李仁科 黄 吉 许婉莹 袁金永

（中国船舶及海洋工程设计研究院 上海200011）

引 言

为满足不可分割的大型货物的运输需求，特种运输船舶——半潜船应运而生。本文研究的半潜船指的是在船舶装/卸过程中船舶的大部分可潜入水下，并且以正常吃水航行的一种特种船舶［1］。典型的半潜船如下页图1所示。

图1 半潜船

半潜船设有平坦的开敞露天甲板用以装载货物，一般不设专门的货舱［2］。对于甲板货物的装卸，其装卸方式除了一般的吊装与滚装外，还可采用滑装和浮装的方式。半潜船由于甲板面积广阔，一般会在甲板上安装滑轨，可利用液压顶推装置完成货品在甲板上的移位，这种装卸方式称为滑装。而浮装的装卸方式是半潜船特有的装卸方式，适用于可漂浮的货品。浮装前通过向压载舱注入压载水，使半潜船甲板潜没至水下指定深度，然后将漂浮的货品移动至半潜船潜没甲板上方的水面，而后排出半潜船压载舱内的压载水，使半潜船甲板抬升，进而托举起漂浮在其上方的货品，完成待运货品的装载；卸载货品的过程与上述过程相反。

浮装这种特殊的装卸方式特别适用于不可分割的可漂浮的超大型货品的运输。基于半潜船的这一运输特性，为了进一步突出这一特殊优势，半潜船正不断趋于大型化，以进一步满足超常规质量与超常规尺寸的巨型货品运输的市场需求。

由于在浮装过程中，半潜船甲板的下潜深度一般要大于待运货品的最大吃水深度，因而相较于其他类型船舶，半潜船在整个浮装过程中的吃水变化很大，这就直接造成在浮装过程中，半潜船需要压、排载更多的压载水以完成浮装作业。由于半潜船在浮装作业工况时对海况要求很高，所以可进行浮装作业的时间窗口有限，因此半潜船压载系统一般都具有很高的排量。为保证运输大型不规则货品时船体的稳性，半潜船一般尽可能多地设置压载水舱，对于大型半潜船，在其主甲板下一般对称分布着80～90个压载舱。基于以上这些原因，半潜船压载系统的设计远比其他类型船舶复杂，是半潜船系统设计的核心技术之一。

为了避免在压载和排载过程中，由于压载水的灌注和抽吸造成压载舱超压和负压，需要相应为各个压载舱配备透气的空气管［3］。由于半潜船主要通过平坦开阔的甲板面载货，且载货甲板在浮装作业过程中会下潜至水下，因此半潜船的透气管一般不能直接引出至上甲板，而应集中至始终高于水线的上层建筑部分引出。此外，由于大型半潜船压载舱众多，这些因素都造成与压载系统对应的半潜船透气系统也远比其他类型船舶复杂，因此透气系统的设计也是半潜船设计的核心技术之一。

本文以某80000载重吨半潜船的压载和透气系统为研究对象，分析该类型半潜船压载与透气系统的设计要点。［4-6］

1 压载、排载系统的设计

本船采用四岛式船型，在右舷靠近艏部设置固定式偏岛作为生活楼，其余三岛均为可移动式浮箱。半潜船效果图见图2，四岛式布置图见下页图3。

图2 半潜船效果图

图3 半潜船四岛式布置图

该半潜船主要技术参数如下：

本船共设约105个压载水舱，压载水总量约17000 000 m3，采用大排量压载泵进行压载/排载。本船压载水舱分为前后10个舱段，上下3层分布，中间层的压载舱的容积较大，顶层和底层压载舱的容积较小。该半潜船的压载水舱的布置如图4所示。

图4 半潜船压载水舱布置图

压载系统需具备1.5 h调整船舶1 m吃水的能力要求，同时，压载系统考虑冗余安全设计，据此计算本船压载系统的排载能力要到达2000 000 m3/h。综合分析本船的实际情况，本船共配备8台压载水泵，分别布置在艏艉2个泵舱，每台排量大约为205000 m3/h。压载泵需要满足在不同吃水条件下对各个舱的压排载，在最大下潜工况下，底层舱的排载需要克服3.08 bar（308 kPa）的静压，在最小吃水工况下，将浮箱注满压载水需要克服3.050 bar（305 kPa）的静压，通过计算压载管路的阻力，同时保证压载水一定的动压，本船压载水泵的压头取为3.70 bar（370 kPa）。全船设4根压载水总管，每根压载总管对应2台压载泵。每个压载舱设2根支管分别接至同一舷侧的2根总管。总管考虑满足2台压载泵的排量，管径为DN900。每根压载总管在船舯设1个隔离阀。

每个中层压载舱考虑冗余，设有2根压排载支管（内径482.60 mm）及吸口，分别接至同一舷侧的2根总管，2根支管上遥控阀门设控制连锁，仅可经其中1根支管压排载。每个底层、顶层压载舱考虑冗余，设有2根压排载支管（内径2920 mm）及吸口，分别接至同一舷侧的2根总管。2根支管上遥控阀门设控制连锁，仅可经其中1根支管压排载。从2根总管各引1根压载支管接至浮箱，2根支管在主甲板下合并后通过软管与浮箱相连，用于浮箱压排载，浮箱透气管布置在浮箱顶。

图5 半潜船压载水系统原理图

2 压载透气系统的设计

本船采用边岛式船型，浮箱均为可移动的，压载舱透气管必须经过边岛与外界相通。因边岛与主船体连接空间有限，无法满足所有压载舱独立的透气管布置需求。因此本船压载舱透气系统分为2种形式：底层、中层压载舱为总管式透气系统，顶层舱压载为独立式透气系统。

