深水半潛式起重鋪管船現(xiàn)狀及船型特點(diǎn)

陳榮旗，彭小佳

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

0 引 言

近年來，中海油響應(yīng)國家“建設(shè)海洋強(qiáng)國”的戰(zhàn)略部署，積極投資深水海洋工程裝備，海洋石油981等一批用于深水油氣田開發(fā)前期建設(shè)的裝備陸續(xù)交付和開始建造，但是還缺少一艘用于后期建設(shè)的深水海洋工程旗艦。深水半潛式起重鋪管船(SSCV)可以在深水海域進(jìn)行大型結(jié)構(gòu)物起重和J-lay鋪管，且耐波性能優(yōu)異，在惡劣海況條件下的可作業(yè)天數(shù)大幅高于傳統(tǒng)船型工程船，正是中國深水油氣田開發(fā)急需的船型。半潛式起重鋪管船設(shè)備眾多，電力負(fù)荷需求大，總裝機(jī)功率通常在60MW以上，需要設(shè)置4～6個(gè)主機(jī)艙和8個(gè)以上推進(jìn)器，造價(jià)昂貴、技術(shù)難度大。這種船型在世界范圍內(nèi)都很少，核心技術(shù)一直被國外公司壟斷。為了持續(xù)提高我國深水海洋工程裝備能力，打破國外公司在該領(lǐng)域的壟斷，海洋石油工程股份有限公司正在進(jìn)行半潛式起重鋪管船的前期研究[1]。

本文對(duì)世界上現(xiàn)有的半潛式起重鋪管船現(xiàn)狀和船型特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，希望為國內(nèi)技術(shù)人員進(jìn)一步的研究提供參考。

1 半潛式起重鋪管船發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國外SSCV現(xiàn)狀

半潛式起重鋪管船水線面較小，耐波性能好，但是由于投資巨大，在全世界范圍內(nèi)的數(shù)量很少。世界范圍內(nèi)的半潛式工程船中，同時(shí)具備起重和J-lay鋪管功能的船只有兩艘，分別為Balder和Saipem7000。為了擴(kuò)大可比對(duì)的范圍，本文將兩艘主要功能為起重的在役平臺(tái)Thialf和Hermod也考慮在內(nèi)。

Hermod和Balder是姊妹船，由日本三井集團(tuán)在1987年建造的，主要功能為起重。在2001年，Heerema公司對(duì)Balder進(jìn)行了升級(jí)，增加了J-lay鋪管塔，升級(jí)了動(dòng)力定位(DP)系統(tǒng)，變成了多功能深水起重鋪管船。Thialf和Saipem7000是目前世界上最大的全回轉(zhuǎn)起重平臺(tái)，Saipem7000在1999/2000年的改裝中增加了J型鋪管功能。

四艘同類型船舶主要情況如表1所示。

表1 同類型船舶主參數(shù)Table 1 Main parameters of the four similar vessels

1.2 國內(nèi)起重鋪管船現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)還沒有半潛式起重鋪管船。所有重吊船及鋪管船均是常規(guī)船型或駁船形式。表2列出了國內(nèi)主要的全回轉(zhuǎn)重型起重船。

表2 國內(nèi)主要起重鋪管船舶Table 2 Main crane and pipe-laying vessels in China

1.3 在建的半潛式起重鋪管船現(xiàn)狀

根據(jù)調(diào)研，Heerema公司瞄準(zhǔn)平臺(tái)拆除市場(chǎng)，正在建設(shè)一條配備兩臺(tái)10000t起重機(jī)的半潛式起重船，預(yù)計(jì)2018年交船。該船配備8臺(tái)5500kW全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器，DP3定位能力，船長(zhǎng)220m，船寬102m，住艙人數(shù)400人，設(shè)計(jì)航速10kn。

