黄 吉 于再红

（中国船舶及海洋工程设计研究院 上海200011）

引 言

据美国地质勘探局（USGS）2008年的评估报告，北极地区拥有待发现石油技术可采储量900亿桶，天然气技术可采储量超过47万亿立方米，占全球未探明石油储量的13%和未开采天然气储量的30% ，此外还有440亿桶天然气液态产物。［1］北极因其巨大的油气勘探开发潜力已成为国际大油公司积极探索的领域，壳牌、埃克森美孚、BP等石油巨头纷纷抢滩北上，争相进入北极。我国也在深海乃至极地油气资源勘探开采中加大投入，研究、开发、建造了一批深海钻井平台、钻井船等高端海洋工程装备。

作为目前国际上最先进的海洋石油钻井装置，深水钻井船的作用已不仅局限于北海、南海等区域，进军极地，为我国在极地资源开发开采中抢占先机与提供支持已成为其必然的历史使命。然而，极地水域气候恶劣、浮冰多、气温低，天气条件极其恶劣。寒冷天气可能降低船上一些设备的效能，有浮冰时还会对船体、推进系统和附体造成额外的负荷。［2］因此，船舶设计中需充分考虑这些因素的影响，对冷却水、海底门、推进系统等采取相应措施，保障船舶在极地区域正常航行。

海底门在船体中虽然仅占很小一部分，却是全船所有海水的源头，为船舶提供冷却、消防、冲洗等海水，保障船舶正常运行。鉴于其重要性，各大船级社均对冰区航行船的海底门设计建造提出具体要求。本文以某钻井船为例，对其冰区海底门设计和特点进行详细阐述。

1 规范要求

目前，IACS参考芬兰、瑞典冰级2010，设定相应的极地航行船舶入级符号，将极地航行船舶分为PC1～PC7共7个等级。对于常规冰区航行船舶，各大船级社均已设置相应入级符号和具体规范要求。表1为ABS、CCS船级社冰区海底门要求［3-4］，表2为DNV船级社、IACS极地航行船舶规范冰区海底门要求［5-6］。

表1 ABS、CCS船级社冰区海底门要求

表2 DNV船级社、IACS极地航行船舶规范冰区海底门要求

2 钻井船概况

某钻井船入ABS船级社，无限航区，需满足下述入级符号 ：A1 Drillship， Circle（ E），AMS，ACCU， POT，DPS-3，CDS， OHCM，HELIDK（ SRF），ENVIRO-OS+，GP， MLCACCOM，UWILD，CRC，NIBS，Ice Class C0， HAB（MODU）。

全船共设有6台主发电机组，布置在船上3个A60分隔的机舱，以满足DPS-3动力定位冗余要求。每台主发电机组功率为7 370 kW，柴油机功率7 680 kW。

船上布置有7台推进器，其中尾部3台全回转推进器，首部3台可伸缩推进器，1台首侧推。

主发电机组和推进器根据动力定位冗余分析，分为3个推进链。每个推进链的冷却水、燃油、滑油系统均独立，设备与管路布置在各分隔舱室内。

3 海底门容积

钻井船要求满足Ice Class C0冰区加强，可在0.6 m厚度一年稀疏冰海域独立航行，在PC5等级以上破冰船引导下，可进入1 m厚度以下一年密集冰海域航行。

ABS船级社C0冰区加强船舶要求至少有一个为冷却、消防系统供水的海底门需接一路冷却水排出管，冷却水排出管口径应与冷却总管保持一致，且冰区海底门需尽量布置在船中靠尾部区域。但是，ABS对C0冰区加强海底门具体设计要求较为笼统，未明确给出海底门容积和高度等设计依据。在设计时参考了CCS和DNV等船级社对类似冰区等级海底门的规定。

作为目前最先进的第七代钻井船，设计应不仅仅考虑满足规范的最低要求，还需为我国向极地区域进发，抢占极地油气资源

提供支持。因此，在实际设计时，海底门还结合IACS极地航行船舶（入级符号PC7）相关要求进行设计、预留。

DNV和CCS规定海底门容积应足够大，每750 kW发动机功率约配1 m3海底门容积。此发动机功率应包括船舶营运所必需的发动机功率。本船总共设有6台柴油发电机组，单台发电柴油机功率7 680 kW，冰区航行工况下，需开启4台主发电机组为全船供电。钻井作业工况下，需开启5台主发电机组。

规范常规要求冰区每个海底门容积设计应考虑全船所有发动机功率。本船为动力定位船舶，动力定位等级DPS-3。为满足DPS-3冗余设计要求，将船上6台主发电机组和推进器分为3个推进链。6台发电机组分别布置在3个由A60分隔的独立机舱内。全船另外设置3个泵舱，与3个机舱分别对应，每个泵舱内布置1套独立的中央冷却水系统（包括海底门、海水冷却泵、淡水冷却泵、中央冷却器等），服务于相应机舱内2台主发电机组及同一动力定位推进链设备。