2.1 底层、中层压载舱总管式透气系统

全船设2根透气总管（截面积约0.72 m2），中层及底层压载舱透气管经过安全区后汇至相应总管集中透气，艏艉各设2个压载水泄放舱。透气总管前后各设1根泄放管（内径584.60 mm）接至压载泄放舱，用于排除总管内积水，泄放管路上设遥控蝶阀。

透气管口径选取原则：每个中层压载舱设2根透气管（内径584.60 mm），每根透气管均满足规范的要求，大于注入管（内径482.60 mm）截面积的1.25倍。每个底层舱设2个透气口，出舱后合并成1根透气管（内径330.20 mm），引至全船透气总管。底层舱透气管（内径330.20 mm）截面积满足规范要求，大于注入管（内径2920 mm）截面积的1.25倍。透气总管截面积（0.720 m2）约为最大透气支管（内径584.60 mm）截面积之和的2.5倍，满足规范的要求——大于任意2根支管截面积之和。

每根透气总管首尾各设1根泄放管（内径584.60 mm），用以泄放总管内压载水。泄放管规格按溢流管规格进行配置，一般要求每个动力注入舱柜溢流管的有效截面积应不小于该舱柜注入管有效截面积的1.25倍。现有配置大约对应4个中层压载舱（或约12个底层舱），即基本可满足4个中层压载舱或12个底层舱同时溢流。

2.2 顶层舱压载独立式透气系统

顶层压载舱设置独立的透气管（内径330.20 mm），经过安全区后引至艏部边岛开敞甲板。压载透气管的布置需满足船舶破舱稳性要求。透气管末端设泄放管路，排除透气管内积水，泄放管路上设置遥控阀。

压载透气系统管路配置汇总列表见表1。

表1 压载透气系统管路配置汇总表

3 空气总管的安全性设计

基于上述方案，中下层压载舱的透气支管都接到总管上，并且各个透气管上不设置阀门，在不采取任何措施的情况下，当超过一定的纵倾或横倾时，可能会导致某个舱的水溢出到总管，进而导致其他舱的累计进水，对浮态产生影响。

为此，本船在中下层压载舱透气系统的设计上采取了以下应对措施：

（1）通过透气管出舱位置的合理设置来尽量提高溢流点的高度；

（2）对于透气管的横向走向采用必要的回绕来避免横倾下压载水的溢出；

（3）总管直通压载水泄放舱，使总管中溢出的水能够及时排掉，避免聚集导致回流到压载舱。

3.1 确定性破舱条件下透气管的溢流情况

本船确定性破舱指的是2个相邻舱段同时破损的工况，对于本船不同位置的两舱破损组合，产生的最大横倾为6.75°，最大的纵倾角度为1.38°。

底层和中层压载舱的透气支管均是从舱室顶部引到顶层舱再接入总管，中层舱的最高液位距离透气管更近。在超过一定横倾或纵倾时，相对于底层舱会更容易出现压载水的溢流，因此这里主要分析中层舱的溢流情况：

（1）对于横倾情况，中层中列压载舱的透气支管出舱后，绕同侧舷边后再接入总管，中层边舱压载舱透气支管通过最高点引出。通过下页图6和图7可以看出：在确定性破舱最大横倾6.75°情况下，溢水线低于透气管下沿，不会引起中层压载舱的溢流。

图6 中层边压载舱透气系统布置以及最大横倾溢流情况

（2）对于纵倾情况，本船透气管采用单个压载舱首尾布置，透气支管从压载舱顶部引出。由下页图8可见：在确定性破舱最大纵倾1.38°情况下，溢水线低于透气管下沿，也不会引起中层压载舱的溢流。

图8 压载舱透气系统布置侧视图以及最大纵倾溢流情况

（3）同时在最大横倾、纵倾情况下，透气管溢流最低点对应水平面依然高于压载舱的最高点。因此，在本船确定性破舱引起的最大横倾和纵倾角度下，本船中下层压载舱不会出现溢流，不会对确定性破损稳性计算造成影响。

3.2 透气总管的安全性分析总结

本文基于本船船型的特殊性，中下层压载舱透气系统采用“总管+支管”的方案，为减少空气管堵塞或故障风险，支管与总管之间不设阀门。为了避免中下层压载舱在超过一定船舶横倾和纵倾角度时出现溢水，结合船体内甲板倾斜设计，对透气支管的出舱位置进行了特殊考虑，尽量提高透气管溢流口高度，可保证本船大倾角横倾以及严重纵倾时不出现溢流。在确定性破舱的不同破舱组合所造成的最严重横倾和纵倾情况下，本船中下层舱均不会出现溢流，也不会造成破损后平衡位置纵倾及横倾的加剧，对确定性破舱不会产生不利影响。

因此，本船在一般营运以及确定破舱产生的最大横倾和纵倾情况下，采用中下层压载舱“支管+总管”的透气方案，不会出现压载舱的溢流，也不会造成其他舱的累计进水。

4 结 语

本文以某80000载重吨半潜船压载透气系统为研究对象，针对半潜船浮装工况要求，结合本船自身特点，对其压载系统进行了设计；在此基础上，对其透气系统也开展了设计。根据本船的船型特点，采用总管式透气系统与独立式透气系统相结合的透气方式，提出了避免透气总管系统造成相关舱室累计进水的具体措施，分析研究了在确定破舱条件下的透气总管安全性。希望该文能对同类型半潜船压载透气系统的设计研究起到一定的参考作用。