第19卷 第1期 中 国 水 运 Vol.19 No.1 2019年 1月 China Water Transport January 2019
引向器收稿日期：2018-11-28
作者简介：邓国辉（1978-），男，中船黄埔文冲船舶有限公司海工设计三部 高级工程师，主要从事总体设计工作。
邓国辉，张 磊，李丽平
（中船黄埔文冲船舶有限公司海工设计三部，广东 广州 511462）
摘 要：本文主要描述了中船黄埔文冲船舶有限公司建造的坐底式风电平台的深潜沉浮试验、大面积船底冲喷试验及大面积坐底试验方法。并对如何选取海域海床情况、怎样的海床地质满足试验要求、怎样的试验水深合适、大面积坐底前如何制定超压载计算和超压载调驳程序、大面积坐底后如何确定已经坐实坐牢、起浮前如何进行大面积破吸附力和如何抽除超压载及其抽排顺序这些研究要点进行了研究。 关键词：深潜沉浮试验；冲喷试验；坐底试验；试验步骤；准备工作 中图分类号：P742 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2019）01-0162-02
一、前言
传统风电平台都是采用站桩自升式，基本没有采用坐底式，坐底式风电平台在国内一片空白，坐底式风电平台具有简单的构造，投资较少，建造周期短等优点，将成为一种新型船型被市场广泛使用。我国海上风电产业处于高速发展期，与之相配套的施工装备数量缺口大、技术能力弱，因此该船具有广阔的市场前景。该船研制将大大提升我国海上风电及其他海上工程的施工作业能力。在我国及其他国家已有的建造坐底式的技术和经验的基础上，通过消化吸收，开发建造性价比优良的坐底式多功能风电工程船。
二、深潜沉浮试验过程分析
深潜沉浮试验一般的分为四个阶段：平台下潜→平台座底→起浮前船底冲喷→平台起浮，下面对每个阶段的试验前准备、试验步骤讲解分析。
1．沉浮与座底试验前准备
本船的下潜及坐底试验需在具备坐底条件下选择合适的试验水深进行。试验前要对试验海域海底情况进行扫描，以消除坐底区域的障碍物，建议本船的坐底作业适用于泥质粉沙或淤泥质地表承载力较低的平整的海床条件海域，试验水域要选择在海床平坦并且可迅速有效避风之处，确定地质条件适宜后
进行坐底试验。本次试验作业水深选取约15m。试验前要收听48h 天气预报，试验过程中要充分注意实时的气象和海况以及变化趋势。允许试验的最大风浪条件如下：风速：13.8m/s，有义波高：0.5m，波浪谱峰周期：4.0~8.0s，表面流速：2.0knots。
2．平台下潜试验
（1）平台下潜前的准确工作
1）试验区域条件满足要求后进行抛锚定位；
2）应对水密状态、拖曳设备、锚泊设备、救生消防设备、机电设备、倾斜测量设备、各系统进行安全检查；
洗手液机3）检查下壳体各压载水舱应急注排水管盲板法兰处于盲断状态。
4）下沉作业前除各压载水舱的通大气遥控阀一般处于开启状态外，其他遥控阀门都处于关闭状态。
5）对甲板上非固定的设施和器材进行绑扎加固； 6）应有足够功率的拖轮协助作业 （2）下潜试验的步骤
本船下潜共分为四个步骤进行，具体步骤及压载量见下：（可根据实际情况稍微调整压载）起始点时，航行及预压载至4.129m 平吃水，本船在运行至指定下潜位置后，预先压载主船体内指定压载舱，使得本船达到平吃水4.129m，并基本无纵倾、横倾。关闭各舱进水阀，进入待下潜状态。
第一步，从吃水4.129m 至1甲板没入水中前，即平均吃水为6.126m。关闭需要进水的压载水舱通大气的遥控阀，同时依次打开其通海阀和压缩空气支管阀，启动4台排压载空压机按预定程序对主船体内指定压载舱进行抽真空压载。采取均匀潜浮的方式，使得本船平浮过渡。
第二步，打压载至1甲板没入水中后均匀下潜，即吃水为7.151m。继续采取均匀潜浮的方式，对主船体指定压载舱进行加载，至1甲板刚开始入水至全部没入水中。此过程为下潜过程的第一个关键阶段，需调节进气量以控制进水速度，严密观察四角吃水及各水舱的水位显示值，使本船缓慢均匀下沉，并保证压载舱自由液面处于安全限界内。
