下一代穿梭油船需要先進動力定位
2012-01-04 08:45:31
來源：國際船舶網
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國際船舶網
我有話要說
穿梭油船是液貨船市場中的亮點。最近交付的船舶反映出了應對一些強有力需求的創新性解決方案，特別是船位保持。
Teekay公司10.9萬dwt的Amundsen級DP2穿梭油船在持續的海上裝貨物流方面樹立了新的標桿。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，使得這種功率強大的船舶能進行先進的動力定位操作。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，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型主發動機，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，主發動機（主縱向推力）處于空載狀態，只消耗很少一點燃料，用方位推力器使船保持船位。如果天氣條件惡化，主機在幾秒鐘之內就從空載狀態切換到正常運轉狀態。
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，以應對惡劣的運營環境。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生空氣吸入現象。
船上也安裝有壓載水管理系統，船舶在運輸過程中可以進行壓載水的交換。貨油泵、壓載水泵和惰性氣體系統都由Hamworthy公司供貨。
從環境保護的方面來看，2臺MAN 6S50ME-C型主發動機和所有的發電機組都滿足Tier II要求，以適應2012年l月生效的法規。Aalborg供應的熱油加熱器滿足加溫的需要。
為了降低揮發性有機化合物（VOC）的排放，Amundsen級穿梭油船裝備了KVOC和CVOC系統。KVOC是挪威Knutsen Shipping公司的專利技術，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。原油流經前甲板上的艏裝載系統到達第4貨艙，在通過KVOC系統后流下到貨艙內。
KVOC的原理是減小管道內流動的原油在掉入空貨油艙時發生的壓力突降。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，出現的泡沫要比玻璃杯直放的時候少得多。
貨油艙也設計有較高的艙壓，以減小VOC的汽化速率。船舶在運輸過程中的貨艙內通風是封閉的。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CVOC系統在船舶運輸過程中減少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系統是一種簡單的循環泵系統，汽化出來的VOC氣體被泵進一個封閉的環路，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，它已經運營了18個月。它是2艘姊妹船中的第1艘，設計在最嚴酷的環境下運營：從Pechora海的Prirazlomnoye油田穿梭運輸原油到系泊在Murmansk外海面上的浮式儲存卸載設施。
在隆冬季節，那里會有l.2米多厚的冰層。全年運營不停，一年中平均有冰日為213天，氣溫可以降到-46℃。這個油田預計能生產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，因為考慮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。結果是，這艘獨特的船吃水減小到不到14米，采用艏裝載系統。
“Mikhail Ulyanov”號總長257m，寬34.0m，深2l.6m�？傌浥撆撊轂�87029m3，獨立的壓載水艙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施兼容。
這2艘 Prirazlomnoye油船的船體線型由Aker Arctic技術公司開發。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立航行，采用柴-電吊艙式推進裝置。
正當穿梭油船市場呈現繁榮景象的時候，一種后穿梭（post-shuttle）油船的方案正在開發之中。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的船舶。通過一些先進的技術，包括Remora公司有專利的HiLoad固定系統和Kongsberg Maritime公司的綜合自動化系統，這艘船能控制一艘自身不帶推力器或動力定位系統的標準油船的船位。
盡管外觀獨特，“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”號的動力管理系統是Kongsberg Maritime公司的最大技術難題之一。因為“HiLoad”號有3臺推進用發動機，每臺都帶1臺軸帶發電機。而且船上用大型壓載水泵，必須并聯運行所有的軸帶發電機，才能確保電網內有足夠的功率。發動機一端驅動可調螺距方位推力器，另一端是發電機，二者組合在一起，這樣使得負載分配極其困難。為了應付這一難題，Kongsberg Maritime公司的工程師修改了他們的軟件。
Kongsberg Maritime公司負責綜合控制系統的工程師Magne Kleven解釋說：“通常我們的動力管理系統設置是通過外部調速器，以補償下降模式控制標準柴油發電機。用數字式轉速漲落脈沖實現轉速調節，其圍相當窄，例如58-62Hz。
“而‘HiLoad’號裝備了共軌型推進發動機，轉速控制信號的范圍是650-1944r/min。因為推力器必須在空載狀態下也連接，所以動力管理系統不得不在全部轉速范圍內實現控制�，F在不用外部調速器來控制轉速，在動力管理系統與每l臺卡特彼勒發動機之間實現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速的變化，影響到了負載分配。正常情況下，2臺或2臺以上發電機間分配負載的時候，控制死區為負載的 l％-2％是可以接受的。
“‘HiLoad’號的電力負荷相比于它的發動機的尺度非常低，負載分配更加困難。最后，我們設法讓軸帶發電機并聯運行，在電網中占總功率僅為50-100kW�，F在采用共軌發動機燃油噴射技術的地方，所有的新項目都能用Kongsberg Maritime公司的直接模擬式轉速控制�！�
K-Chief公司的船用自動化設備監控壓載水、動力管理系統和推力器控制，以及機械設備和艙底水系統。從許多方面來看，它都是一個大型的網絡：有大約2500個輸入/輸出信號，現場測量點遍布全船，互相連接，通過一個有冗余度的網絡連接到駕駛室的操作站。
“HiLoad”號單獨在海上和它連接到油船，在FPSO旁裝載原油的時候，一套K-Pos動力定位系統控制它的船位。因為這種應用是全新的，Remora公司和Kongsberg Maritime公司已經為DP系統開發出了一批獨特的操作進程。
2011年l月是這項概念開發中的一個里程碑，“HiLoad DP No 1”號完成了實際油田應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商的大多數，觀察了海試。據報道，大家都表示對這種系統感興趣。（作者：Edwin Lampert）
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