双体半潜式居住平台DPS-3动力定位系统设计和应用

福建省马尾造船股份有限公司技术中心 胡世江 畅家海

双体半潜式居住平台DPS-3动力定位系统设计和应用

福建省马尾造船股份有限公司技术中心 胡世江 畅家海

随着人们生活水平的提高，能源消耗日益增加，陆上资源已不能满足人们未来对于能源消耗的需求，丰富的海洋油气、矿产资源正成为各国争先开采的方向，并且不断向深海发展。由于深海环境比较恶劣，如何为工人提供安全舒适的生活和工作环境逐渐成为船东客户着重考虑的问题。马尾造船股份有限公司针对市场需求，参与设计并建造的国内首制双体半潜式居住平台，配备DPS-3动力定位系统，为平台作业提供居住和生活保障，大大提高了工人居住的舒适性和安全性。本文主要针对该船有关DPS-3动力定位系统的设计和应用进行论述。

双体半潜式居住平台 动力定位系统 DPS-3

随着海洋油田作业水深的增加，海工平台或船舶依靠传统的锚泊定位系统的造价和安装费用日益剧增，而且无法达到精确定位的效果。四点系泊系统由于水深增加也会导致造价和安装成本增加，同时考虑到四点系泊系统操作的复杂性，DP定位系统更能容易被船东和租家接受。相对于传统DPS-1、DPS-2的船舶，DPS-3的船舶安全性和稳定性也大大增加。

动力定位系统DPS（dynamic positioning system）是指使船舶在某种海况下保持定点位置不动或者艏向移动控制在允许偏差范围内的系统。影响船舶定位的因素主要有水流、风速、海浪及船舶自身推进能力等。动力定位系统通过各因素的传感器感知外界环境变化，并通过计算机处理给出各推进器需要执行的命令，从而达到维持船舶位置或艏向不变的目的。动力定位能适用各种水深的定位要求，定位成本随水深的增加变化不大。本文基于马尾造船股份有限公司（本文简称“我司”）参与设计并建造的双体半潜式居住平台，对DPS-3系统优化设计及应用进行介绍。

1 DPS-3动力定位系统

1.1 动力定位系统介绍

动力定位系统主要是通过位置参考系统、环境参考系统感知位置和环境信息，确定实时的数学模型。在确定定位位置或运动轨迹后，依据位置传感器及环境传感器感知的外部因素变化，通过数学模型计算给出各推进器指令，使各推进器产生相应的推力维持船舶的定位位置或设定的运行轨迹。动力定位系统的优点是：（1）系统调试完毕后，定位过程可由电脑自动完成，减少人员操作；（2）相对于锚泊定位，动力定位精度高，效率高；（3）机动性强，更安全。

动力定位系统由以下几个系统构成：（1）配电系统。包括发电机、配电板以及分电箱等，提供船上设备运作所需电力；（2）推进系统。包含推进器及其控制组件；（3）动力定位遥控系统。包含控制器、控制台、数据采集单元、位置参考系统、环境参考系统等。

1.2 动力系统的规范要求

各船级社对动力定位系统要求略有不同，因我司建造项目是入级ABS船级社，所以列举ABS船级社对动力定位系统的要求如表1所示。

表1 动力定位级别和ABS船级社描述

1.3 动力定位系统设备配置要求

动力定位系统的等级不同，所要求的设备配置和分隔的要求也不一样，表2列出了各定位等级对应的设备布置最低要求。

表2 动力定位系统的布置

依据表2，由于定位等级的不同，对于设备和布置的要求也不同，而DP-3动力系统的要求最高，即使是一个舱室失火或进水，依然能够保持船舶的原有位置和艏向，也就是说，DPS-3系统相对于DPS-2系统而言，除了考虑设备单点故障外，还要求舱室做到冗余，这对机舱布置、配电板间布置以及驾驶室布置等都提出了更高的要求，A60防火分隔布置也自然成为DPS-3船需要关注的重点。

2 “双体半潜式居住平台”动力定位系统的设备布置和配置

2.1 配电系统

双体半潜式居住平台配置8台柴油发电机组成，2800kW/台(见图1)，每2台主发电机及其辅助设备布置在一个机舱。本船由四个机舱组成，每个机舱之间采用A60防火分隔以保证机舱之间相互独立。每个机舱内为两台发电机组服务的燃油送泵、海水冷却泵均是相对其他三个机舱独立的设计，包括对应的管线和油舱。这样的布置用于保证在单个机舱失火或进水的时候对其他三个机舱不造成影响，使剩余动力依然保证船舶的定位能力。

