冬天里的一把火熊熊燃燒料可期
——穿梭油船建造市場(chǎng)及技術(shù)要點(diǎn)分析

趙志堅(jiān)/ 中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司

穿梭油船如同往返于航站樓和飛機(jī)之間的擺渡車一樣，穿梭于海上油田的采油終端與原油處理地之間，是將海上石油運(yùn)送到陸地的一種海洋工程船舶。穿梭油船配有DP（Dynamic Positioning，動(dòng)力定位）系統(tǒng)及BLS（Bow Loading System，艏裝載系統(tǒng)），這是穿梭油船與普通油船的重要差異。油氣資源開發(fā)從陸地轉(zhuǎn)向海洋、淺海轉(zhuǎn)向深海，已成必然趨勢(shì)。由于在深海中，海況通常比較惡劣，對(duì)海上石油轉(zhuǎn)運(yùn)技術(shù)要求高，所以具有動(dòng)力定位能力且能夠適應(yīng)惡劣海況的穿梭油船越來(lái)越受到業(yè)界的青睞。穿梭油船屬于非常典型的高技術(shù)、高附加值型船舶。隨著世界各國(guó)對(duì)海洋油氣資源開發(fā)力度的不斷加大，未來(lái)穿梭油船將面臨著難得的發(fā)展機(jī)遇。

市場(chǎng)可觀 發(fā)展前景看好

海上油田勘探開發(fā)主要集中在西非、巴西、北海等幾個(gè)區(qū)域，形成了三灣、兩海、兩湖的格局?！叭秊场奔床ㄋ篂?、墨西哥灣和幾內(nèi)亞灣；“兩?！奔幢焙：湍虾?；“兩湖”即里海和馬拉開波湖。此外，北極區(qū)域也蘊(yùn)藏著豐富的石油資源。

目前市場(chǎng)上運(yùn)營(yíng)的穿梭油船共有92艘，大多服務(wù)于巴西、北海、西非等海域油田，其中有一半以上的穿梭油船是在2010年以后建造，這也意味著隨著海上油田的深入開發(fā)，穿梭油船的船隊(duì)在急速擴(kuò)張。由于穿梭油船主要用于運(yùn)送浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船（FPSO）上的原油到陸地，其發(fā)展規(guī)模很大程度上取決于FPSO的使用情況。目前全球市場(chǎng)共有177艘FPSO，其中90%以上的FPSO都處于有合約的狀態(tài)，而穿梭油船遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于FPSO的數(shù)量。當(dāng)前處于建造狀態(tài)的FPSO共有30多艘，而處于建造狀態(tài)的穿梭油船僅有7艘。從相關(guān)統(tǒng)計(jì)來(lái)看，目前潛在的FPSO項(xiàng)目幾乎與現(xiàn)有船隊(duì)規(guī)模相當(dāng)，這也意味著FPSO市場(chǎng)具有相當(dāng)廣闊的發(fā)展?jié)摿Γ鄳?yīng)配套的穿梭油船需求自然也將具備巨大的市場(chǎng)發(fā)展空間。

近幾年，巴西陸續(xù)從東南沿海大陸架海底鹽層之下發(fā)現(xiàn)了豐富的石油儲(chǔ)藏，巴西石油公司目前已在桑托斯盆地和坎波斯盆地進(jìn)行了多座深海油田的勘探和開采，并宣布將加速推進(jìn)桑托斯盆地和坎波斯盆地多個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)度，陸續(xù)推出了多個(gè)FPSO的招標(biāo)項(xiàng)目，這意味著相應(yīng)配套的穿梭油船需求也將陸續(xù)出現(xiàn)。據(jù)預(yù)測(cè)，到2020年巴西水域的原油產(chǎn)量有可能達(dá)到目前的兩倍。從日產(chǎn)量看，桑托斯盆地和坎波斯盆地的原油日產(chǎn)量在18萬(wàn)桶左右，這將從側(cè)面反映出所需求的穿梭油船將在百萬(wàn)桶級(jí)別。

