DLV2000新一代鋪管船設(shè)計(jì)

劉方琦

隨著深海石油、天然氣油氣勘探和生產(chǎn)活動(dòng)的日益頻繁，對(duì)油氣運(yùn)輸用的海底管道的需求增長，新一代3000米水深S形鋪管法（S-lay）鋪管船有著廣闊的市場需求。

盡管淺海大陸架區(qū)域的勘探和開發(fā)仍然占據(jù)了大部分的海工市場，但深海工程項(xiàng)目也在快速發(fā)展著。統(tǒng)計(jì)顯示，2001年至2010年間深海工程的投資共5410億美元，到2020年間預(yù)計(jì)增長至1.24萬億美元。其中，巴西、西非和亞太地區(qū)的海洋油氣資源開發(fā)推動(dòng)了海工裝備需求增長，“S-lay”型鋪管船的需求也將隨之增長。“S-lay”型鋪管船可在多個(gè)工作點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行焊接，其工作效率得到顯著提升，可以鋪放更長的混凝土外殼的管道，如天然氣干線管道或較長的鏈接管道（tie-backs）。

在此需求下， 法國船東Technip投資了最先進(jìn)的“Global 1200”號(hào)和“Global 120”號(hào)。2014年2月，印度船東Saipem又接收了船廠交付的300米長“Castor-One”號(hào)超大型“S-lay”鋪管船，可用于在超深水及北極圈等極端環(huán)境條件下安裝36英寸和60英寸直徑的管道。美國的海洋工程公司McDermott也在擴(kuò)大他們的水下作業(yè)船隊(duì)，2012年12月投資4.5億美元向吉寶公司訂購了新一代“S-lay”型船，預(yù)計(jì)工期為27個(gè)月。他們認(rèn)為目前對(duì)這種船型的需求被低估了，并將其作為公司的深水及水下戰(zhàn)略的一部分。

據(jù)了解，該船由吉寶公司設(shè)計(jì)部門Marine Technology Development與McDermott公司合作開發(fā)，暫時(shí)命名為DLV2000。該船配有起重機(jī)，可用于鋪設(shè)45英寸和60英寸直徑的管道，最大作業(yè)水深為3000米，可在極端天氣環(huán)境下工作。MeDermott要求這艘船最小載重噸為17000噸，配有Kongsberg DP3動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)，推進(jìn)功率要達(dá)到24.5MW，最高航速14節(jié)，具有2200噸起重能力并且纜繩長度要能滿足3000米的工作水深，同時(shí)還要能容納400人工作和起居。

據(jù)吉寶的工程部經(jīng)理Au Yeong介紹，設(shè)計(jì)這款船型的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)就是要平衡船東對(duì)于起重和鋪管能力的要求及其對(duì)船舶耐波性的影響。該船共有十二個(gè)管道生產(chǎn)點(diǎn)，并要求每兩個(gè)焊接點(diǎn)之間的間距為12.2米，因此使得船長為184米。另外，在結(jié)構(gòu)上協(xié)調(diào)起重機(jī)柱、托管架鉸鏈、托管架系統(tǒng)和兩個(gè)主機(jī)推進(jìn)器基座的布置也同樣富有挑戰(zhàn)性。還需對(duì)船尾部30%船長的部分進(jìn)行3D有限元分析，以分析懸掛在船尾部的起重機(jī)和托管架的載荷，與此同時(shí)還應(yīng)考慮空船重量、浮性和液艙載荷。另外，遮蔽的導(dǎo)管單接頭及預(yù)制雙接頭生產(chǎn)點(diǎn)的布置，以及在兩個(gè)分開的機(jī)艙里布置的六臺(tái)發(fā)電機(jī)（為了滿足DP3要求），對(duì)概率破艙穩(wěn)性計(jì)算將產(chǎn)生不利的影響。

