黃文威，曲慶亮，于富強

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125）

0 引言

某大型深水起重鋪管船配備5 000 t全回轉起重機，J-Lay、S-Lay 等2 型鋪管系統(tǒng)，8 點錨泊定位系統(tǒng)，可實現(xiàn)單船淺水、深水、超深水鋪管作業(yè)。鋪設管徑范圍覆蓋6～60英寸（1英寸=0.025 4 m），鋪管最大水深為3 000 m。此外，鋪管船還配備3級動力定位（Dynamic Positioning 3，DP3）系統(tǒng)和直升機起降平臺。

鋪管船的強大功能來自其配備的眾多設備，出于優(yōu)化設備體積和提高冷卻效率的考量，這些設備大多采用水冷。這些設備數(shù)量眾多，類型復雜，冷卻參數(shù)各不相同，為確保設備的正常運行，需要對鋪管船冷卻水系統(tǒng)進行合理設計[1]。

基于某大型鋪管船，從設備類型、動力定位、設備功能及布置位置等4 方面對冷卻水用戶進行分析，并探討冷卻水系統(tǒng)的設計要點。

1 分類分析

本文研究的大型深水起重鋪管船搭載了大量的作業(yè)設備，從艏部到艉部具有水冷需求的設備數(shù)量超過250 件，下面分別從設備類型、動力定位、設備功能及布置位置等4 方面對冷卻水用戶進行分類。

1.1 設備類型分類

根據(jù)設備類型的不同，鋪管船冷卻水用戶可分為船舶設備和作業(yè)設備。

1）船舶設備：保障船舶正常運行和人員正常生活的設備，如主發(fā)電機及其輔助設備、推進器及其輔助設備、空壓機和空調冷藏設備等。

2）作業(yè)設備：體現(xiàn)船舶功能和施工能力的設備，如錨泊定位絞車、A & R 絞車系統(tǒng)、S-Lay 鋪管設備和J-Lay 鋪管設備等。

設備類型分類情況及參數(shù)信息見表1。

表1 設備類型分類情況及參數(shù)信息

1.2 動力定位分類

根據(jù)是否為DP 系統(tǒng)服務，鋪管船冷卻水用戶可分為DP 相關設備和非DP 相關設備。

1）DP 相關設備：鋪管船滿足DP 要求，部分船舶設備需要根據(jù)DP 要求進行冗余設計，如主發(fā)電機及其輔助設備、推進器及其輔助設備等。

2）非DP 相關設備：主要包括作業(yè)設備和部分不需要滿足DP 要求的船舶設備。

動力定位分類情況及參數(shù)信息見表2。

表2 動力定位分類情況及參數(shù)信息

1.3 設備功能分類

根據(jù)設備功能的不同，鋪管船冷卻水用戶可分為主發(fā)電機及其輔助設備、空調冷藏設備等12 個類別，具體見表3。

表3 設備功能分類情況及參數(shù)信息

1.4 布置位置分類

該船總長約200 m，若將布置在艏部和艉部的設備均設計在一個冷卻水系統(tǒng)中，系統(tǒng)的管路過長，將導致管道內的阻力損失過大[2]。此外，為滿足系統(tǒng)內各個冷卻水用戶對冷卻水量和壓力的需求，系統(tǒng)的冷卻水泵需要很大的排量和壓頭。因此，包含所有設備的冷卻水系統(tǒng)設計方案不僅會增加建造成本，還不利于系統(tǒng)的后期維護和保養(yǎng)。

在進行冷卻水系統(tǒng)設計時，要參考冷卻水用戶的布置位置，采用就近原則進行設計。根據(jù)布置位置的不同，鋪管船冷卻水用戶可分為艏部設備和艉部設備，見表4。

表4 布置位置分類情況及參數(shù)信息

綜合考慮以上對鋪管船冷卻水用戶的分類情況，從系統(tǒng)建造成本、操作靈活性和維護便利性等角度出發(fā)，盡量精簡冷卻系統(tǒng)的數(shù)量，最終確定該鋪管船的冷卻水系統(tǒng)設計方案為4 個獨立的系統(tǒng)，見表5。

表5 冷卻系統(tǒng)設計方案

2 主發(fā)電機組冷卻水系統(tǒng)

該船共有6 臺主發(fā)電機組，3 臺布置在左舷機艙，3 臺布置在右舷機艙。每臺主發(fā)電機組配置單獨的中央冷卻水系統(tǒng)，設備內部采用淡水冷卻，高溫淡水通過外部海水進行冷卻[3]。6 臺主發(fā)電機組的冷卻水系統(tǒng)相互獨立，任何1 臺主發(fā)電機組的冷卻水系統(tǒng)故障不會影響其他5 臺的正常運行。因此，各冷卻水系統(tǒng)的冷卻水泵（淡水冷卻泵和海水冷卻泵）均不需要配置備用泵。

主發(fā)電機組冷卻水系統(tǒng)主要包括如下設備：柴油機、發(fā)電機、滑油冷卻器、主機回油冷卻器、發(fā)電機淡水冷卻循環(huán)泵、滑油冷卻器淡水循環(huán)泵、中央冷卻器和主發(fā)電機組海水冷卻泵等。各設備均為DP相關設備，系統(tǒng)設計需要滿足DP3的冗余要求。

除發(fā)電機需要配置單獨的淡水泵進行冷卻外，其他設備均通過柴油機機帶淡水泵進行冷卻。因此，每個主發(fā)電機組的設備可為柴油機設備組和發(fā)電機設備組。1 號主發(fā)電機組冷卻水系統(tǒng)示意圖見圖1。

圖1 1 號主發(fā)電機組冷卻水系統(tǒng)示意圖

3 推進器冷卻水系統(tǒng)