荷蘭OOS公司和招商局工業(yè)集團(tuán)有限公司簽約合作，共同投資10億歐元，建造2艘半潛式起重船，計(jì)劃于2019年交付。新船將命名為“OOS Serooskerke”號(hào)和“OOS Walcheren”號(hào)。船長(zhǎng)146.75m，船寬90m，主甲板高度43.55m，每艘船配備兩臺(tái)2200t主吊機(jī)，總起重能力4400t，每艘船配備6臺(tái)3800kW推進(jìn)器，具備DP3動(dòng)力定位能力，住艙人數(shù)750人，航速11kn，可在深水海域進(jìn)行生活支持和起重作業(yè)等。

2 半潛式起重鋪管船船型特點(diǎn)

2.1 主要作業(yè)設(shè)備

半潛式起重鋪管船的兩個(gè)主要作業(yè)設(shè)備分別為J-lay鋪管系統(tǒng)和起重機(jī)。

海洋油氣管道鋪設(shè)分為S-lay、J-lay、Reel-lay等不同方式[2]，由不同的鋪管船來完成。J-lay鋪管主要是針對(duì)水深較深的平臺(tái)間管線和難度較大的外輸管線的鋪設(shè)，鋪管速度較慢，但可作業(yè)水深較深。J-lay鋪管系統(tǒng)主要包括管道預(yù)制系統(tǒng)和J-lay塔兩部分。預(yù)制系統(tǒng)即在船舶甲板上將單節(jié)點(diǎn)海管預(yù)制成雙節(jié)點(diǎn)、四節(jié)點(diǎn)甚至六節(jié)點(diǎn)海管的海管焊接系統(tǒng)，包括管道傳輸、打坡口、焊接、涂覆等幾個(gè)功能，與其他鋪管船基本相同，根據(jù)船舶的功能定位進(jìn)行選擇。J-lay塔主要由以下部分組成：(1)上管裝置——上管裝置的夾具預(yù)先夾住管段，旋轉(zhuǎn)上管裝置把管段送至J-lay塔的預(yù)鋪設(shè)路徑上；(2)管道支撐裝置——將管段維持在一定的角度來滿足鋪設(shè)的需求，根據(jù)鋪設(shè)的需要可以調(diào)整支撐裝置的角度；(3)管道張緊裝置——固定管段，保證焊接、檢測(cè)以及涂層作業(yè)的正常作業(yè)；(4)管道連接裝置——將管段的最下端連接到前一次釋放管段的最上端；(5)管段下放裝置——預(yù)鋪設(shè)管段與已鋪設(shè)的管線焊接成一體后，將管線下放。

深水半潛船的主起重機(jī)能力通常在4000t以上，吊臂可以實(shí)現(xiàn)360°全回轉(zhuǎn)，配置深水升降補(bǔ)償系統(tǒng)，主要作業(yè)對(duì)象為深水或惡劣海況下的大型結(jié)構(gòu)物吊裝和拆除。

2.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

半潛式起重鋪管船是一種柱穩(wěn)式的移動(dòng)平臺(tái)，分為上浮體、立柱、下浮體三部分[1]，通常設(shè)有1個(gè)上浮體、4至8個(gè)立柱、2個(gè)下浮體。立柱之間通過水平橫撐進(jìn)行連接。作業(yè)吃水通常在立柱中間高度位置，水線面相對(duì)船型船更小，因此具有更優(yōu)的耐波性能。但是由于主吊機(jī)和鋪管設(shè)備通常都布置在船尾(見圖1)，故而空船重心會(huì)比較靠后。

圖1 SSCV側(cè)面示意圖Fig.1 SSCV lateral view

圖2 推進(jìn)器布置示意圖Fig.2 Thrusters arrangement

2.2 定位系統(tǒng)

半潛式起重鋪管船通常會(huì)同時(shí)配備動(dòng)力定位系統(tǒng)和錨泊定位系統(tǒng)，在深水海域通過多個(gè)推進(jìn)器進(jìn)行定位，在淺水海域通過多點(diǎn)系泊進(jìn)行定位。

