朱百祥，吳國順，向小斌，郭 金

（上海中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司，上海 200231）

0 引言

隨著科學(xué)文明的進(jìn)步和人類對(duì)能源需求的日益膨脹，人類對(duì)傳統(tǒng)能源的探索與開發(fā)也開始由陸地走向海洋，從淺海走向深海。根據(jù)水深的不同，各式各樣的平臺(tái)與船舶也因此應(yīng)運(yùn)而生，而在深水區(qū)，傳統(tǒng)的拋錨定位在這些頻繁移動(dòng)的平臺(tái)和船舶中變得不切實(shí)際，因此它們幾乎無不例外的都配備了同樣的一件法寶——?jiǎng)恿Χㄎ幌到y(tǒng)。顧名思義，動(dòng)力定位系統(tǒng)的主要作用就是讓在深水區(qū)作業(yè)的船舶或平臺(tái)，通過計(jì)算機(jī)從船上各個(gè)環(huán)境傳感器收集的環(huán)境外力信息，結(jié)合從高精度衛(wèi)星定位系統(tǒng)得到的位置信息，再經(jīng)過計(jì)算機(jī)的復(fù)雜運(yùn)算，然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)各個(gè)推進(jìn)器輸出指令不斷調(diào)整各個(gè)推進(jìn)器的力和方向，以維持船舶的位置和艏向。

1 動(dòng)力定位各等級(jí)的闡述以及冗余度要求[1,2]

船舶基于安全性和可靠度的不同需求，根據(jù)IMO和ABS船級(jí)社的規(guī)定，DP可分為以下四個(gè)等級(jí)。

DP0：船舶需要配備集中的手動(dòng)位置操控和自動(dòng)的艏向控制系統(tǒng)，在許用的最大外部環(huán)境下以維持船舶的位置和艏向；任何一個(gè)與系統(tǒng)相關(guān)的單點(diǎn)故障都有可能會(huì)造成動(dòng)力定位的失敗。

DP1：船舶需要配備動(dòng)力定位系統(tǒng)，在許用的最大外部環(huán)境條件下，能夠自動(dòng)地控制船舶的位置和艏向，另外還需要配備一個(gè)手動(dòng)的位置控制系統(tǒng)；與DP0一樣，任何一個(gè)與系統(tǒng)相關(guān)的單點(diǎn)故障都有可能會(huì)造成動(dòng)力定位的失敗。

DP2：在DP1的基礎(chǔ)上，船舶還需要在任何除一個(gè)水密和A-60防火區(qū)間（以下統(tǒng)稱區(qū)間）失效的單點(diǎn)故障模式下，維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行；在該等級(jí)下，所有與DP相關(guān)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)部件都需要有冗余，以確保船舶在單個(gè)動(dòng)態(tài)組件失效的情況下，動(dòng)力定位仍然不會(huì)失敗。

DP3：在DP1的基礎(chǔ)上，船舶可在任何因?yàn)檠团摶蛘呤Щ鹪斐梢粋€(gè)區(qū)間失效的情況下，仍能維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行；在該等級(jí)下，所有與DP相關(guān)的無論是動(dòng)態(tài)還是靜態(tài)的系統(tǒng)部件都需要有冗余，以確保船舶在最嚴(yán)重失效情況下（丟失一個(gè)區(qū)間），動(dòng)力定位仍然不會(huì)失敗。

此外，冗余的系統(tǒng)組件或者系統(tǒng)需要及時(shí)進(jìn)入工作狀態(tài)，以確保船舶能夠有足夠的時(shí)間結(jié)束正在進(jìn)行的工作。

基于IMO的DP等級(jí)劃分，主流的船級(jí)社也都擁有自己的入級(jí)符號(hào)，比如ABS的DPS系列，DNV的DYNPOS系列等。

2 動(dòng)力和推進(jìn)系統(tǒng)簡述

對(duì)于本文中的DP3鉆井船，為了便于后文對(duì)輪機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的理解，現(xiàn)將其動(dòng)力和推進(jìn)系統(tǒng)配置進(jìn)行簡單描述。如圖1所示，本船共有6臺(tái)主機(jī)，均勻分布在3個(gè)相互獨(dú)立的機(jī)艙內(nèi)，機(jī)艙前面則對(duì)應(yīng)的分布了3個(gè)高低壓配電板間和泵艙，從上往下依次為高壓配電板間，低壓配電板間和泵艙，這樣尾部每個(gè)機(jī)艙和其對(duì)應(yīng)的高低壓配電板間、泵艙組成一個(gè)大的區(qū)間，以滿足DP3的分割要求；全船共有6臺(tái)全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器，其中1、4為一組，2、5為一組，3、6為一組，每一組推進(jìn)器則掛載在分布于不同區(qū)間的配電板，而這些配電板則是由對(duì)應(yīng)的主機(jī)-發(fā)電機(jī)組供電，具體的配電掛載信息見圖2。

