“海洋石油286”總體性能設(shè)計

羅 良，桂滿海，魏 靜

（1. 上海船舶研究設(shè)計院，上海 201203；2. 法國（中國）船級社，上海 200011）

“海洋石油286”總體性能設(shè)計

羅 良1，桂滿海1，魏 靜2

（1. 上海船舶研究設(shè)計院，上海 201203；2. 法國（中國）船級社，上海 200011）

“海洋石油286”是上海船舶研究設(shè)計院為海洋石油工程股份有限公司設(shè)計的一型深水多功能水下工程作業(yè)船，集大型深水水下結(jié)構(gòu)物安裝、柔性管鋪設(shè)、ROV（遙控機器人）作業(yè)、潛水支持、IMR（檢驗、維護和維修）和錨系處理等多項功能于一體，最大作業(yè)水深達3000m。從船舶總布置、完整穩(wěn)性及破艙穩(wěn)性的計算分析、快速性、操縱性和耐波性等方面闡述了“海洋石油286”的船型特點和總體性能設(shè)計。該船作業(yè)能力與國際同類船舶相比處于一流水平。

特種用途船；深水；水下；總體性能設(shè)計

0 引 言

海洋工程裝備作為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)里的高端裝備，目前已列入我國“十二五”計劃予以重點突破。我國海洋工程裝備規(guī)劃今后將重點面向國內(nèi)外海洋資源開發(fā)，以海洋油氣開發(fā)為主要突破口，大力發(fā)展用于海洋礦產(chǎn)資源開發(fā)的裝備制造業(yè)，并重點圍繞勘探、生產(chǎn)、加工、儲運及服務(wù)等環(huán)節(jié)，發(fā)展大型的海洋服務(wù)和水下系統(tǒng)、作業(yè)裝備等。對于整個產(chǎn)業(yè)鏈上所有涉及的裝備，掌握核心關(guān)鍵技術(shù)，包括設(shè)計和建造技術(shù)是當務(wù)之急。

“海洋石油286”隸屬于海洋石油工程股份有限公司，是集大型深水水下結(jié)構(gòu)物安裝、柔性管鋪設(shè)、ROV（遙控機器人）作業(yè)、飽和潛水支持、IMR（檢驗、維護和維修）和錨系處理等多項功能于一體的深水水下工程作業(yè)船舶，作業(yè)水深達3000m，可以滿足我國南海、西非、巴西和墨西哥灣等世界主要海區(qū)的作業(yè)要求，總體作業(yè)能力在國際同類船舶中處于一流水平。這將是我國海洋工程走向深水，走向國際市場，實現(xiàn)長期穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義的一步。

1 “海洋石油286”主尺度、船級及主要參數(shù)

1.1主尺度

1.2船級

掛中華人民共和國國旗，航行于無限航區(qū)，按中國船級社和挪威船級社現(xiàn)行的最新規(guī)范規(guī)則進行設(shè)計、建造并受之檢驗，并取得下列船級符號：

中國船級社船級符號：

1） CSA， SPS， PSPC（B）， Ice Class B， Lifting Appliance， Helicopter Facilities， In-Water Survey， Clean， FTP，COMF （NOISE 3），COMF （VIB 3）

2） CSM， AUT-0，DP-3，OMBO

挪威船級社船級符號：

+1A1， ICE-E， SPS， DPS3， CRANE， HELDK， BIS， COAT-PSPC （B）， CLEAN， E0， NAUT-OSV （A）， DK （+），COMF-V （3）&C （3）

1.3乘員

乘員總計150人，其中單人間28個，雙人間39個，四人間11個，每個房間都配有衛(wèi)生單元。

1.4航速

在無污底，平靜的海況下，風(fēng)力＜蒲氏2級，平浮吃水6.0m，推進電動機的功率為MCR（最大持續(xù)功率）時，航速可達到14kn。

1.5主要功能

主要功能有：深水大型結(jié)構(gòu)物吊裝和海底安裝；深水臍帶/軟管/電纜敷設(shè)；ROV作業(yè)；飽和潛水支持（可拆裝系統(tǒng)）；IMR作業(yè)和深水錨系處理等。

2 船舶總體布置及性能

2.1船舶總體布置

“海洋石油286”為全焊接式鋼質(zhì)船體，具有一層連續(xù)主甲板。主甲板下設(shè)中間甲板、平臺甲板和雙層底，主甲板上設(shè)有四層長艏樓、二層甲板室及駕駛室。采用電力推進，機艙位于船舶首部，推進器艙位于船舶尾部，船員居住艙及駕駛室設(shè)于船舶首部。