图1 配电系统单线图

2.2 推进系统介绍

双体半潜式居住平台配置4台4500kW AZIPOD全回转推进器，分别位于船身的四个角落，每个推进器配备了独立的滑油系统、海水冷却系统、淡水冷却系统，每个推进器间配有两台独立的空调。由于每个推进器对应单一独立的推进器舱、机舱以及配电板间，因此本船在最大单点故障情况下，将允许失去一台推进器。

从图2可以看出，双体半潜式居住平台有左右两个筒体，每个筒体下有两个机舱，机舱及对应设备相互独立，单侧的两个机舱之间是A60舱壁，由A60水密移门连接，便于需要维护时人员出入。机舱编号方式：左艏部机舱是1号机舱；右艏部机舱是2号机舱；左艉部机舱是3号机舱；右艉部机舱是4号机舱。

每个机舱内发电机组的辅助系统（如燃油输送泵、海水冷却泵、淡水冷却泵）以及这些设备的供电系统相对于其它机舱都是独立的，单个机舱内的辅助系统发生故障时，不会影响其他机舱内的柴油机组正常运行。

图2 机舱布置图

从图3可以看出，双体半潜式居住平台配电板间的布置跟机舱布置类似，每个筒体下有两个配电板间，配电板间相互独立的对应单个机舱。配电板间的编号以及编号方式跟机舱对应，分别为：左艏部配电板间是1号配电板间；右艏部配电板间是2号配电板间；左艉部配电板间是3号配电板间；右艉部配电板间是4号配电板间。

每个配电板间提供其所对应的推进器、柴油机发电机组及其辅助设备所需动力。

图2、图3的布置是我司针对之前一艘DPS-3项目布置的改良，之前项目我们没有对左右机舱再进行分割，从而导致在失去单边机舱的同时失去两台推进器，降低了船舶抵抗恶劣环境的能力，在成本增加不多的情况下，通过这样的优化大大提高船舶的安全性和稳定性。

2.3 动力定位控制系统

本船动力定位系统按照船级社对DPS-3的要求，配备了两台DP控制系统——主DP定位系统以及备用DP定位系统，还有一套操纵杆系统（Cjoy系统）。其中主DP定位系统包括以下设备：2台控制站、1台舷侧操作终端、2台风速风向仪、2台颠簸传感器，2台电罗经，1台卫星定位系统，1台激光定位系统以及1台Hipap系统；备用DP定位系统包含以下设备：1台控制站、1台风速风向仪、1台颠簸传感器、1台电罗经以及1台卫星定位系统。主DP系统布置在主驾驶室，备用DP系统布置在应急驾驶室，主驾驶与应急驾驶室之间采用A60分隔。具体DP控制系统构成见图4。

图3 配电板间布置

图4 DP控制系统示意图

2.4 其他辅助系统设计

双体半潜式居住平台系统在设计方面根据FMEA分析要求，对以下辅助系统进行了分析和改善：（1）辅助设备的电力分配系统，包含230V供电系统以及24V供电系统和UPS；（2）考虑了重要舱室空调冷却系统的冗余；（3）考虑了推进遥控系统、监控报警系统以及DP动力系统的通信网络冗余；（4）考虑了燃油系统、滑油系统、冷却系统等使用上的冗余；（5）考虑了电缆铺设过程中可能造成的交叉，并对交叉部分相应的电缆进行A60电缆管保护；（6）依照DP Zone Plan细化了防火分隔图，以满足DPS-3对舱室冗余的要求；（7）安装了K-safe系统，该系统结合了F&G（Fire&Gas system）以及ESD(Emergency shut down system)功能，在区域失火的情况下，通过逻辑分析判断给出相应的命令，停滞对应区域的风机、关闭对应区域风闸等功能。

3 结语

双体半潜式居住平台是目前比较先进的辅助支持船，因其船体的双体设计使得其抗摇能力强，又配有DPS-3动力系统提供其稳定性，得到了船东和用户的一致好评，也为平台上的工作人员提供了稳定舒适的生活环境，被誉为“海上宾馆”。

DPS-3动力定位系统对设备布置和系统设计冗余度要求较高，需要在设计之初由第三方FMEA分析公司参与，对主要系统进行失效分析及故障讨论，避免在船舶建造过程中发生大量返工修改。目前DPS-3系统在国内还没有大量普及，有待更好的优化设计和进一步探讨。

[1] ABS Guide For Building and Classing Mobile Offshore Units, 2008.

[2] Dynamic Positioning System. DNV.

[3] CSS Complete Build Specification(双体半潜居住平台建造规格书).

[4] DP PLOT from Kongsberg.

[5] DP system KFDD and approval drawings from Kongsberg.

[6] Failure Modes and Effects Analysis of DPS-3 system from M3.

[7] 窦培林，袁洪涛，宋金扬，孔维文. 深水半潜式钻井平台DP3动力定位系统设计和应用[J]. 海洋工程，2010，28(4): 117-121.