2015年底，挪威能源部啟動(dòng)了新一輪以北極地區(qū)為重點(diǎn)的油氣許可證出售招標(biāo)，次輪招標(biāo)中挪威將提供位于北極巴倫支海的54個(gè)區(qū)塊和位于北海的54個(gè)區(qū)塊。隨著這些區(qū)塊開發(fā)工作的進(jìn)一步推進(jìn)，相應(yīng)的穿梭油船的需求也逐漸提上了日程。由于位于北極附近，該區(qū)域的開采環(huán)境更為惡劣，通常需要滿足冰區(qū)加強(qiáng)要求和低溫要求。日前，市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了需要滿足低溫環(huán)境工作要求的穿梭油船詢價(jià)。

墨西哥灣在勘探初期以淺水油田為主，由于長(zhǎng)期開發(fā)該海域海底管線密布，幾乎不需要穿梭油船。而近些年隨著深水開發(fā)的推進(jìn)，F(xiàn)PSO在墨西哥灣已取得了突破性的使用，相信在不久的將來(lái)，穿梭油船的大量使用也將成為必然趨勢(shì)。

從新建FPSO訂單情況來(lái)看，未來(lái)5年新建FPSO主要分布在巴西、英國(guó)、中國(guó)南海以及西非。從油船改造FPSO訂單情況來(lái)看，未來(lái)5年，改造FPSO主要分布在巴西、西非。這與前面的分析基本一致。油價(jià)水平嚴(yán)重影響著海工產(chǎn)業(yè)訂單情況。受油價(jià)走低及其他因素影響，巴西石油訂購(gòu)的一定數(shù)量FPSO出現(xiàn)了延遲交付的現(xiàn)象，部分FPSO訂單甚至推遲到了2020年，這對(duì)穿梭油船的需求產(chǎn)生了相當(dāng)程度的不利影響。目前拉美、亞太、西非、西北歐都有較多潛在的油田開發(fā)項(xiàng)目，一旦油價(jià)水平有所改善，相應(yīng)的對(duì)穿梭油船的需求很快就會(huì)凸顯?？偟膩?lái)說(shuō)穿梭油船作為支撐深水石油開發(fā)的重要裝備具有很大的市場(chǎng)潛力，發(fā)展前景看好。

圖1 穿梭油船利用率分析

表1： DP-2動(dòng)力定位系統(tǒng)設(shè)備冗余表

設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高 設(shè)計(jì)難度大

與普通油船相比，穿梭油船的工作環(huán)境和技術(shù)要求比較特殊。為滿足海上石油高效率的轉(zhuǎn)運(yùn)要求，配有專門的艏部裝載系統(tǒng)、動(dòng)力定位系統(tǒng)以及直升機(jī)平臺(tái)、貨油集中遙控系統(tǒng)和一人橋樓駕駛操作系統(tǒng)。另外，穿梭油船一般要在10天左右就進(jìn)行一次裝卸載作業(yè)，這就要求船體結(jié)構(gòu)具備優(yōu)秀的抗疲勞能力。

近年來(lái)，石油公司越來(lái)越重視穿梭油船振動(dòng)噪聲對(duì)船員健康狀況的影響，一般都會(huì)執(zhí)行較嚴(yán)格的振動(dòng)噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)。為減少船舶對(duì)環(huán)境的影響，石油公司趨向于要求采用清潔設(shè)計(jì)并盡可能的減少貨油揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）的揮發(fā)。此外，針對(duì)巴西石油公司、挪威國(guó)家石油公司的特殊要求，設(shè)計(jì)中還需要做特殊考慮。

綜上所述，穿梭油船的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高，難度大，具有較高的附加值。下面對(duì)主要的技術(shù)要求分析如下：

動(dòng)力定位系統(tǒng)

動(dòng)力定位系統(tǒng)的作用是采用推進(jìn)器提供推力以抵抗作用在船上的風(fēng)、浪、流等環(huán)境力，從而使船舶保持在海上特定的位置附近。