采用兩套帶導(dǎo)管的全回轉(zhuǎn)舵槳裝置，前傾式船首配球鼻艏，在船首設(shè)有兩套管道式側(cè)推和一套伸縮式全回轉(zhuǎn)推進裝置，船中設(shè)有工作月池，船尾設(shè)有艉滾筒，長艏樓后的主甲板設(shè)有甲板載貨作業(yè)區(qū)。

擁有三級動力定位能力，可以承受任何一個艙室，包括一個機艙由于火災(zāi)或進水導(dǎo)致的系統(tǒng)故障，仍具有保持船舶位置的能力。因此要求相關(guān)設(shè)備的布置應(yīng)具有 A-60級防火分隔的要求，水線以下的設(shè)備分隔還需滿足水密分隔要求，包括發(fā)電機組、配電板、動力定位控制站等的布置需滿足分隔要求。

1）動力定位主控制中心與備用控制中心都布置在駕駛室內(nèi)，并設(shè)有A-60防火分隔；

2）設(shè)有2個相互水密且A-60分隔的機艙；

3）設(shè)有2個相互水密且A-60分隔的推進器艙；

4） 設(shè)有3個相互水密且A-60分隔的艏側(cè)推艙；

5） 設(shè)有2個貫穿艏艉的水平電纜通道，并用A-60分隔；

6）設(shè)有2個垂直走向的電纜通道，并用A-60分隔。船舶的總體布置見圖1。

2.2船舶性能

2.2.1快速性

該船為特種用途船，功能多，設(shè)備復(fù)雜，其線型設(shè)計既要考慮其作業(yè)設(shè)備的布置特性和穩(wěn)性，同時又要保證有足夠的甲板面積，在快速性的設(shè)計上還要滿足船東提出的要求。該船前體帶有球鼻艏，可在設(shè)計水線時增加船體效率，平行中體可為主甲板下的卷管盤、主起重機絞車、4個錨鏈艙以及月池提供足夠的內(nèi)部空間，滿足作業(yè)需要。后體水下部分的設(shè)計是為了在航行時給螺旋槳提供相對較好的來流，并在導(dǎo)管和船體之間留有足夠的空間。螺旋槳的設(shè)計既要考慮系柱拖力的要求，同時也要考慮航速，經(jīng)荷蘭MARIN水池快速性試驗結(jié)果證明，預(yù)報的航速可滿足船東提出的要求。在實船海上試航時，當推進電動機的功率為MCR時，航速可達到14kn，該船良好的快速性得到了船東的高度認可。

圖1　“海洋石油286”總布置

2.2.2操縱性

該船布置有兩個相互獨立的機艙，設(shè)有6臺主柴油發(fā)電機組，艉部設(shè)有兩臺帶導(dǎo)流管定螺距全回轉(zhuǎn)舵槳，艏部配有一臺伸縮式全回轉(zhuǎn)推進器和兩臺隧道式推進器，擁有三級動力定位能力，無論是航行或作業(yè)工況，回轉(zhuǎn)或靠離碼頭時，都具有良好的操縱性能。此外，該船尾部推進器上方特別設(shè)計了HEADBOX（假舵），用于艉部船體與主推進器的連接，經(jīng)荷蘭MARIN水池操縱性試驗結(jié)果證明，該裝置可有效改善方向穩(wěn)定性，在海上試航時穩(wěn)定回轉(zhuǎn)直徑僅為船長的1倍，展現(xiàn)了優(yōu)異的回轉(zhuǎn)性能。

2.2.3耐波性

該船在主甲板上布置有4層艏樓，即使在深水惡劣海況都能較好地防止艏部甲板上浪。配有一套組合式的減搖/抗橫傾系統(tǒng)，可利用壓縮空氣將壓載水從一舷移動到另一舷。當用于起重作業(yè)時，該系統(tǒng)為主動式抗橫傾系統(tǒng)，而在常規(guī)作業(yè)時，該系統(tǒng)為被動可控式減搖系統(tǒng)。由荷蘭MARIN水池提供的耐波性試驗報告結(jié)果分析，在六級海況下的減搖率可達60%～70%。