由于起重作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)較大，歐美國家通常要求作業(yè)船舶動(dòng)力定位等級(jí)達(dá)到DP3。SSCV船舶尺寸較大，所受的風(fēng)力、流力等環(huán)境載荷較大[3]，為保證動(dòng)力定位能力，通常需要配備多個(gè)大功率全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器，如圖2所示。推進(jìn)器的布置和選型方案對(duì)于全船的輪機(jī)、電氣系統(tǒng)影響較大。

2.3 動(dòng)力及電氣系統(tǒng)

半潛式起重鋪管船設(shè)備眾多，電力負(fù)荷需求大，總裝機(jī)功率通常在60MW以上，需要設(shè)置4～6個(gè)主機(jī)艙，每個(gè)主機(jī)艙配置2～3臺(tái)主機(jī)。主配電板也相應(yīng)地需設(shè)置4～6段，考慮DP3一個(gè)艙室損失后仍能保證動(dòng)力定位能力的要求后，每段配電板要單獨(dú)連接一個(gè)主機(jī)艙和2～3臺(tái)推進(jìn)器，且不同配電盤的主電纜之間需進(jìn)行分隔。因此，DP船供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度較大。

近年來DP供電系統(tǒng)逐漸成熟，并開始應(yīng)用于各類工程船舶上。根據(jù)不同機(jī)艙的配電盤之間在作業(yè)工況是否連接，DP供電系統(tǒng)分為開環(huán)和閉環(huán)兩種，相對(duì)于常規(guī)的開環(huán)系統(tǒng)，如圖3所示的電力系統(tǒng)閉環(huán)運(yùn)行具有以下優(yōu)勢(shì)：(1)節(jié)約燃油，系統(tǒng)靈活，可根據(jù)實(shí)際需求開啟發(fā)動(dòng)機(jī)，減少有害氣體排放；(2)降低主機(jī)運(yùn)行時(shí)間，減少主機(jī)維修成本；(3)加強(qiáng)了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但同時(shí)，閉環(huán)運(yùn)行電網(wǎng)需要進(jìn)行實(shí)船短路電流試驗(yàn)，會(huì)給設(shè)備及項(xiàng)目進(jìn)度帶來一定風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 典型的閉環(huán)系統(tǒng)示意圖Fig.3 Typical closed-loop system

3 結(jié) 語

深水半潛式起重鋪管船的主要功能為J-lay鋪管和大型結(jié)構(gòu)物吊裝、拆除，半潛式平臺(tái)的結(jié)構(gòu)類型使它具備較好的耐波性能，能夠大幅提高深水作業(yè)天氣窗口。半潛船主尺度較大，為了保證動(dòng)力定位能力需要設(shè)置8個(gè)以上的大型推進(jìn)器。由于作業(yè)設(shè)備多，電力需求較大，裝機(jī)功率超過60MW，船舶主尺度、動(dòng)力定位系統(tǒng)以及電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需重點(diǎn)優(yōu)化。本文對(duì)該船型的現(xiàn)狀和船型特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。希望國內(nèi)設(shè)計(jì)人員繼續(xù)研究和總結(jié)，爭(zhēng)取早日全面掌握該類船型的核心技術(shù)，以打破國外公司在該領(lǐng)域的壟斷，持續(xù)提高我國深水海洋工程裝備能力。

[1] 彭小佳,宋安科,何寧,等.深水半潛式起重鋪管船船型優(yōu)化方法[J].中國海洋平臺(tái),2015,30(6)：20.

Peng Xiao-jia,Song An-ke,He Ning,et al.Hull optimization for deepwater semi-submersible crane vessel [J].China Offshore Platform,2015,30(6)：20.

[2] 常永全,張潤(rùn)華.半潛船沉浮作業(yè)工況動(dòng)載荷研究[J].船海工程,2015,44(1)：141.

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