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半潜船结构布置特点(Z.2014.6)

新闻来源:中国船检    浏览量:374 李攀 2017-11-13
        半潜船是一种专门从事运输大型设备,如各种海上平台、大型舰船、吊机、潜艇等超大型设施的特种工程船舶。半潜船通常没有传统的货舱,它和自航甲板运输船不同的是其船体主要由几十个压载水舱组成,除了利用独特的沉浮方式外,半潜船还能借助码头设施或浮吊,用滚装、滑装、吊装等多种方式装运货物,作业方式灵活多样。
        相较于传统海运,半潜船运输属于特种运输中的高端市场,盈利能力较强,因此半潜船市场的竞争也愈发激烈。未来半潜船的发展也会随着市场竞争,出现不同的结构布置特征。本文就近几年来新建造的半潜船的结构布置特点进行介绍与分析,希望能为后继船舶的设计提供参考。
        结构形式及材料
        目前全球范围内尚在营运的第一代半潜船大多是由其他船型改装而来,改建而来的半潜船保留有原船型的大部分结构,改建后具有较低的平直甲板和较高的艏艉楼结构,在航行工况及下潜工况下,船体梁要承受很大的中拱弯矩,受到原船结构尺寸及布置的限制,这类船舶下潜深度不大,对所载货物的尺寸也有较严格的要求。
        第二代半潜船在第一代船型的基础上进行了优化设计,生活区和上层建筑一般布置在艏楼,具有较大的开敞式平直甲板、尾部设置移动或固定式浮箱,一般具有先进的电力推进,配置DP动力定位系统。第二代半潜船B/D(型宽/ 型深)比较大,不利于船体梁总纵强度,因此主船体结构一般采用纵骨架式,为减轻整船的自重、提高船体结构强度,主要结构材料大多采用高强度钢。承载货物的举升甲板板上经常要装卸焊接件,一般选用普通低碳钢,有时会在规范要求的基础上加厚,并且有些船会对该甲板选用Z向普通钢制作,但目前为止,所有船级社规范并没有规定半潜船举升甲板板一定要用Z向钢制作。荷兰DOCKWISE公司旗下“BLUE MARLIN”,中远航运所属的“泰安口”、“祥云口”,荷兰FAIRSTAR公司旗下“FORTE轮”等是第二代半潜船的典型代表。
        总体布置
        上层建筑。目前,第二代半潜船的上层建筑包括生活区全部设置在艏楼,其优点是装载超高超大货物时,驾驶室前方视线不会受到货物影响,艏楼后方的开敞式甲板有利于装卸货物的操作。但此种布置的最大不足之处是不能装载超长货物。随着海上平台尺寸的增大,更大载重能力的半潜船也随之出现,例如2013年2月建造完工的“Dockwise Vanguard”轮是目前世界上最大的半潜船,总长275米,型宽70米,型深15.5米,载重110000吨,无艏楼、艉楼,上层建筑设置在舷侧,具有4个可移动式浮箱,可以运输超过船长的货物,因此可以更好的满足日益增长的特种货物海运需求。
        这种具有超宽、超长的全通甲板、无艏楼、尾楼的结构布置,预示着新一代的半潜船设计方向。
        可移动式浮箱。浮箱,在半潜船下潜作业时提供额外浮力以及安全储备,目前绝大多数第二代半潜船的主甲板尾部设置了浮箱。
        可移动式浮箱采用焊接或螺栓与主甲板连接,当需要移动浮箱时,需要通过滑移装置将浮箱移动到其他位置或吊离。而固定式浮箱作为船体结构的一部分,不可移动。
        相比固定式浮箱,设置可移动式浮箱在载运海洋平台等特殊货物时,具有载货操作方便的优势,因而具有更强的市场竞争能力。为提高装卸效率、保护浮箱结构安全,一些半潜船在甲板的特定区域设置了浮箱存放位置。通过焊接形式与主甲板连接的浮箱多次移动后,其基座处的甲板结构被反复切割、焊接,容易引起应力集中,影响结构强度,也逐渐被螺栓连接的形式所取代。
        空气管布置。为保证足够的浮力以及满足破舱稳性的要求,半潜船设置了大量的压载舱,但所有压载舱的透气管由于受甲板布置的限制,不可能像普通船舶一样独立的从甲板上升出,在达到半潜船最大的设计下潜深度后,透气管必须留有一定的安全高度才能满足安全的要求。如此一来,透气管只能在上层建筑某一位置上才能向上升出,因此,主甲板以下会有密集的空气管穿越水密舱壁。这就造成两个方面的问题,一是结构强度问题,尤其是穿越横向结构如舱壁、强横梁等,会对结构和密性有很大影响。所以在设计建造时应对开孔结构进行补强、优化空气管的排列。二是对破舱稳性的影响,由于空气管上不可能装设阀门,假如个别压载水舱破损后,有可能会通过破损的管系造成其他压载水舱进水,因此有必要考虑将压载管系集中到一个相对安全的处所进行保护,例如在主甲板下方设置管弄,可相对减少破损进水的机会。
        生活舱室布置。随着半潜船技术的发展,半潜船市场竞争的加剧,导致半潜船的主要租方——海洋平台经营商对半潜船的要求越来越高,除了船舶承载能力和操作性能,半潜船携带平台技术人员的数量也被当作赢得合同的一个重要因素。
