深水半潛式起重鋪管船現狀及船型特點

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，中海油響應國家“建設海洋強國”的戰略部署，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前期建設的裝備陸續交付和開始建造，但是還缺少一艘用于后期建設的深水海洋工程旗艦。深水半潛式起重鋪管船(SSCV)可以在深水海域進行大型結構物起重和J-lay鋪管，且耐波性能優異，在惡劣海況條件下的可作業天數大幅高于傳統船型工程船，正是中國深水油氣田開發急需的船型。半潛式起重鋪管船設備眾多，電力負荷需求大，總裝機功率通常在60MW以上，需要設置4～6個主機艙和8個以上推進器，造價昂貴、技術難度大。這種船型在世界范圍內都很少，核心技術一直被國外公司壟斷。為了持續提高我國深水海洋工程裝備能力，打破國外公司在該領域的壟斷，海洋石油工程股份有限公司正在進行半潛式起重鋪管船的前期研究[1]。

本文對世界上現有的半潛式起重鋪管船現狀和船型特點進行了總結，希望為國內技術人員進一步的研究提供參考。

1 半潛式起重鋪管船發展現狀

1.1 國外SSCV現狀

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，在全世界范圍內的數量很少。世界范圍內的半潛式工程船中，同時具備起重和J-lay鋪管功能的船只有兩艘，分別為Balder和Saipem7000。為了擴大可比對的范圍，本文將兩艘主要功能為起重的在役平臺Thialf和Hermod也考慮在內。

Hermod和Balder是姊妹船，由日本三井集團在1987年建造的，主要功能為起重。在2001年，Heerema公司對Balder進行了升級，增加了J-lay鋪管塔，升級了動力定位(DP)系統，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起重平臺，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Table 1 Main parameters of the four similar vessels

1.2 國內起重鋪管船現狀

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

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

1.3 在建的半潛式起重鋪管船現狀

根據調研，Heerema公司瞄準平臺拆除市場，正在建設一條配備兩臺10000t起重機的半潛式起重船，預計2018年交船。該船配備8臺5500kW全回轉推進器，DP3定位能力，船長220m，船寬102m，住艙人數400人，設計航速10kn。

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

2 半潛式起重鋪管船船型特點

2.1 主要作業設備

半潛式起重鋪管船的兩個主要作業設備分別為J-lay鋪管系統和起重機。

海洋油氣管道鋪設分為S-lay、J-lay、Reel-lay等不同方式[2]，由不同的鋪管船來完成。J-lay鋪管主要是針對水深較深的平臺間管線和難度較大的外輸管線的鋪設，鋪管速度較慢，但可作業水深較深。J-lay鋪管系統主要包括管道預制系統和J-lay塔兩部分。預制系統即在船舶甲板上將單節點海管預制成雙節點、四節點甚至六節點海管的海管焊接系統，包括管道傳輸、打坡口、焊接、涂覆等幾個功能，與其他鋪管船基本相同，根據船舶的功能定位進行選擇。J-lay塔主要由以下部分組成：(1)上管裝置——上管裝置的夾具預先夾住管段，旋轉上管裝置把管段送至J-lay塔的預鋪設路徑上；(2)管道支撐裝置——將管段維持在一定的角度來滿足鋪設的需求，根據鋪設的需要可以調整支撐裝置的角度；(3)管道張緊裝置——固定管段，保證焊接、檢測以及涂層作業的正常作業；(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——預鋪設管段與已鋪設的管線焊接成一體后，將管線下放。

深水半潛船的主起重機能力通常在4000t以上，吊臂可以實現360°全回轉，配置深水升降補償系統，主要作業對象為深水或惡劣海況下的大型結構物吊裝和拆除。

2.2 結構特點

半潛式起重鋪管船是一種柱穩式的移動平臺，分為上浮體、立柱、下浮體三部分[1]，通常設有1個上浮體、4至8個立柱、2個下浮體。立柱之間通過水平橫撐進行連接。作業吃水通常在立柱中間高度位置，水線面相對船型船更小，因此具有更優的耐波性能。但是由于主吊機和鋪管設備通常都布置在船尾(見圖1)，故而空船重心會比較靠后。

圖1 SSCV側面示意圖Fig.1 SSCV lateral view

圖2 推進器布置示意圖Fig.2 Thrusters arrangement

2.2 定位系統

半潛式起重鋪管船通常會同時配備動力定位系統和錨泊定位系統，在深水海域通過多個推進器進行定位，在淺水海域通過多點系泊進行定位。

由于起重作業安全風險較大，歐美國家通常要求作業船舶動力定位等級達到DP3。SSCV船舶尺寸較大，所受的風力、流力等環境載荷較大[3]，為保證動力定位能力，通常需要配備多個大功率全回轉推進器，如圖2所示。推進器的布置和選型方案對于全船的輪機、電氣系統影響較大。

2.3 動力及電氣系統

半潛式起重鋪管船設備眾多，電力負荷需求大，總裝機功率通常在60MW以上，需要設置4～6個主機艙，每個主機艙配置2～3臺主機。主配電板也相應地需設置4～6段，考慮DP3一個艙室損失后仍能保證動力定位能力的要求后，每段配電板要單獨連接一個主機艙和2～3臺推進器，且不同配電盤的主電纜之間需進行分隔。因此，DP船供電系統的設計難度較大。

近年來DP供電系統逐漸成熟，并開始應用于各類工程船舶上。根據不同機艙的配電盤之間在作業工況是否連接，DP供電系統分為開環和閉環兩種，相對于常規的開環系統，如圖3所示的電力系統閉環運行具有以下優勢：(1)節約燃油，系統靈活，可根據實際需求開啟發動機，減少有害氣體排放；(2)降低主機運行時間，減少主機維修成本；(3)加強了電力系統的穩定性。但同時，閉環運行電網需要進行實船短路電流試驗，會給設備及項目進度帶來一定風險。

圖3 典型的閉環系統示意圖Fig.3 Typical closed-loop system

3 結 語

深水半潛式起重鋪管船的主要功能為J-lay鋪管和大型結構物吊裝、拆除，半潛式平臺的結構類型使它具備較好的耐波性能，能夠大幅提高深水作業天氣窗口。半潛船主尺度較大，為了保證動力定位能力需要設置8個以上的大型推進器。由于作業設備多，電力需求較大，裝機功率超過60MW，船舶主尺度、動力定位系統以及電力系統的設計需重點優化。本文對該船型的現狀和船型特點進行了總結。希望國內設計人員繼續研究和總結，爭取早日全面掌握該類船型的核心技術，以打破國外公司在該領域的壟斷，持續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化方法[J].中國海洋平臺,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,張潤華.半潛船沉浮作業工況動載荷研究[J].船海工程,2015,44(1)：141.

Chang Yong-quan,Zhang Run-hua.Research on dynamic loads of the semi-submersible vessel during the submersible operations [J].Ship & Ocean Engineering,2015,44(1)：141.

[3] 黃鈺,包佳.深水海底管道鋪設綜述[J].海洋工程裝備與技術,2017,4(5)：281.

Huang Yu,Bao Jia.Development in deepwater pipe laying [J].Ocean Engineering Equipment and Technology,2017,4(5)：281.