2.3船舶穩(wěn)性

2.3.1完整穩(wěn)性

該船乘員為150人，其中船員58人，特殊人員92人，根據(jù)MSC.266（84）《2008年特種用途船舶安全規(guī)則》［1］和MSC.267（85）《2008年國際完整穩(wěn)性準則》［2］，完整穩(wěn)性應(yīng)滿足船長大于100m的特種用途船的穩(wěn)性衡準要求。根據(jù)工程作業(yè)船舶的船型及布置特點，為滿足穩(wěn)性衡準“最大復(fù)原力臂應(yīng)在橫傾角≥25°處”，在主甲板左右舷 103～128肋位處設(shè)有甲板室，并設(shè)有至上一層甲板的補充開口。在穩(wěn)性計算時，可將上述甲板室計入，以提高儲備浮力，滿足穩(wěn)性衡準。

左舷安裝有一臺桅桿式克令吊，最大起吊能力為400t，回轉(zhuǎn)半徑為16m，用于海上/水下吊裝作業(yè)。為滿足該克令吊在海上作業(yè)需求，在艉部區(qū)域布置有3對抗橫傾水艙，其中No.1 抗橫傾水艙（左/右）為該克令吊所用的主要抗橫傾水艙，No.2 抗橫傾水艙（左/右）和No.3 抗橫傾水艙（左/右）為抗橫傾/減搖水艙，通過壓縮空氣實現(xiàn)抗橫傾水艙之間的壓載水轉(zhuǎn)換，用于補償當克令吊轉(zhuǎn)動和起吊重物時產(chǎn)生的橫傾力矩。因此，需要對克令吊及重物處于垂向和橫向最不利的位置以及重物意外掉落時的浮態(tài)及穩(wěn)性進行校核，計算結(jié)果均能滿足中國船級社和挪威船級社對起重工況的相關(guān)穩(wěn)性衡準要求。

該船共設(shè)有4個圓筒形錨鏈艙，左右對稱布置。當進行錨系處理作業(yè)且使用錨鏈艙時，海水有可能進入錨鏈艙內(nèi)。在惡劣天氣下，尤其是當風(fēng)浪來自船后方時，上述發(fā)生的可能性會增加。在這種情況下，應(yīng)特別注意船舶的狀態(tài)并持續(xù)監(jiān)控縱傾和橫傾程度，此時應(yīng)使船保持些許艏傾，以降低海水進入錨鏈艙內(nèi)的可能性。除了進水后有可能產(chǎn)生的橫傾和縱傾外，進入錨鏈艙內(nèi)的海水移動所產(chǎn)生的自由液面也會對GM值（初穩(wěn)性高）產(chǎn)生不利影響。因此，需要對錨鏈艙單邊進水工況進行穩(wěn)性校核，并考慮艙內(nèi)自由液面的影響，計算結(jié)果均能滿足穩(wěn)性衡準要求。然而，錨鏈艙內(nèi)應(yīng)盡量保持無海水，若察覺到海水進入錨鏈艙內(nèi)，須確保連接錨鏈艙的艙底水泵正常工作，若海水仍不斷地以錨鏈艙艙底系統(tǒng)無法處理的速率進入錨鏈艙內(nèi)時，錨鏈艙的艙口蓋應(yīng)保持關(guān)閉狀態(tài)。

該船主甲板下設(shè)有一個卷管盤艙，可以儲存2500t柔性管，以滿足柔性管敷設(shè)功能。該卷管盤艙在主甲板上有一個平式可拆水密艙口蓋，根據(jù)《國際載重線公約》的要求，該艙口蓋的布置應(yīng)確保能在任何海況下保持密封性。在正常海上航行和除柔性管鋪設(shè)作業(yè)外的其他作業(yè)工況時，該艙口蓋應(yīng)保持關(guān)閉。然而，在海上進行柔性管鋪設(shè)作業(yè)時，該艙口蓋必須要打開，否則無法完成作業(yè)。為此，對艉部工作甲板上浪的水量進行計算，并考慮即使甲板上浪的水全部通過卷管盤艙口流入該艙，艙底水泵的能力可有效的排出進入該艙的海水。此外，對由于艙口蓋未關(guān)閉導(dǎo)致卷管盤艙部分進水的穩(wěn)性進行了校核。

2.3.2破艙穩(wěn)性

根據(jù)《2008年特種用途船舶安全規(guī)則》，分艙和破損穩(wěn)性應(yīng)滿足SOLAS（國際海上人命安全公約）2009 第II-1章的規(guī)定［3］，本船視為客船且特殊人員視為乘客，核準載運150人，符合超過60人（但不超過240人）的條件，R值由線形內(nèi)插法確定為0.9R。由于SOLAS 2009采用概率論算法，相對于貨船，客船的要求更為嚴格，不僅考慮中間浸水狀態(tài)，還考慮了救生艇和乘客的移動力矩對破艙穩(wěn)性的不利影響，這使得最終求得的生存概率變?。?］。因此，為提高分艙指數(shù)，滿足破艙穩(wěn)性要求，采取以下措施：