        2006年荷兰“BLACK MARLIN”号半潜船一次性运输3个自升式钻井平台,携带平台技术人员多达127人,中远航运“祥云口”2012年装载自升式钻井平台由新加坡运往安哥拉,除船员以外尚有随船人员40人。
        根据规定,配员和乘员最高人数不得超过相关设施(包括消防救生、生活污水处理、生活舱室等)的限制。如果要突破这一限制,则需要增加相关设施以满足SOLAS、MARPOL、MLC2006等公约的要求;同时包括人员的安置、货物的系固等需要通过船级社的评估和检查后才能获得同意,但因为半潜船的货运多为一次性任务,每个航次的货运都有所区别,每一个航次必须的评估和检查,给船公司增加了很大的成本。一些船公司为满足客户的要求,甚至对船舶进行了改装——增加临时的生活舱室和救生设备等设施,以获准允许增加船舶配员。
        未来半潜船在设计时可考虑尽可能多的布置生活舱室,对于那些非额定船员使用的生活舱室可适当降低标准,并兼顾满足MLC2006公约的最低要求,同时根据船舶预计的配员来考虑救生设备的容量和生活污水处理能力。
        水密门布置。第二代半潜船一般具有先进的电力推进系统,DP动态定位系统,高精度的传感系统,智能化的控制系统以及强大的压载系统,尽管有这些先进和昂贵的设备用来保证船舶和货物的安全,但是半潜船装卸仍然是世界上最危险的海运任务,由于半潜船主要运输超重超高超大的大型设施,重心高,稳性差,易受风浪影响,稍有不慎就会造成船毁人亡的严重事故。1999年“Mighty Servant 2”号半潜船在印尼海域触礁沉没,5名船员遇难。2006年装载着钻井平台“Aleutian Key”号的“Mighty Servant 3”号在安哥拉Luanda港水域作业时意外沉没。令业界震惊的是事故发生时海面风平浪静,且从事故发生到半潜船沉没仅30分钟。
        为最大限度确保船舶安全,防止船舶在破损进水后失去动力,在船舶动力设备的设计布置上,第二代半潜船一般采用独立冗余推进的要求进行设计,将机舱设置为两个独立的舱室,当一个机舱受损失去动力时另一个机舱仍然可以继续工作维持船舶最基本的推进动力。船上机器处所如机舱、推进电机舱、舵机舱等的进入通道必须设置在艏楼内部,在甲板以下,这些处所围壁或通道上应设置水密门,根据SOLAS公约的要求,这些水密门必须设置为滑移式,其设计压头应按照下潜的深度来考虑,能从驾驶室遥控关闭,也可以从舱壁每侧就地操纵。在控制位置应装设显示门是开启关闭的指示器,并且在门关闭时发出听觉报警。在主动力失灵时,动力、控制和指示器应能工作。如在上层建造围壁上,最大沉深水线以下设置水密门,则该门应是动力滑移式水密门,并应设置第2 道其他形式的动力水密门,在2道水密门之间应配备渗漏水监测装置以及相应的排水设施。
        桅灯。由于半潜船的构造特点,半潜船前后桅灯的布置不能满足避碰规则的规定(其水平间距不得小于船只长度的一半,但无须大于100米。前桅灯与船首之间的距离,须不大于船只长度的1/4)。应向船舶主管机关申请免除该条款的要求。如果半潜船的上层建造采用不对称的设计,例如未设置艏楼的半潜船,其舷灯的设置情况也应申请免除或放宽要求。
        栏杆。根据《国际载重线公约》第25条人员保护的要求,露天甲板上应设置栏杆或舷墙,且栏杆或舷墙的高度应至少离甲板1 米,栏杆的最低一档以下的开口,应不超过230毫米,其他各档的间隙应不超过380毫米。由于半潜船装运货物的需要,栏杆一般采用移动式或铰链式栏杆,且移动式或铰链式撑柱应能锁定在直立位置。栏杆横档可以采用钢索,钢索应在适当长度位置采用锁紧装置将钢索锁紧,否则无法满足230毫米及380毫米的要求。
        附加救生筏。SOLAS公约规定对于从船端至最靠近的救生艇的水平距离超过100米的货船,应配备附加救生筏,该救生筏容量通常为6人。对于设置了尾艉浮箱的半潜船,如果浮箱上的救生筏无法易于从一舷移至另一舷,应在每个艉浮箱顶部各配备一只6人救生筏,在主甲板适当位置也应当配备一支6人筏。
        规范的适用性
        半潜船作为一种新颖的船型,至今没有像常规货船一样具有成熟完整的规范作为设计依据,由于其主尺度比、性能标准、结构形式、设备布置等方面与常规货船相比有明显差异,很多适用于货船的标准和规定并不适用于半潜船。例如完整稳性衡准、避碰规则关于桅灯水平距离等。国内目前已出版的涉及半潜船的法规分别对半潜船在航行状态和半潜作业状态下的稳性衡准做了规定,其中法规还就半潜作业状态下的储备浮力、密性要求、水线标志等做出了具体规定。
        需要说明的是,各大船级社对半潜船的规定要求并不一致,例如在局部强度要求方面相差颇大,考虑到船舶的安全性,在设计时应兼顾考虑各大船级社的要求。
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