本船结合DPS-3分组和现有舱室划分，每个泵舱均设置2个海底门，其中1个为冰区海底门，即本船设置3个冰区海底门，分别布置在3个独立的泵舱内，每个海底门容积考虑各泵舱对应的机舱内发电机组功率之和（2×7 680 kW），每个机舱内柴油发电机组和对应推进链设备的冷却水由对应泵舱内冰区海底门提供。

海底门容积最低要求：

（7 680×2）/ 750 = 20.48 m3。

实际选取：

尾泵舱（P）海底门布置于左舷Fr. 68～Fr. 72（见图1），容积约32 m3。

图1 尾部左右泵舱冰区海底门布置

尾泵舱（S）海底门布置于右舷Fr. 68～Fr. 72（见图1），容积约32 m3。

首泵舱海底门布置于左舷Fr. 224～Fr. 227（见图2），容积约55.6 m3。

图2 首部泵舱冰区海底门布置

4 海底门高度

ABS、CCS等船级社要求冰区海底门必须足够高，以防止浮冰进入泵吸口，但未对海底门和海水总管高度给出定量的规定。DNV船级社则对于海底门高度、海水总管位置均有具体要求，以保证海底门内浮冰漂浮在船体海水系统进口之上。

海底门高度h不得小于，VS即计算可得冰区海底门最小容积。海水总管位置不得高于海底门顶板以下h/ 3。由此，计算可知：

实际选取： 尾泵舱（P）&（S）海底门（见图3）高度约5.5 m，海水总管顶部距海底门顶板约1.7 m。

图3 尾泵舱冰区海底门

首泵舱海底门（见图4）高度约6.3 m，海水总管顶部距海底门顶板约1.8 m。

图4 首泵舱冰区海底门

5 海底门格栅

ABS对于C0冰区等级海底门格栅未作要求，DNV、CCS均要求冰区海底门格栅流通净面积不小于海水总管截面积的4倍。IACS则要求极地航行船舶冰区海底门格栅面积不小于海水总管截面积的5倍，本船海底门按IACS极地规范进行设计：

（1）尾部海水总管口径DN550

尾部海底门格栅最小净面积：

实际选用A450 CB/T615-95格栅4个，单个格栅流通面积比3.10。

（2）首部海水总管口径DN900

首部海底门格栅最小净面积：

A500 CB/T615-95格栅6个，单个格栅流通面积比3.03。

6 冷却水系统

IACS、ABS、CCS和DNV均要求船上冷却水系统排出管与海底门间设一根连接管，管子直径与冷却水排水管直径相同。

本船冷却水系统分为5个子系统：尾部左舷主推进冷却水系统，尾部右舷主推进冷却水系统，首部船中主推进冷却水系统，首部钻井冷却水系统，首部空调和日用冷却水系统。

冰区航行工况下，主要运行设备均按动力定位推进链划分为尾部左舷主推进冷却水系统，尾部右舷主推进冷却水系统，首部船中主推进冷却水系统三个系统。因此，分别从上述三个冷却系统排出管路接管至相应海底门，以消除海底门内浮冰。

7 其他要求

除上述要求外，本船冰区海底门根据IACS极地规范，加大海底门透气管口径至DN250，透气管路上设截止阀，直接与海底门顶板连接。海水进口阀根据IACS要求采用全流通型闸阀，直接与海底门短管法兰连接。

IACS规范要求极地航行冰区海底门设置人孔或可拆卸的格栅，人孔应位于最深载重水线以上，且冰水箱应设有从上部进入的通道。本船设置可拆格栅，并在海底门顶部预留上部空间。尾部海底门可局部延伸至主甲板（约1.4 m×1.4 m），首部海底门可利用上部空舱延伸至主甲板。人员可通过设置在主甲板的人孔盖进入海底门清理浮冰。

每个冰区海底门设一路蒸汽吹洗，对准海底门格栅，用于吹洗格栅上杂质、消融碎冰。

8 结 论

随着极地资源不断的勘探发现，极地概念必将日趋火爆。本船虽然最终未能获取极地航行符号，但在冰区海底门设计时已充分考虑了极地航行需求。另外，本船需满足DPS-3冗余要求，中央冷却系统相应分为三组。设计时，已不是简单地按常规设置一个冰区海底门，采用全船功率负荷来确定海底门的容积，而是结合本船DPS-3动力定位能力，配置3个冰区海底门，对应船上3个主推进冷却系统。在任意一个海底门失效的情况下，仍可依靠剩余2个泵舱内冰区海底门供水至对应的发电机组、推进器等设备，保证船舶正常航行。消防泵分别从不同的冰区海底门取水，不仅大大减小冰区海底门的容积和高度，避免无端浪费船上空间，同时也提高了系统冗余度，以保证全船航行安全。

［参考文献］

［1］吴刚.极地船舶技术最新动向［J］.中国船检，2015（3）：97-101.

［2］吴春平. IMO极地规则和未来极地船舶发展趋势分析［J］.造船技术，2014（2）：6-9.

［3］ABS. Rules For Building And Classing Steel Vessel［S］.2013.

［4］中国船级社.钢制海船入级规范［S］. 2014.

［5］DNV. Rules For Ships［S］. 2014.

［6］IACS. Requirements Concerning Polar Class［S］. 2016.