穩(wěn)性：為了同時(shí)滿足載重噸、穩(wěn)性和航速的要求，DLV2000的單體船殼需滿足和大型客船相同的概率破艙穩(wěn)性。在模型測試前，吉寶和荷蘭的Marin公司合作對(duì)船體進(jìn)行優(yōu)化，以滿足在吃水為7米時(shí)可以達(dá)到14節(jié)的設(shè)計(jì)航速，并利用Marin公司的RAPID軟件進(jìn)行計(jì)算流體力學(xué)（CFD）計(jì)算，以優(yōu)化船體的耐波性能。Au Yeong介紹說，“在艏部、舯部、艉部特別是沿船長方向的減波，以及對(duì)船體壓力分布的優(yōu)化獲得了成功。為了進(jìn)一步確認(rèn)概念設(shè)計(jì)，進(jìn)行了額外的速度、功率的計(jì)算”。

耐波性：吉寶的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和Marin一起研究了在鋪管操作中如何提高船舶的運(yùn)動(dòng)特性，并優(yōu)化設(shè)計(jì)了主動(dòng)減搖艙（ART）。利用Marin內(nèi)部的耐波性計(jì)算程序SHIPMO，分析兩個(gè)典型作業(yè)區(qū)域在沒有ART裝置、有三個(gè)ART裝置和有五個(gè)ART裝置時(shí)的表現(xiàn)，以驗(yàn)證ART疊放在艏樓后面甲板上時(shí)的效率。結(jié)果發(fā)現(xiàn)五個(gè)ART比三個(gè)能提供更好的鋪管操作性（所有測試點(diǎn)分布在艏部四分之一到艉部四分之一之間，并且以ART數(shù)量為限制標(biāo)準(zhǔn)）。

由于要容納400人，該船的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循SOLAS公約對(duì)大型客船的規(guī)范要求，也就是說對(duì)水密艙壁、結(jié)構(gòu)防火、內(nèi)部空間布置和系統(tǒng)冗余度有更高的要求。該船的設(shè)計(jì)同樣符合2010年生效的安全返港規(guī)則（Safe Return to Port）的要求，規(guī)則要求船舶本身就相當(dāng)于救生艇，要在發(fā)生不超過安全界限的起火和進(jìn)水情況下仍保持可操縱性。

動(dòng)力和自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備由ABB公司提供，合同價(jià)值1200萬美元，包括6臺(tái)5500kW發(fā)電機(jī)組、6.6kV環(huán)路結(jié)構(gòu)配電盤、變壓器、復(fù)頻器和遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)一共能提供33MW的電力，其用電裝置包括6個(gè)2200kW的下拉推力器和2個(gè)1250kW導(dǎo)管推力器的推進(jìn)系統(tǒng)。另外甲板上布置有2200噸的主起重機(jī)（額外250噸起重能力），安裝在右舷的有升沉補(bǔ)償?shù)恼郾鄣鹾瓦M(jìn)行3000米作業(yè)用的線纜，安裝在左舷的110t安全工作載荷的固定甲板起重機(jī)。管道生產(chǎn)和鋪放設(shè)備分布在4000m2甲板上的12個(gè)單接頭工作點(diǎn)和6個(gè)雙接頭工作點(diǎn)，包括3個(gè)165t的管道張力器和550t、275t的A&R絞車各一個(gè)。

2013年7月底，該船的所有關(guān)于主尺度系數(shù)、強(qiáng)度和穩(wěn)性測試、動(dòng)力、耐波性、動(dòng)態(tài)定位和柴電系統(tǒng)的工作都已經(jīng)完成，分段建造工作進(jìn)入準(zhǔn)備階段。然而，Au Yeong預(yù)計(jì)這艘復(fù)雜先進(jìn)的船舶在生產(chǎn)和建造時(shí)還將面臨更多的來自設(shè)計(jì)和溝通上的挑戰(zhàn)，預(yù)計(jì)2015年底交付。

據(jù)了解，DLV 2000不是McDermott船隊(duì)中唯一一艘在建新船，2012年8月公司簽訂的另外一個(gè)訂單，是水下工程船“Lay Vessel North Ocean 105”號(hào)的姐妹船。該船是一艘高性能的鋪管船，配有先進(jìn)的設(shè)備，既可以采用剛性卷筒式鋪管，又可以使用撓性鋪法，以適應(yīng)市場的需求。