動(dòng)力定位系統(tǒng)在穿梭油船從海上裝載終端（FPSO/FSO）裝載原油時(shí)投入使用，以確保穿梭油船保持在相對(duì)固定的位置，是穿梭油船區(qū)別于普通油船的一個(gè)重要特征。該系統(tǒng)包括動(dòng)力系統(tǒng)、推進(jìn)器系統(tǒng)、DP控制系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)。穿梭油船上配備的動(dòng)力定位系統(tǒng)通常為DP-2級(jí)別，DNV GL船級(jí)符號(hào)是DPS 2和DYNPOSAUTR，保證單一故障不會(huì)導(dǎo)致船舶定位失效，系統(tǒng)的設(shè)備配置和冗余見表1。推進(jìn)器至少有兩組，對(duì)于滿足巴西石油公司的穿梭油船，還需要額外增加艏部方位推一個(gè)單獨(dú)分組，主要用于保證在前兩組失效的情況下，仍具有DP定位能力，以確保穿梭油船與FPSO的安全。

挪威國(guó)家石油公司要求滿足裝載過(guò)程中有義波高5.5米，周期10秒，流速0.5米/秒條件下，在80%推力下首向角在±12°以內(nèi)的動(dòng)力定位能力。

結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度

研究表明，船長(zhǎng)超出200米的大型船舶，總損傷數(shù)的70%屬于疲勞損傷，疲勞損傷成為引起船舶結(jié)構(gòu)破損的主要原因。由于穿梭油船頻繁裝卸的工作特點(diǎn)使得它與常規(guī)船舶相比結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度問(wèn)題更為突出。穿梭油船除了要滿足CSR的要求外，全球主要穿梭油船運(yùn)營(yíng)商和油公司還會(huì)提出滿足DNV GL船級(jí)符號(hào)CSA-FLS2和PLUS的要求。前者為DNV GL針對(duì)疲勞的一個(gè)附加船級(jí)符號(hào)，要求所有的計(jì)算都是基于載荷和響應(yīng)的直接計(jì)算。需要進(jìn)行疲勞強(qiáng)度分析的部位包括：貨艙區(qū)縱骨在強(qiáng)框處的端部連接、貨艙區(qū)船底及舷側(cè)板和強(qiáng)框/加強(qiáng)筋的連接、折角處、結(jié)構(gòu)不連續(xù)處、貨油甲板開孔處（含管子通艙件）和支座。

PLUS是對(duì)船體結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度控制的特殊要求，主要涉及低周期強(qiáng)度疲勞分析。PLUS要求進(jìn)行疲勞強(qiáng)度分析的部位有：船底、內(nèi)底、舷側(cè)和內(nèi)殼的縱骨穿越孔、頂筋、補(bǔ)板；船底板和舷側(cè)板與強(qiáng)框相交的部位；水平桁的趾端和跟部。

以中遠(yuǎn)海運(yùn)重工設(shè)計(jì)建造的某穿梭油船為例，為滿足上述要求，甲板的剖面模數(shù)增加25%以上，空船重量增加約1500噸。這對(duì)船舶的空船重量控制構(gòu)成了巨大挑戰(zhàn)。

直升機(jī)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了滿足人員上、下及救生、逃生的需要，穿梭油船通常設(shè)有直升機(jī)平臺(tái)，可供直升機(jī)進(jìn)行起飛、降落和短暫的停留。直升機(jī)平臺(tái)結(jié)構(gòu)作為船舶與海洋工程中關(guān)鍵的附屬結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)嚴(yán)格按照相應(yīng)的規(guī)范、規(guī)則的要求，選取準(zhǔn)確的基本載荷進(jìn)行合理的工況組合，進(jìn)行嚴(yán)格的應(yīng)力評(píng)估，以保證其性能的可靠。

