下一代穿梭油船需要先進(jìn)動力定位

2012-01-04 08:45:31
來源：國際船舶網(wǎng) 編輯：國際船舶網(wǎng) 我有話要說

穿梭油船是液貨船市場中的亮點(diǎn)。最近交付的船舶反映出了應(yīng)對一些強(qiáng)有力需求的創(chuàng)新性解決方案，特別是船位保持。

Teekay公司10.9萬dwt的Amundsen級DP2穿梭油船在持續(xù)的海上裝貨物流方面樹立了新的標(biāo)桿。這個系列有“Amundsen Spirit”號、“Nansen Spirit”號、“Peary Spirit”號和“Scott Spirit”號4艘船。最后l艘今年下半年由三星重工交船。

對這些船舶，最重要的是要在北海具備卓越的定位能力。為此，采用了3臺大型可伸縮Rolls-Royce推力器，輸出功率為2200kW，還有1臺固定的隧道推力器，使得這種功率強(qiáng)大的船舶能進(jìn)行先進(jìn)的動力定位操作。為了提高操縱性，采用2只6.2m直徑的可調(diào)螺距主螺旋槳，并配合用大升力的先令舵。

這些船舶通常離FPSO 70m或80m。FPSO可以是傳統(tǒng)型的，或者是Sevan Marine等公司首先推出的新型圓形FPSO，所以保持距離非常重要。最重要的考慮是保持船首迎風(fēng)，控制好船首方向。通過采用帶變頻器的固定螺距推力器，以及選用有電子控制的MAN 6S50MC-C型主發(fā)動機(jī)，Teekay公司推出了新型的動力定位操作模式低載荷cco-DP。這種新型的操作模式能降低燃料消耗和減少排放。在良好的天氣條件（3.5級以下海情）下，主發(fā)動機(jī)（主縱向推力）處于空載狀態(tài)，只消耗很少一點(diǎn)燃料，用方位推力器使船保持船位。如果天氣條件惡化，主機(jī)在幾秒鐘之內(nèi)就從空載狀態(tài)切換到正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

Statoil公司租用了這4艘船中的3艘，要求增大壓載水的裝載量，以應(yīng)對惡劣的運(yùn)營環(huán)境。更多的壓載水意味著在開始海上裝載的時候船舶吃水較深，這樣，專用的隧道推力器不會發(fā)生空氣吸入現(xiàn)象。

船上也安裝有壓載水管理系統(tǒng)，船舶在運(yùn)輸過程中可以進(jìn)行壓載水的交換。貨油泵、壓載水泵和惰性氣體系統(tǒng)都由Hamworthy公司供貨。

從環(huán)境保護(hù)的方面來看，2臺MAN 6S50ME-C型主發(fā)動機(jī)和所有的發(fā)電機(jī)組都滿足Tier II要求，以適應(yīng)2012年l月生效的法規(guī)。Aalborg供應(yīng)的熱油加熱器滿足加溫的需要。

為了降低揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）的排放，Amundsen級穿梭油船裝備了KVOC和CVOC系統(tǒng)。KVOC是挪威Knutsen Shipping公司的專利技術(shù)，其性能在北海得到了證明，它能在裝載過程中減少VOC的汽化。原油流經(jīng)前甲板上的艏裝載系統(tǒng)到達(dá)第4貨艙，在通過KVOC系統(tǒng)后流下到貨艙內(nèi)。

KVOC的原理是減小管道內(nèi)流動的原油在掉入空貨油艙時發(fā)生的壓力突降。這個原理與啤酒倒入玻璃杯時的情況類似：如果玻璃杯斜放，出現(xiàn)的泡沫要比玻璃杯直放的時候少得多。

貨油艙也設(shè)計(jì)有較高的艙壓，以減小VOC的汽化速率。船舶在運(yùn)輸過程中的貨艙內(nèi)通風(fēng)是封閉的。汽化的VOC注入到貨油艙的底部，那里壓力最高，VOC再度被原油吸收。

緊湊的蒸汽回收系統(tǒng)CVOC系統(tǒng)在船舶運(yùn)輸過程中減少VOC排放。GBA Marine公司這種有專利的圈狀吸收器裝置在船舶航行過程中把貨艙頂部的氣體回收，把它與貨油混合，由貨油吸收。CVOC系統(tǒng)是一種簡單的循環(huán)泵系統(tǒng)，汽化出來的VOC氣體被泵進(jìn)一個封閉的環(huán)路，再注入到原油中，而老式的油船是把它通到大氣里。

穿梭油船領(lǐng)域里另一個重要的榜樣是70000dwt的“Mikhail Ulyanov”號。2010年2月，Admiralty船廠把這艘船交付給Sovcomflot公司，它已經(jīng)運(yùn)營了18個月。它是2艘姊妹船中的第1艘，設(shè)計(jì)在最嚴(yán)酷的環(huán)境下運(yùn)營：從Pechora海的Prirazlomnoye油田穿梭運(yùn)輸原油到系泊在Murmansk外海面上的浮式儲存卸載設(shè)施。

在隆冬季節(jié)，那里會有l(wèi).2米多厚的冰層。全年運(yùn)營不停，一年中平均有冰日為213天，氣溫可以降到-46℃。這個油田預(yù)計(jì)能生產(chǎn)22年。

開始的時候想用阿芙拉型船，但是最后選用了較小的船型，因?yàn)榭紤]到了平臺位置水深較淺時的吃水和尾部裝載的效果，那里有抗冰平臺的支撐梁嵌入的危險(xiǎn)。結(jié)果是，這艘獨(dú)特的船吃水減小到不到14米，采用艏裝載系統(tǒng)。