圖1 主要艙室和推進(jìn)器布置簡圖

3 輪機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用[1,3]

所有圍繞動(dòng)力定位相關(guān)的輪機(jī)功用輔助系統(tǒng)，不僅需要滿足系統(tǒng)冗余度的要求，還需要考慮破艙失火等最大故障模式下，設(shè)備布置和系統(tǒng)設(shè)計(jì)能否滿足相應(yīng)的可靠度要求。以下對(duì)相關(guān)的輪機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行逐一描述。

圖2 配電系統(tǒng)簡圖

3.1 燃油系統(tǒng)

根據(jù)ABS規(guī)范的要求，每個(gè)日用柜需可滿足所服務(wù)的所有主機(jī)至少連續(xù)運(yùn)行8小時(shí)，根據(jù)上文對(duì)于定位等級(jí)和冗余度的闡述，從燃油儲(chǔ)存柜到沉淀柜的燃油輸送部分可不納入DP冗余的考慮范疇，故只需要考慮沉淀柜和日用柜及相關(guān)燃油輸送設(shè)備和管路的布置。本船共有2個(gè)燃油沉淀柜和3個(gè)燃油日用柜，2個(gè)燃油沉淀柜分別布置在兩個(gè)水密同時(shí)滿足A-60防火分隔的區(qū)間內(nèi)，3個(gè)日用柜及燃油分油機(jī)則布置在3個(gè)三個(gè)互相獨(dú)立的機(jī)艙內(nèi)，燃油供應(yīng)管路和設(shè)備均設(shè)置在單獨(dú)機(jī)艙中，機(jī)艙之間滿足水密和 A-60防火要求?？紤]到有兩臺(tái)分油機(jī)公用一個(gè)沉淀柜，所以給#2號(hào)分油機(jī)額外增加了一路從燃油儲(chǔ)存柜過來的供油管路，此管路不與去其他分油機(jī)的管路走到一個(gè)區(qū)間內(nèi)，此外，所有機(jī)艙之間的互為備用管路在穿過機(jī)艙艙壁的時(shí)候，于艙壁兩側(cè)都設(shè)置了隔離閥，以確保機(jī)艙失火的時(shí)候能夠在隔壁機(jī)艙及時(shí)關(guān)斷這些互為備用的管路。

3.2 滑油系統(tǒng)

本船每個(gè)機(jī)艙中的兩臺(tái)主機(jī)公用一臺(tái)滑油分油機(jī)，每個(gè)機(jī)艙的滑油系統(tǒng)均單獨(dú)布置，以滿足DP3冗余要求；滑油分油機(jī)的進(jìn)出口均設(shè)置自動(dòng)換向裝置，該換向裝置除滿足ACCU要求外，還確保了分油機(jī)在給一臺(tái)主機(jī)過濾油底殼滑油的時(shí)候不會(huì)把滑油打到另外一臺(tái)主機(jī)的油底殼，保證了系統(tǒng)的可靠性。

本船的推進(jìn)器所使用的滑油和液壓油系統(tǒng)也均是單獨(dú)布置在各自的推進(jìn)器艙里面，以保證相互的獨(dú)立性。

3.3 冷卻系統(tǒng)

本船的冷卻水系統(tǒng)主要分成兩塊，一塊是海水冷卻，另一塊則是淡水冷卻，海水主要是給主輔機(jī)、推進(jìn)器淡水冷卻系統(tǒng)的熱交換器和其他需要海水直接冷卻的設(shè)備做冷卻，主輔機(jī)和推進(jìn)器均有各自的淡水冷卻系統(tǒng)做冷卻。

如前面所述，本船艏部有兩個(gè)泵艙，艉部三個(gè)泵艙，泵艙之間均是相互獨(dú)立的區(qū)間，艏艉泵艙各有一根公用的海水總管貫穿通過，左右兩側(cè)各有兩個(gè)海底門可以為海水總管供水，總管在通過這些泵艙的時(shí)候，在泵艙的兩側(cè)均設(shè)置了遙控隔離閥，泵艙內(nèi)則設(shè)置了大艙報(bào)警，一旦發(fā)生破艙的情況下，船上的中控在檢測到相應(yīng)報(bào)警信號(hào)的情況下，能夠采取措施及時(shí)關(guān)斷相應(yīng)的隔離閥。由于艏部有3臺(tái)推進(jìn)器，而只有2個(gè)泵艙，為了滿足冗余度的要求，為1號(hào)推進(jìn)器的海水冷卻部分分別在兩個(gè)泵艙中各做了一套，2、3號(hào)推進(jìn)器的海水冷卻系統(tǒng)則全部布置在1號(hào)和2號(hào)泵艙，這種設(shè)計(jì)在丟失任何泵艙的情況下，均不會(huì)同時(shí)失去兩臺(tái)推進(jìn)器的海水冷卻；因?yàn)轸翰坑?個(gè)泵艙，每個(gè)推進(jìn)器和每個(gè)海水的冷卻系統(tǒng)均單獨(dú)布置在每個(gè)泵艙內(nèi)，所以可以滿足隔離要求。