該船配置有10 套推進器。其中：1 號和2 號為全回轉主推進器，布置在艉部；3 號、4 號和7 號為伸縮式推進器，布置在艉部；5 號、6 號和8 號為伸縮式推進器，布置在艏部；9 號和10 號為管隧式側向推進器，布置在艏部。每套推進器配置單獨的冷卻水系統(tǒng)，10 套推進器的冷卻水系統(tǒng)相互獨立。每套推進器冷卻水系統(tǒng)配置2 臺海水冷卻泵、1 臺板式冷卻器和2 臺淡水冷卻泵。其中，海水泵冷卻和淡水冷卻泵均為1 用1 備。

推進器冷卻水系統(tǒng)主要包括如下設備：推進器機械本體冷卻單元、推進器電機、推進器變壓器、推進器變頻器及推進器室單元空調等。

推進器均為DP 相關設備，布置范圍廣，可覆蓋艏部至艉部的大部分區(qū)域。各推進器采用獨立的冷卻水系統(tǒng)不僅能很好地滿足DP3 的冗余要求[4]，還方便操作。

全回轉主推進器冷卻水系統(tǒng)示意圖見圖2。

圖2 全回轉主推進器冷卻水系統(tǒng)示意圖

4 艏部輔助設備冷卻水系統(tǒng)

艏部輔助設備冷卻水系統(tǒng)主要包括變壓器、柜式空調等DP 設備，空壓機、冷水機組、冷藏裝置等船舶輔助設備，艏部錨泊定位絞車、J-Lay 絞車等作業(yè)設備。

考慮到DP、安全返港、冗余、隔離等要求，可將艏部輔助設備冷卻水系統(tǒng)分為艏部左舷輔助設備冷卻水系統(tǒng)和艏部右舷輔助設備冷卻水系統(tǒng)等2個獨立子系統(tǒng)。每個子系統(tǒng)配置3 臺海水冷卻泵、2臺中央冷卻器和3 臺淡水冷卻泵。其中，海水冷卻泵和淡水冷卻泵均為2 用1 備，中央冷卻器1 用1 備。

艏部左舷輔助設備冷卻水系統(tǒng)示意圖見圖3。

圖3 艏部左舷輔助設備冷卻水系統(tǒng)示意圖

5 艉部輔助設備冷卻水系統(tǒng)

艉部輔助設備冷卻水系統(tǒng)主要包括如下設備：艉部錨泊定位絞車、工作空壓機、導管架系統(tǒng)液壓動力站、S-Lay 系統(tǒng)液壓動力站、作業(yè)設備變壓器、柜式空調、作業(yè)設備變頻器、絞車剎車電阻及A & R絞車等。

根據(jù)作業(yè)設備使用工況，艉部輔助設備冷卻水系統(tǒng)配置4 臺海水冷卻泵、3 臺中央冷卻器和4 臺淡水冷卻泵。其中，海水冷卻泵和淡水冷卻泵在最大使用工況時3 用1 備，中央冷卻器2 用1 備。

艉部輔助設備冷卻水系統(tǒng)的設備均為作業(yè)設備，在設計時需要考慮到不同的使用工況。選取同一時間需要開啟的設備水量最大、散熱量最大的工況進行設計，可有效減小冷卻水泵排量、冷卻器的換熱量和船舶能耗。由分析可知：在最大作業(yè)工況時，艉部輔助設備冷卻水系統(tǒng)需要開啟3 臺海水泵、2臺冷卻器和3 臺淡水泵；而在其他作業(yè)工況下，開啟2 臺海水泵、2 臺冷卻器和2 臺淡水泵即可滿足要求；在航行工況下，僅需要開啟1 臺海水泵、1臺冷卻器和1 臺淡水泵。

艉部輔助設備冷卻水系統(tǒng)示意圖見圖4。

圖4 艉部輔助設備冷卻水系統(tǒng)

6 輔助設備冷卻水系統(tǒng)其他設計方案

對于輔助設備冷卻水系統(tǒng)，也可根據(jù)設備功能分類標準進行冷卻，將DP 設備和非DP 設備分開。輔助設備中的DP 設備（如電站變壓器和配電間柜式空調等）均為主發(fā)電機組服務，可稱為主發(fā)電機組輔助設備，主空壓機和控制空壓機等設備也可歸入主發(fā)電機組輔助設備冷卻水系統(tǒng)中。為滿足DP和安全返港的相關要求，可將主發(fā)電機組輔助設備冷卻水系統(tǒng)分為左舷輔助設備冷卻水系統(tǒng)和右舷輔助設備冷卻水系統(tǒng)等2 個獨立的子系統(tǒng)。對于非DP設備，則需要按功能進行分類冷卻。

輔助設備冷卻系統(tǒng)其他設計方案見表6。這種按設備功能進行分類冷卻的方案在大型海工項目的冷卻水系統(tǒng)設計中經常采用。與集中冷卻相比，該設計方案可有效縮減冷卻系統(tǒng)中的設備數(shù)量，簡化系統(tǒng)設計、提高冷卻效率，也方便后期的水量調試和使用維護[5]。然而，該設計方案會顯著增加冷卻系統(tǒng)的數(shù)量，這會極大增加冷卻系統(tǒng)的建造成本和操作維護成本。

7 結論

為提高復雜冷卻水系統(tǒng)的設計合理性，本文基于某大型鋪管船，從設備選型、動力定位、設備功能及布置位置等4 方面對冷卻水用戶進行了分類分析，并探討了冷卻水系統(tǒng)的設計要點，希望能對后續(xù)類似項目的冷卻水系統(tǒng)設計有所啟發(fā)。