“Mikhail Ulyanov”號總長257m，寬34.0m，深2l.6m。總貨艙艙容為87029m3，獨(dú)立的壓載水艙35200m3。貨艙配備10臺Marflex電動深井泵，污水艙用2臺電動深井泵。

船上的艏裝載系統(tǒng)是為Prirazlomnoye平臺的原油直接卸載裝置專門定制的。Maritime Pusnes公司的這套系統(tǒng)裝載速度為每小時10000立方米，它與需要用北海型艏裝載方式的所有其它海上裝載設(shè)施兼容。

這2艘 Prirazlomnoye油船的船體線型由Aker Arctic技術(shù)公司開發(fā)。它們基于雙向作用操作原理，能在正常氣候狀況的平均積冰條件下全年獨(dú)立航行，采用柴-電吊艙式推進(jìn)裝置。

正當(dāng)穿梭油船市場呈現(xiàn)繁榮景象的時候，一種后穿梭（post-shuttle）油船的方案正在開發(fā)之中。在挪威Haugesund的Aibel船廠建造的“HiLoad DP No 1”號是第l艘具有新一代海上裝載系統(tǒng)的船舶。通過一些先進(jìn)的技術(shù)，包括Remora公司有專利的HiLoad固定系統(tǒng)和Kongsberg Maritime公司的綜合自動化系統(tǒng)，這艘船能控制一艘自身不帶推力器或動力定位系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)油船的船位。

盡管外觀獨(dú)特，“HiLoad”號能依靠自身動力移位，所以能部署到任何油田。它能用來從FPSO上安全高效地把原油運(yùn)送到任何尺度和任何類型的油船上，有效替代穿梭油船。

“HiLoad”號的動力管理系統(tǒng)是Kongsberg Maritime公司的最大技術(shù)難題之一。因?yàn)椤癏iLoad”號有3臺推進(jìn)用發(fā)動機(jī)，每臺都帶1臺軸帶發(fā)電機(jī)。而且船上用大型壓載水泵，必須并聯(lián)運(yùn)行所有的軸帶發(fā)電機(jī)，才能確保電網(wǎng)內(nèi)有足夠的功率。發(fā)動機(jī)一端驅(qū)動可調(diào)螺距方位推力器，另一端是發(fā)電機(jī)，二者組合在一起，這樣使得負(fù)載分配極其困難。為了應(yīng)付這一難題，Kongsberg Maritime公司的工程師修改了他們的軟件。

Kongsberg Maritime公司負(fù)責(zé)綜合控制系統(tǒng)的工程師Magne Kleven解釋說：“通常我們的動力管理系統(tǒng)設(shè)置是通過外部調(diào)速器，以補(bǔ)償下降模式控制標(biāo)準(zhǔn)柴油發(fā)電機(jī)。用數(shù)字式轉(zhuǎn)速漲落脈沖實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，其圍相當(dāng)窄，例如58-62Hz。

“而‘HiLoad’號裝備了共軌型推進(jìn)發(fā)動機(jī)，轉(zhuǎn)速控制信號的范圍是650-1944r/min。因?yàn)橥屏ζ鞅仨氃诳蛰d狀態(tài)下也連接，所以動力管理系統(tǒng)不得不在全部轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)控制。現(xiàn)在不用外部調(diào)速器來控制轉(zhuǎn)速，在動力管理系統(tǒng)與每l臺卡特彼勒發(fā)動機(jī)之間實(shí)現(xiàn)直接的控制信號連接。由于推力器螺距的快速改變會引起轉(zhuǎn)速的變化，影響到了負(fù)載分配。正常情況下，2臺或2臺以上發(fā)電機(jī)間分配負(fù)載的時候，控制死區(qū)為負(fù)載的 l％-2％是可以接受的。

“‘HiLoad’號的電力負(fù)荷相比于它的發(fā)動機(jī)的尺度非常低，負(fù)載分配更加困難。最后，我們設(shè)法讓軸帶發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，在電網(wǎng)中占總功率僅為50-100kW。現(xiàn)在采用共軌發(fā)動機(jī)燃油噴射技術(shù)的地方，所有的新項(xiàng)目都能用Kongsberg Maritime公司的直接模擬式轉(zhuǎn)速控制。”

K-Chief公司的船用自動化設(shè)備監(jiān)控壓載水、動力管理系統(tǒng)和推力器控制，以及機(jī)械設(shè)備和艙底水系統(tǒng)。從許多方面來看，它都是一個大型的網(wǎng)絡(luò)：有大約2500個輸入/輸出信號，現(xiàn)場測量點(diǎn)遍布全船，互相連接，通過一個有冗余度的網(wǎng)絡(luò)連接到駕駛室的操作站。

“HiLoad”號單獨(dú)在海上和它連接到油船，在FPSO旁裝載原油的時候，一套K-Pos動力定位系統(tǒng)控制它的船位。因?yàn)檫@種應(yīng)用是全新的，Remora公司和Kongsberg Maritime公司已經(jīng)為DP系統(tǒng)開發(fā)出了一批獨(dú)特的操作進(jìn)程。

2011年l月是這項(xiàng)概念開發(fā)中的一個里程碑，“HiLoad DP No 1”號完成了實(shí)際油田應(yīng)用之前的最后一次海試。有10多家石油公司，代表了全世界石油生產(chǎn)商的大多數(shù)，觀察了海試。據(jù)報(bào)道，大家都表示對這種系統(tǒng)感興趣。（作者：Edwin Lampert）

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