船上的主機(jī)淡水冷卻系統(tǒng)和推進(jìn)器淡水冷卻系統(tǒng)均布置在各自相應(yīng)所在的機(jī)艙和推進(jìn)器間內(nèi)，可完全滿足DP3要求。

本船配電板間的空調(diào)是采用海水直接冷卻的，每個(gè)配電板間的空調(diào)均有來自兩個(gè)相互獨(dú)立區(qū)間的海水冷卻泵和管路供水，以滿足要求。

3.4 啟動(dòng)空氣系統(tǒng)

每個(gè)機(jī)艙內(nèi)均布置了2個(gè)啟動(dòng)空壓機(jī)機(jī)組和2個(gè)啟動(dòng)空氣瓶，其中1臺(tái)空壓機(jī)、1個(gè)空氣瓶和1個(gè)主機(jī)為一組，每組之間又同時(shí)做了共用管路，管路上設(shè)置隔離閥，這樣可以在滿足規(guī)范要求的基礎(chǔ)上將失效的情況降為最低。

3.5 服務(wù)空氣系統(tǒng)

在每個(gè)機(jī)艙里面，除了啟動(dòng)空壓機(jī)，每個(gè)機(jī)艙里面還布置了1臺(tái)服務(wù)空壓機(jī)，1號(hào)和1號(hào)機(jī)艙里面各配備了1個(gè)空氣瓶，整個(gè)服務(wù)空氣管路系統(tǒng)做成一個(gè)環(huán)路給全船所有需要服務(wù)空氣和儀表空氣的設(shè)備供氣；此外，為滿足DP要求和系統(tǒng)可靠性，為每個(gè)DP區(qū)間內(nèi)與DP相關(guān)的設(shè)備、風(fēng)閘等還專門設(shè)置了一個(gè)個(gè)小氣瓶作為蓄能器使用。

3.6 空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)

每個(gè)機(jī)艙、推進(jìn)器間、變壓器間、配電盤室和DP相關(guān)的設(shè)備或控制間也都按照規(guī)范的配備了獨(dú)立的空調(diào)和（或）通風(fēng)系統(tǒng)，以確保任何失效的情況下，最大只會(huì)失去一個(gè)區(qū)間的通風(fēng)系統(tǒng)。同時(shí)所有與DP相關(guān)房間的擋火風(fēng)閘全部采用氣動(dòng)NDE形式，配合分布在各個(gè)區(qū)域服務(wù)空氣小氣瓶，確保了在全船失電或其他用電故障情況下能夠保證通風(fēng)系統(tǒng)的正常工作。生活區(qū)有一套整體的空調(diào)系統(tǒng)，所有生活區(qū)相關(guān)的 DP設(shè)備間除利用這套空調(diào)系統(tǒng)外，另外還給每個(gè)房間單獨(dú)設(shè)置了獨(dú)立的本地空調(diào)系統(tǒng)，滿足冗余需要。

4 總結(jié)

由于人類對(duì)深海的探索的加強(qiáng)，配備動(dòng)力定位的船舶也會(huì)越來越多，本文主要側(cè)重描述了規(guī)范對(duì)于幾種DP等級(jí)的要求，以及輪機(jī)專業(yè)在超深水鉆井船項(xiàng)目中的應(yīng)用，希望能夠?yàn)橐院笤O(shè)計(jì)類似項(xiàng)目的團(tuán)隊(duì)提供一些思路，由于動(dòng)力定位本身的復(fù)雜性，所以需要多專業(yè)相互協(xié)調(diào)配合，其涉及的艙室防火分割和水密劃分、艙室內(nèi)機(jī)電設(shè)備布置、管路和電纜的布置與走向、電力分配、監(jiān)測和集中控制等等，這些都是非常靈活的，在滿足規(guī)范的前提下，可以根據(jù)船東規(guī)格書做出不同的調(diào)整，以滿足船東對(duì)可靠度的需求。

[1]ABS Guide for Dynamic Positioning Systems, 2012.

[2]IMO MSC Circular 645, Guidelines for Vessels with Dynamic Positioning Systems, 1994.

[3]IMCA M 103 Rev I, Guidelines for Design and Operation of Dynamically Positioned Vessels, 2007.