第三步，从1甲板没入水中后至4只浮箱没入水中前，即吃水为14.36m；继续采取均匀潜浮的方式，对主船体指定压载舱进行加载，加载过程仍需缓慢。需调节进气量以控制进水速度，严密观察四角吃水及各水舱的水位显示值，使本船缓慢均匀下沉。
第四步，从4只浮箱没入水中后，即吃水为15.266m；继续采取均匀潜浮的方式，对主船体指定压载舱进行加载，加载过程仍需缓慢。当吃水从14.36m 增加到超过15.266m 时，4只浮箱顶逐渐全部没入水
中， 此过程为下潜过程的第二个关键阶段，需调节进气量以控制进水速度，严密观察 四角吃水及各水舱的水位显示值，使本船缓慢均匀下沉。
第1期 邓国辉等：座底式风电平台沉浮试验研究 163
当压载至吃水为15.26m 时，本次下潜试验结束。 （3）下潜试验的注意事项
1）下沉过程应时刻关注平台吃水及浮态变化，保持平台均匀下沉。
2）压载水舱通海阀保持关闭状态，不能开启该压载水舱的压缩空气支管阀。
3）当下沉至 1 甲板即将入水前（吃水~6m）时，为保证平台稳性，必须放缓下沉速度，具体可通过调节各需要进水的压载水舱的压缩空气注排支管遥控阀的开度进行控制。当出现较快的纵横倾角改变时，可先迅速关闭正在操作的所有压载舱的通海阀，防止倾斜至恶化效应扩大。
4）下沉过程中应保证下壳体内各舱水压头小于15m 的设计水压头。注意下壳体压载水舱内外液面差，一旦接近 15m 时，应确保下壳体压载水舱通海阀处于开启状态，空气管阀处于关闭状态（除No.8压载水舱（左、右）以外）。
5）通海阀未关，支管阀关闭，会导致压载舱继续进水。因此，当下沉深度接近15m 时，应根据实际情况适时关闭支管阀，以避免压载舱过量进水造成平台浮态失控。
6）下沉过程中应适当收紧锚索。
7）消防泵应能在所有阶段随时可用。
图1 下潜过程图 3．平台座底试验
当船底接触海底泥面后，继续对主船体指定压载舱进行超压载。缓慢加载，待达到预定的超压载水量后停止加载。
坐底工况限制条件：
坐底前，应对试验区域的海底地质情况进行勘察，评估地表承载力、平整度、海床坡度，清除地表障碍物。在坐底过程中应收听48h 天气预报并充分注意实时的气象和海况以及变化趋势，在确认满足条件时再进行坐底。
坐底作业环境条件：
水深（含入泥深度）：≤32m；风速≤36.0m/s（非起重）； 有义波高（水深30m 及以下，含入泥深度）≤3.0m；
有义波高（水深32m，含入泥深度）≤2.0m； 波浪谱峰周期4.0~8.0s，表面流速≤2.0knots； 入泥深度≤1m，海床坡度≤1.5/1,000； （1）平台座底试验的准备工作
1）下沉坐底前应探明作试验区域的水深、海床平整度、周围障碍物、地质资料等，预估入泥深度。
2）试验区域条件满足要求后进行抛锚定位。
3）应对水密状态、拖曳设备、锚泊设备、救生消防设备、机电设备、倾斜测量设备、各系统进行安全检查。
4）采取措施清除压载舱内的泥沙，舱内排气管、测深管应无断裂，固定应牢靠。
5）检查冲喷系统的泵、阀门、仪表、管线、接头等应完好，并各有合适的应急管线、接头和工具。
6）确认防海生物系统处于活跃状态，其他辅助系统操作正常。
7）预先开启排压载空压机冷却水撬块的淡水冷却泵及辅海水冷却系统。
8）开启排压载空压机室通风机。
9）中控室控制阀门遥控系统处于活跃状态。
10）对所有排压载空压机组包括（空压机冷却水系统）、遥控阀门在不同控制位置进行操作，保证所有排压载空压机组和阀门的操作正常；相应吃水和液位压力传感器的读数正确，包括在不同压载舱注水和排水过程中核实液位遥测的读数是否正常；各压力真空阀的启/闭压力调整正确。
11）检查下壳体各压载水舱应急注排水管盲板法兰处于盲断状态。
12）下沉作业前除各压载水舱的通大气遥控阀一般处于
开启状态外，其他遥控阀门都处于关闭状态。
13）对甲板上非固定的设施和器材进行绑扎加固。 14）确认立柱内的压载舱已排空以消除自由液面的影响，确保下沉全过程中存在的自由液面的舱数符合压载安全要求。
15）确保逃生通道的畅通。 （2）座底试验的步骤