1）合理分艙，盡量讓船舶破損后均衡進水，減小平衡角；

2）優(yōu)化裝載，盡量降低重心高度；

3）適當增加水密分隔，使破損時進水量減小，從而增加生存概率；

4）調(diào)節(jié)浮態(tài)，盡量避免出現(xiàn)較大的縱傾裝載工況；在典型工況的裝載配置時，盡量保證所有營運工況的縱傾值都控制在＜0.5%Ls（Ls為分艙長度）。如果典型工況的縱傾＞0.5%Ls，則需要加算滿載吃水和部分吃水在0.5%Ls縱傾下的破艙穩(wěn)性，此時在初始條件GM值不變的情況下，達到的分艙指數(shù)會減小，對計算結(jié)果產(chǎn)生不利影響；

5）優(yōu)化邊艙設(shè)計，布置7對左右連通的U型空艙，當船舶破損后，由于該類艙的重心位置較低并且左右連通，在降低船舶重心、增加GM值的同時，可減小邊艙破損對浮態(tài)的不利影響，達到調(diào)節(jié)船舶平衡的目的。但在設(shè)計時應(yīng)盡量加大連通面積，避免考慮中間階段浸水計算。

2.4動力定位能力

該船配置了三級動力定位系統(tǒng)，取得挪威船級社和中國船級社的三級動力定位船級符號，具有在風(fēng)、浪、流的作用下無須借助錨泊系統(tǒng)而是利用自身的推力系統(tǒng)便可使船舶保持預(yù)定的位置和艏向或者按照預(yù)定的軌跡運動，大大提高了船舶在惡劣海況下作業(yè)的可靠性、安全性和準確性［5］。根據(jù)動力定位能力計算，該船可在H1/3=3m、流速為2kn和7級風(fēng)的環(huán)境條件下實現(xiàn)360°定位的能力。

3 結(jié) 語

“海洋石油286”是中國首艘作業(yè)水深達到3000m、作業(yè)能力在國際同類船舶中處于一流水平的多功能水下工程船。該項目的設(shè)計建造填補了國內(nèi)在此船型上的空白，是中國深水發(fā)展和船隊建設(shè)的需要，是國內(nèi)掌握水下工程作業(yè)關(guān)鍵技術(shù)的重要一步，是中國海油打造深水船隊的重要一環(huán)，對實現(xiàn)海洋石油開采由淺水向深海轉(zhuǎn)移的戰(zhàn)略目標具有重要意義。

［1］ MSC.266（84），CODE OF SAFETY FOR SPECIAL PURPOSE SHIPS［S］. 2008.

［2］ MSC.267（85），INTERNATIONAL CODE ON INTACT STABILITY［S］. 2008.

［3］ SOLAS Convention Consolidated Edition［S］. 2009.

［4］ 孫小江. 最新特種用途船安全規(guī)則對分艙設(shè)計的影響分析［J］. 船舶與海洋工程，2014 （2）：58-61.

［5］ 謝家純. 萬馬力級深水三用工作船動力定位性能研究［J］. 船舶與海洋工程，2013 （3）：30-35.

“HAIYANGSHIYOU 286” General Performance Design

LUO Liang1， GUI Man-hai1， WEI Jing2
（1. Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute， Shanghai 201203；2. Bureau Veritas Marine （China）， Shanghai 200011）

“HAIYANGSHIYOU 286” is a deep water multi-function underwater engineering vessel designed by SDARI for COOEC， which has multi-functions such as large deepwater subsea structure installation， flexible pipe laying， ROV （Remote Control Vehicle） operation， diving support， IMR （Inspection， Maintenance and Repair）， and mooring system handling at the water depth up to 3000m. This paper elaborates the characteristics and general performance design of “HAIYANGSHIYOU 286” from the aspects of ship general arrangement， intact stability and damage stability calculation and analysis， speed performance， maneuvering and seakeeping performance. The operation capability of the ship is of the first class compared with the international similar ships.

special purpose vessel； deepwater； subsea； general performance design

U674.38+2

A

2095-4069 （2016） 01-0013-04

10.14056/j.cnki.naoe.2016.01.003

2015-01-30

羅良，男，大學(xué)本科，助理工程師，1987年生。2010年畢業(yè)于武漢理工大學(xué)交通學(xué)院船舶與海洋工程專業(yè)，現(xiàn)從事船舶總體設(shè)計工作。