舷側。

VRU（垂直參考裝置）系統(tǒng)，用來測量縱蕩、橫蕩和艏搖三個自由度運動的大小，測量數(shù)據用于平臺運動補償力大小的計算，在駕駛室室布置2套，DP備用控制室布置1套。

4.5 故障模式與影響分析 FMEA

只有DP-2和DP-3需要做FMEA，F(xiàn)MEA的目的在于說明與DP系統(tǒng)功能有關的設備，包括相關電纜和管系的不同故障模式，以幫助評定DP系統(tǒng)的冗余程度。對于系統(tǒng)中的某一設備可能有多種故障模式，從而對DP系統(tǒng)產生多種不同影響，在FMEA分析時應特別注意。

在DP船舶的全生命周期內，都需要盡可能在實際情況下，對DP系統(tǒng)所有操作模式進行測試。測試通過后，由第三方來模擬測試故障模式，并對測試數(shù)據結果進行紀錄備案。最后，對DP系統(tǒng)進行總體的性能評估。

除了DP各系統(tǒng)單線圖和技術說明，以及負荷計算書等之外，F(xiàn)MEA報告(包括冗余試驗程序)也需要提交船級社審查認可。

4.6 電纜和管系的布置以及DP路徑的詳細生產設計

除上文中描述的系統(tǒng)和設備外，對DP系統(tǒng)至關重要的燃油、滑油、液壓油、冷卻水管等，以及電纜的布置，都應充分的考慮DP等級的冗余的要求，系統(tǒng)的設計、設備的布置、電纜和管系路徑的設計，都必須嚴格遵循規(guī)范里DP系統(tǒng)要求

該平臺設計為DP-3，因此需要設計各DP系統(tǒng)的獨立A-60通道。COSL項目為四個立柱結構，艏部兩個立柱各設計了一套DP通道，艉部兩個立柱各設計了兩套DP通道，兩套DP路徑中間做A-60防火等級分割。四個立柱的DP通道上下分別延伸至雙層底和浮筒內，連接到各自DP系統(tǒng)的機艙和推進器室。在生活區(qū)，左右舷側附近分別設計了2個A-60級的DP通道，上下分別連接到DP主、備用控制室。

因此，這便保證了整個平臺的DP A、B、C三套系統(tǒng)之間，是按照規(guī)范的要求用A-60防火等級完全分開的，符合DP-3的設計要求。

5 結束語

DP 系統(tǒng)是船舶、平臺不需要傳統(tǒng)的系泊形式定位，因而具有不受水深限制的優(yōu)點，并且可適用于各種惡劣海況，開發(fā)設計高效率、高可靠性的DP系統(tǒng)對于人類向更深海擴展具有重要意義。本文以COSL半潛式鉆井平臺為例，力求全面概括介紹DP系統(tǒng)相關的各個方面，以供大家了解和參考。

【參考文獻及資料】

[1]IMO/MSC Circular 645 Guidelines for Vessel with DP[S]. 1994

[2]IMCA M103. IMCA Guidelines for the Design and Operation of Dynamic Positioned Vessels[S]. 2007.

[3]DNV Rules for Classification of Shop[S]. 2008 Part 6, Chapter 7.

[4]CCS Guidelines on Surveys for Dynamic Positioning System[S]. 2002

[5]ABS Rules for Building and Classing Steel Vessels[s]. 2010 Part4, Chapter 3, Section5.