賀蓓蕾　徐俊路　于明

摘要：介紹國際海事組織對DP-3動力定位冗余系統(tǒng)的基本要求，分析目前主流的設計與系統(tǒng)布置上的要求。通過實際的工程實例，對比分析兩種不同的設計思路以及兩種冗余系統(tǒng)FMEA的接受標準，可作為工程設計的參考。

關鍵詞：動力定位；冗余；DP-3

中圖分類號：U662 文獻標識碼：A 文章編號：1006-7973（2016）06-0036-02

隨著海洋鉆探從淺海向深水及超深水區(qū)域發(fā)展，傳統(tǒng)的錨泊定位系統(tǒng)錨鏈長度和強度都要增加，進而船舶重量增加，鉆井甲板上的可變載荷減小，設備布置困難等缺點隨之出現(xiàn)。同時，錨泊定位系統(tǒng)也有自身的缺點，其較低的彈性和流體動力阻尼等使船舶一直暴露在風浪流的影響下，操作性和安全性都受到影響。因此，發(fā)展高性能的動力定位系統(tǒng)（Dynamic Positioning System）成為深水海洋鉆探的趨勢。

自上個世紀60年代起，伴隨著北海區(qū)域以及墨西哥灣海上油氣田的開發(fā)，幾大船級社、當?shù)匦袠I(yè)組織以及國際行業(yè)協(xié)會等對動力定位系統(tǒng)規(guī)范進行了大量的研究，并出臺了眾多的規(guī)范。1994年國際海事組織出臺了MSC Circ.645《GUIDELINES FOR VESSELS WITH DYNAMIC POSITIONING SYSTEMS》作為目前對動力定位系統(tǒng)的一個統(tǒng)一的法定要求。隨后，以DNV、ABS、LR、CCS等船級社為代表，以MSC Circ.645為基本準則，相繼發(fā)展了自己的最新規(guī)范。

1.DP-3動力定位系統(tǒng)冗余理念的發(fā)展

雖然從20世紀早期已經(jīng)有很多國外公司研究生產(chǎn)船舶、海洋平臺的動力定位系統(tǒng)，但是從真正意義上的自動動力定位系統(tǒng)起源于1961年，當時采用了四點系泊加四臺手動可調(diào)螺旋槳，另外艏艉各配備一臺360度全回轉推進器，1971年自動動力定位系統(tǒng)第一次應用于航海鉆井。隨著技術的發(fā)展，1980年，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）被引入，大大提升了系統(tǒng)的定位精度。直到現(xiàn)在，DP-3動力定位系統(tǒng)的設計與物理雙冗余的高冗余度概念以及閉環(huán)電網(wǎng)技術的采用，大大提升了系統(tǒng)的可靠性，并且降低了系統(tǒng)能耗。

根據(jù)MSC Circ.645通函的基本準則，DP-3動力定位系統(tǒng)與DP-1以及DP-2動力定位系統(tǒng)的根本區(qū)別就在于系統(tǒng)設計的冗余度高低。對DP-3動力定位系統(tǒng)的設計以及圖紙審查核心就是確認其系統(tǒng)布置冗余度是否滿足規(guī)范要求，并且在建造完工后要通過FMEA試驗驗證其冗余功能達到預期的設計。

行業(yè)規(guī)范的制定與區(qū)域性行業(yè)的發(fā)展是密不可分的，由于北海地區(qū)以及墨西哥灣海上油氣田的開發(fā)，也直接促使了DNV和ABS動力定位規(guī)范的發(fā)展。因此，目前的動力定位系統(tǒng)規(guī)范主要以DNV和ABS為代表。與其相對應，國際上動力定位系統(tǒng)的設計與圖紙審查形成了兩大理念：完全冗余理念與不完全冗余理念。

2.IMO通函以及各船級社規(guī)范對DP-3動力定位的要求

動力定位系統(tǒng)發(fā)展到今天，其基本的結構主要由動力系統(tǒng)、推進器系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及傳感器等系統(tǒng)組成。IMO、DNV以及ABS以及其他船級社或組織對DP-3動力定位系統(tǒng)的系統(tǒng)布置與設備配備的要求基本是一致的，簡要說明如表1所示：

MSC Circ.645通函對DP-3動力定位系統(tǒng)的基本要求：在系統(tǒng)出現(xiàn)單項故障（包括由于失火或進水造成一個艙室的完全損失）后，可在規(guī)定的環(huán)境條件下，自動保持平臺或船舶的位置和艏向。DP-3動力定位系統(tǒng)的單項故障的界定包含一個艙室進水或者失火，因此，上表中描述的物理冗余系指冗余系統(tǒng)或設備與主系統(tǒng)之間應進行分艙布置，并進行水密和A60防火的隔離，這是DP-3設計的核心原則。