当船底接触海底泥面后，继续对主船体指定压载舱进行超压载。缓慢加载，待达到预定的超压载水量后停止加载。在潮汐变化期间，根据吃水及测深仪的读数，按照预定超压载水量，及时对压载水舱进行注排水操作，以保证坐底稳定性的同时控制全船对地压力，防止船体过多下陷。
超压载程序的主要总体原则是先把下壳体区域的压载舱打满后再往立柱区域进行打水。在15.26m 的基础下往立柱区域进行加超压载，将其分为以下步骤进行：
步骤一，将保持水平继续坐底，总排水量达52,270.2t，（原总排水量为50,739.2）继续往舱内加超压载水。步骤二：将保持水平坐底，总排水量达53,442.2t，继续往舱内加超压载水，步骤三，将保持水平坐底，总排水量达55,668.7t，继续往舱内加超压载水，注意立柱开始加水。步骤四，将保持水平坐底，总排水量达57,662.4t，继续往舱内加超压载
164 中 国 水 运 第19卷 水。步骤五，将保持水平坐底，总排水量达59,294.7t，继续往舱内加超压载水。步骤六，将保持水平坐底，总排水量达60,003t，继续往舱内加超压载水。
待第六步加水完成，本次坐底试验结束，需要时刻监测潮汐的变化，时刻关注吃水变化和监测坐底情况。
（3）平台座底试验的注意事项
1）应选择合适的流向坐底，避免出现严重的掏空。 2）注意严密监控水流的变化，关注平台底部的冲刷，避免掏空面积大于平台底部面积的20%，否则应立即起伏。
3）坐底状态下允许的入泥深度应不超过1m。 4）坐底过程中，应定期观察平台周围水深、掏空情况、滑移情况、平台纵横倾、下沉现象以及定位锚状态，确保整个上述情况都在平台设计允许范围内。
5）本试验不启动吊机，起重机处于收藏位置。 6）涨落潮期间，应根据最小排水量曲线进行及时注排压载水，以保证坐底稳性的同时控制对地压力，放置平台过多下陷。
7）为防止坐底状态下污泥水被潜水泵吸入，当平台坐底后，应调整潜水泵的吸入口，使之从压载舱
内取水。
4．平台起浮试验
（1）平台起浮试验的准备工作
棉花液压打包机
1）起浮前，应探明平台周围的水深、入泥深度和障碍物。 2）应使起重机处于收藏位置，对甲板上非固定的设施和器材进行绑扎加固。
3）应消除立柱内多余舱室的自由液面。
4）起浮前应先对压载水舱通海口及舱内吸口进行压缩空气吹洗。
5）为了提高起浮速度，应先对集气管充满气。 6）冲喷系统准备就绪。
（2）平台起浮前的冲喷过程
图2 冲喷效果图
起浮前，对船底8个区域对称进行冲喷，消除淤泥对起浮的影响。冲喷过程需时刻观察船舶四角吃水情况，时刻保持平台稳定。
（3）平台起浮试验的步骤
1）初始阶段应适时对船底进行冲喷，逐渐消除淤泥对起浮的影响。中渔网
2）起浮作业程序按下沉作业的逆程序进行均匀上浮至预定吃水，上浮作业完成，所有压缩空气注排支管遥控阀关闭，然后关闭所有通海遥控阀，同时打开各压载水舱的通大气遥控阀，关闭排压载空压机。
3）待平台上浮至一定距离后适时调整潜水泵吸入口，以从舷外取水。
4）平台浮出水面后平吃水3.745m 结束，收锚，拖航移位。
（4）平台起浮试验的注意事项
1）平台起浮前，确认非固定设施绑扎固定牢靠，起重机处于收藏位置。
来电显示电话机
2）在压载舱内外压差不明确的前提下，如打开通海阀的话，其初始状态可能是进水，而不是希望的排水。
3）初始起浮阶段，应对船底逐渐冲喷并密切关注平台状态，控制排压载水速度不可过快，避免浮力持续加大吸附力突然消失影响起浮稳定性。
4）从平台开始上浮至1甲板露出水面的过程均应控制起浮速度，严密关注吃水和平台浮态，使平坦缓慢均匀上浮。当 1甲板完全露出水面以后，可以加快起浮速度。
三、结束语
本文以黄埔文冲建造的深潜式多功能风电坐底工程船试验过程为依托，将整个深潜沉浮试验过程进行了描述和分析，并根据海床数据制定大面积超压载计算和超压载调驳程序，掌握起浮前后大面积破吸附力和抽除超压载及其抽排顺序，并制定了沉浮前后的关键注意点和操作注意点，从而完全掌握其技术。对后续的坐底工程船有极大的借签意义，可以极大的节约后续同类型船的实验时间。
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