挪威國(guó)家石油公司規(guī)定，直升機(jī)平臺(tái)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足SIKORSKY S92的起降，如穿梭油船運(yùn)營(yíng)于巴西海域，需要額外滿足巴西海軍Normam27規(guī)則的相關(guān)要求。Normam27分別對(duì)正常降落、應(yīng)急降落和存放狀態(tài)三種不同工況下的載荷組合形式進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定，用以指導(dǎo)直升機(jī)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

船舶舒適度

近年來(lái)，船舶振動(dòng)噪聲對(duì)人體和環(huán)境的危害得到世界各國(guó)和相關(guān)組織的廣泛關(guān)注，船舶艙室舒適性已成為船舶設(shè)計(jì)中需要考慮的重要因素。目前，國(guó)際上最新型的穿梭油船均需要滿足COMF-V（3）C（3）的舒適度要求，該符號(hào)滿足DNV GL對(duì)船舶舒適度的專項(xiàng)認(rèn)證，對(duì)艙室的振動(dòng)、噪聲、風(fēng)量、風(fēng)速和溫度梯度等有嚴(yán)格的要求。

在船舶設(shè)計(jì)初期對(duì)艙室振動(dòng)噪聲水平進(jìn)行預(yù)報(bào)，充分考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、艙室布置和空調(diào)通風(fēng)的設(shè)計(jì)對(duì)于降低船舶振動(dòng)噪聲水平的影響，對(duì)于提高船舶的振動(dòng)噪聲性能是至關(guān)重要的。船舶振動(dòng)噪聲評(píng)估主要包括全船模態(tài)計(jì)算、船舶振動(dòng)響應(yīng)計(jì)算、船舶水下輻射噪聲計(jì)算、艙室噪聲計(jì)算、軸系振動(dòng)計(jì)算，并從振動(dòng)噪聲方面對(duì)船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出改進(jìn)措施，為船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，艙室布置和空調(diào)通風(fēng)等方面的全船振動(dòng)噪聲控制提供依據(jù)。

穿梭油船一般配置多臺(tái)全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器和艏側(cè)推，振動(dòng)噪聲控制需要明確全船所有振動(dòng)噪聲源，分析每一個(gè)聲源的特性、安裝位置，開展全船的振動(dòng)噪聲源分析、目標(biāo)場(chǎng)分析，其振動(dòng)噪聲的控制難度加大。

在振動(dòng)噪聲預(yù)報(bào)基礎(chǔ)上綜合考慮總體的布置位置。在設(shè)備布置時(shí)需要充分考慮振動(dòng)噪聲源與目標(biāo)場(chǎng)的距離和中間隔離物布置，充分利用結(jié)構(gòu)和物理隔斷的優(yōu)勢(shì)，減少振動(dòng)和噪聲能量的傳遞。對(duì)振動(dòng)噪聲指標(biāo)較高，且在現(xiàn)有布置條件下不能滿足要求的設(shè)備，可采用吸音降噪材料或者隔振裝置對(duì)振源減振降噪。

要滿足規(guī)范對(duì)室內(nèi)環(huán)境溫度、風(fēng)速、相對(duì)濕度以及二氧化碳濃度等方面的設(shè)計(jì)要求，需要通過(guò)增加風(fēng)量和換風(fēng)次率來(lái)控制。風(fēng)量的增加勢(shì)必與要求低振動(dòng)噪聲標(biāo)準(zhǔn)相沖突，所以COMF設(shè)計(jì)對(duì)空調(diào)通風(fēng)要求也很高。為滿足C3V3振動(dòng)噪聲要求，降低風(fēng)管對(duì)振動(dòng)噪音的影響，需要加大主送風(fēng)通道和回風(fēng)通道的尺寸，以達(dá)到降低風(fēng)速的效果，因而需要比普通船更多的空間來(lái)布置風(fēng)管，增大了總布置設(shè)計(jì)的難度。

全水域一人橋樓

一人橋樓，可以理解為在駕駛室，一個(gè)人就可以獨(dú)立完成對(duì)船舶的運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控并根據(jù)相關(guān)信息安全、有效地操縱船舶。一人橋樓可減少值班人員的工作量，改善操作環(huán)境。