3.分析對比兩種不同的冗余度設計理念

由于動力定位系統(tǒng)的綜合性、復雜性，在實際的設計以及工程應用中，僅僅依靠MSC Circ.645通函中的基本要求往往不足以指導具體的工程實踐。因此DNV和ABS通過大量的工程實踐，在其規(guī)范體系中給出了一些具體的實際應用注釋，在這些注釋中就體現(xiàn)了他們各自對DP-3冗余系統(tǒng)的理解。下面以兩個DP-3冗余動力定位系統(tǒng)中的子系統(tǒng)的設計為例簡要說明其區(qū)別：

3.1動力系統(tǒng)一燃油系統(tǒng)

一般歐洲設計公司設計的DP-3冗余燃油系統(tǒng)在燃油柜、燃油供給泵及其電源、燃油管線的布置上是完全冗余的，即完全布置在其對應的機艙內(nèi)，然而在燃油凈化環(huán)節(jié)，即分油機的布置則不進行完全冗余，在冗余機艙外布置單獨的分油機間，向幾個冗余機艙同時供給燃油，且燃油凈化單元的供電電源沒有冗余布置的特別要求。這種系統(tǒng)設計進行FMEA分析時，認為即使分油機間完全喪失，各冗余機艙內(nèi)的燃油柜還有燃油供給，DP-3控位能力不會即刻喪失。DNV對這種設計是給予認可的，其布置如圖1所示。

而美國設計公司的理念則為完全冗余，即燃油系統(tǒng)中的燃油柜、燃油泵及其電源、燃油管線以及燃油凈化單元完全冗余，完全布置在其對應的機艙內(nèi)，此時，每個機艙內(nèi)的燃油凈化單元由本機艙內(nèi)發(fā)電機供給，即完全冗余的對應關系。這種設計在做FMEA時，不存在上述分油機間的完全喪失的故障模式，每個機艙內(nèi)的燃油系統(tǒng)與發(fā)電機組都自成系統(tǒng)，冗余機艙之間不會存在故障的蔓延。ABS在DP-3的設計上認可這種設計理念，其布置如圖2所示。

3.2動力系統(tǒng)一起動空氣系統(tǒng)

起動空氣系統(tǒng)兩種不同的DP-3冗余設計理念的原則與上述燃油系統(tǒng)基本相同，即每個冗余的機艙內(nèi)有專供本機艙使用的起動空氣瓶，正常情況下其內(nèi)充滿符合起動要求的壓縮空氣。非完全冗余設計時，在機艙外部設有一個獨立的起動空壓機室，可用于所有冗余機艙的空氣瓶充氣，空壓機的供電電源沒有冗余布置要求，這種設計理念在FMEA時，認為即使空壓機室完全喪失，各冗余機艙內(nèi)仍然有起動空氣用于必要時的發(fā)電機組起動，不會喪失DP-3控位能力。而在完全冗余設計時，每個機艙都有自己專用的空氣瓶和空壓機用于發(fā)電機組的起動，且空壓機的供電電源與其所在機艙的發(fā)電機組成冗余對應關系，即其電源來自其所在機艙的發(fā)電機組。在FMEA時，各個冗余機艙之間沒有相互影響。其布置區(qū)別如圖3所示。

3.3冗余度高低的取決

在近些年來的實際工程設計中，除了上述燃油系統(tǒng)和起動空氣系統(tǒng)外，其他的諸如海水系統(tǒng)、淡水系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)等動力定位子系統(tǒng)的設計，在完全冗余與非完全冗余之間，也或多或少的存在一些差異。如采用完全冗余的設計時，系統(tǒng)的冗余度高，然而卻需要更多的設備，在有限的機艙空間內(nèi)將導致設備布置困難，船舶自重增加以及設備的供電更為復雜等缺點，因此在DP-3動力定位系統(tǒng)的設計時，冗余度選擇與系統(tǒng)設備布置之間存在一個平衡關系，不同的船級社有不同的要求，另外還要根據(jù)作業(yè)沿岸國對動力定位系統(tǒng)的冗余要求來進行選擇。

4.結語

兩種不同的DP-3冗余設計理念在設備布置以及建造及維護成本上有著較大的差異。無疑，完全冗余設計的成本及設備布置難度較大，但其冗余系統(tǒng)的可靠性更高。兩種不同的設計理念目前在行業(yè)內(nèi)仍然存在一定的爭論，哪種更為合理在此不作討論。但是這兩種設計理念都已經(jīng)通過大量的實際工程的實踐驗證，可作為實際工程設計的參考。