DNV GL船級(jí)社的NAUT-AW船級(jí)符號(hào)是所有船級(jí)社中要求最嚴(yán)格的。在該船級(jí)符號(hào)中按照任務(wù)要求定義了8個(gè)工作站，這些工作站對(duì)視域、通道、窗、工作環(huán)境、駕控臺(tái)、設(shè)備功能以及船舶操縱性能等都有非常高的要求，不但需要特別考慮設(shè)備配置、選型，更要針對(duì)駕駛室及駕控臺(tái)異常困難的布置做出合理的方案。

防污染的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

采用防污染設(shè)計(jì)是近幾年穿梭油船發(fā)展的一大特點(diǎn)。與防污染和環(huán)境保護(hù)有關(guān)的DNV GL船級(jí)符號(hào)有CLEAN DESIGN和 OPP-F。CLEAN DESIGN是關(guān)于廢氣排放和廢物排海的船級(jí)符號(hào)，主要的要求有：貨油蒸發(fā)氣逸出的控制應(yīng)滿足VCS-2的要求，即同時(shí)滿足IMO和USCG的要求；原油洗艙（COW）清洗到的面積至少96%，高于MARPOL公約的要求；壓載水的處理應(yīng)滿足壓載水管理公約D-2標(biāo)準(zhǔn)，即需要進(jìn)行處理；排油監(jiān)控裝置對(duì)污油水的排放設(shè)定在5ppm及以下；灰水應(yīng)經(jīng)糞便污水處理裝置處理，不能直接排海。

OPP-F是關(guān)于燃油系統(tǒng)要求的船級(jí)符號(hào)，規(guī)定了燃油艙底部距船舶底板的最小距離，要求船舶燃油和柴油注油管路的閥門采用遙控型式的。

以上兩項(xiàng)船級(jí)符號(hào)要求，增加了穿梭油船布置、設(shè)備選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度。

艏裝載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

艏裝載系統(tǒng)的功能是將穿梭油船系泊連接到海工裝載終端（FPSO/FSO）上并將原油裝載到穿梭油船上，是穿梭油船區(qū)別于普通油船的另一個(gè)重要特征。艏裝載系統(tǒng)主要包括牽引絞車、軟管絞車、止鏈器、萬(wàn)向懸架、導(dǎo)纜器、纜繩拖曳裝置、舷內(nèi)閥、裝載總管、艏門、液壓?jiǎn)卧仍O(shè)備，分別布置在平臺(tái)甲板、艏樓甲板和上甲板。中遠(yuǎn)海運(yùn)重工設(shè)計(jì)建造的152000載重噸（DWT）的穿梭油船的艏裝載系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、布置、控制和安全等方面需要滿足DNVBOW LOADING和挪威國(guó)家石油公司（Statoil）的要求。

艏裝載系統(tǒng)的裝載總管與海工終端輸油軟管的對(duì)接是海上原油駁運(yùn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。裝載總管包括接頭和旋軸，在裝載前，在液壓油的作用下接頭在旋軸上向舷外旋轉(zhuǎn)50°，然后與海工終端上的輸油軟管末端接頭相連接。連接完成后，裝載總管接頭內(nèi)部的閥門由液壓油打開，同時(shí)輸油軟管末端接頭內(nèi)的閥門也被打開。待裝載總管和船上貨油管路處于“Green Line”狀態(tài)，即可進(jìn)行裝載原油作業(yè)。

朝著綠色環(huán)保、節(jié)能高效的方向發(fā)展

鑒于油價(jià)持續(xù)低迷的市場(chǎng)環(huán)境，大力發(fā)展節(jié)能環(huán)保技術(shù)，降低油公司的運(yùn)營(yíng)成本已勢(shì)在必行。隨著IMO對(duì)二氧化碳排放提出越來(lái)越高的要求，新船建造領(lǐng)域?qū)⒁訣EDI為基準(zhǔn)，逐步提高船舶的能效比，主流船型將全面滿足EEDI第II階段的要求，并為今后滿足第III階段能效要求做好技術(shù)儲(chǔ)備。

油船在裝卸貨過(guò)程中產(chǎn)生大量揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC），既浪費(fèi)了油氣資源又造成了環(huán)境污染。挪威石油天然氣組織要求在挪威大陸架作業(yè)的油船都要對(duì)VOC進(jìn)行回收。目前瓦錫蘭和BABCOCK公司均研發(fā)出VOC回收系統(tǒng)，并用VOC進(jìn)行油船封艙。曼公司也研制出適合經(jīng)液化的VOC和LNG作為推進(jìn)和發(fā)電系統(tǒng)的燃料的主機(jī)。推動(dòng)VOC回收技術(shù)在穿梭油船設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，將成為節(jié)能環(huán)保型穿梭油船設(shè)計(jì)的重要方向。

通過(guò)應(yīng)用雙機(jī)雙槳技術(shù)，和通過(guò)應(yīng)用軸帶發(fā)電機(jī)直流母排配電技術(shù)實(shí)現(xiàn)推進(jìn)系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)在各種工況下聯(lián)動(dòng)和共享技術(shù)，達(dá)到減少油公司運(yùn)營(yíng)成本和綠色環(huán)保的目的，也是穿梭油船未來(lái)發(fā)展的方向之一。

當(dāng)前，一種集原油輸運(yùn)、鉆井補(bǔ)給和輔助作業(yè)于一體的多功能穿梭油船概念受到國(guó)際某知名船東的關(guān)注，該類型船兼具穿梭油船、海洋工程支持船和化學(xué)品船的功能，可以裝載用于海上鉆井作業(yè)所需硅酸鹽、鹽水、基油和泥漿等材料，也可將工程模塊駁運(yùn)到海洋平臺(tái)上或?qū)⒑Ｑ笃脚_(tái)上的廢棄材料運(yùn)回陸上處理。多功能穿梭油船的深海支持、補(bǔ)給以及輔助作業(yè)等功能顯然比常規(guī)的穿梭油船以及平臺(tái)供應(yīng)船更具競(jìng)爭(zhēng)力，因此具有很大的研究和開發(fā)價(jià)值。

綜上所述，新一代高性能穿梭油船將朝著更加綠色環(huán)保、節(jié)能高效的方向發(fā)展，船舶運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性將顯著提高。深海石油開采已成為各國(guó)爭(zhēng)奪的主要目標(biāo)，穿梭油船因其具有強(qiáng)大的抗風(fēng)浪能力、大艙容、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、投資成本低、見效快等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到造船界關(guān)注。

穿梭油船的建造主要集中在韓國(guó)和中國(guó)，目前國(guó)內(nèi)只有中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司同時(shí)擁有動(dòng)力定位能力的穿梭油船設(shè)計(jì)和建造的成功業(yè)績(jī)。中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司建造的5.9萬(wàn)、10.5萬(wàn)和15.2萬(wàn)噸級(jí)動(dòng)力定位穿梭油船擁有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)。其中15.2萬(wàn)噸級(jí)動(dòng)力定位穿梭油船項(xiàng)目填補(bǔ)了我國(guó)在該領(lǐng)域設(shè)計(jì)建造上的空白，打破了韓國(guó)在高端穿梭油船市場(chǎng)的壟斷地位。近年來(lái)，中遠(yuǎn)海運(yùn)重工技術(shù)研發(fā)中心研發(fā)團(tuán)隊(duì)深入調(diào)研穿梭油船市場(chǎng)發(fā)展，對(duì)標(biāo)船東公司的業(yè)務(wù)需求，通過(guò)整合先進(jìn)的理念，完成了3.5萬(wàn)噸多用途穿梭油船研發(fā)，并開展6.5萬(wàn)噸極地穿梭油船和12.5萬(wàn)噸新一代穿梭油船研制，基本實(shí)現(xiàn)了穿梭油船系列的全覆蓋?！?/p>