海洋工程船设计.doc

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海洋工程船设计最新潮流

(2011-09-26)  编辑发布：中国船舶在线   阅读次数：29次

　　随着世界能源需求的不断提升，陆上资源已不能满足人们的需求，油气资源开发重心正逐步由陆地向海洋转移。目前，海洋石油产量已占世界石油总产量的34%左右，未来还将持续上涨。需求上涨直接导致海工市场升温，虽然经济危机和墨西哥湾漏油事件为市场带来了一定影响，但从长远看，海工市场总体发展前景依旧十分广阔。
　　据了解，海洋工程船可简单地定义为参与到海上能源开发领域的船舶，包括居住船、三用工作船（AHTS）、潜水支援船、钻井船、平台供应船（PSV）、FPSO等多种船型。据劳氏数据库统计，截至2011年4月22日，世界海洋工程船中保有量最多的为PSV，达1938艘，其次是AHTS，为1831艘。手持订单方面，该两型船同样占据前两位。

注：①统计船型为表1中所列；②数据来源劳氏数据库，截至2011年4月22日。
　　新建市场方面，目前涉及海洋工程船建造的国家超过30个，已打破早期挪威、荷兰、新加坡等国占据大部分市场份额的局面。其中，亚洲国家优势明显，从手持订单来看，无论是以艘数计还是载重吨计，世界排名前十位的国家中，亚洲均占6席。

世界海洋工程船手持订单前十位国家（以艘数计）

世界海洋工程船手持订单前十位国家(以载重吨计）
注：①统计船型为表1中所列；
②数据来源劳氏数据库，截至2011年4月22日。
　　从图中可看出，按艘数计，中国在接单量上优势明显。而韩国由于所接订单大部分为钻井船和FPSO等大型海洋工程船，吨位上遥遥领先，其中大部分订单为三星重工所有。由此可见，韩国在海工市场的定位显然为大型船舶。另外，印度作为海工市场的新成员，实力也不容小觑。值得一提的是，在设计领域和关键技术方面，欧美仍处于领先地位，甚至在部分船型上占据垄断地位。
　　据统计，目前世界已探明的海上油气资源大部分蕴藏在大陆架及3000米以下的海底，深海能源储量将是陆地储量的100倍以上。随着世界能源需求的上升，海上油气的开发正逐步扩展至更深的海域，而由于深水领域对于技术要求相对较高，海洋工程船也随之朝着更大、更专业、更先进的方向发展，各种新技术、新船型不断涌现。
　　乌尔斯特恩公司旗下产品
　　说到海洋工程船，不得不提挪威乌尔斯特恩公司。该公司在近几年的海洋工程船市场中表现非常强劲，其X船首在世界范围内享誉盛名，在海工市场中被广泛使用。X船首可有效减少船首砰击，保持航速稳定，减弱不规则尾流，并显著降低噪声等级。
　　乌尔斯特恩公司的S系列海洋工程船可根据客户要求进行针对性改造，具有高度专业性。该系列船均具有功能性强、装载能力大、噪声小、油耗低、适航性好的特点，并配备有减摇系统，可作业于恶劣环境。同时，该系列船均拥有DNV的“清洁”和“舒适”船级符号。

“Oceanic Vega”号地震船
　　采用SX120型设计的“Oceanic Vega”号地震船入选《Solutions》评出的2010年经典船型。该船的技术含量非常高并配有先进的设备，可执行3D、4D或高清任务。采用X船首，拥有140t拉力，16缆（间隔100米以上），最高可配置20缆，缆长可达8000米，缆内设有水听器。船上设有一直径26米的直升机甲板，仪表室位于船尾部。满足DNV推进冗余要求和“清洁设计”标准，2个机舱里布置有4台12缸的瓦锡兰26系列柴油发电机，转速900r/min时功率3745kW，以及2台6缸该系列发电机，转速900r/min时功率1870kW。2个导管推进器分别由2个独立的变速电动机驱动。此外，该船还拥有DNVC级冰级符号，可在高纬度区域作业。
　　随着能源开发逐步走向深海，市场对于钻井船的要求也越来越高，如更大工作水深、更长工作周期、更短准备周期，以及未来可在极地或一些特殊区域作业的能力，还要考虑到对环境的影响等。对此，乌尔斯特恩公司开发的XDS3600型钻井船为钻井领域带来了新的标准。

XDS3600型钻井船
　　XDS3600型自航式钻井船是基于USOS超深水钻井船的成功经验而设计，优化了尺度成本比，实现了以更低的成本获得更紧凑、更高效的船型，且建造周期也变得更短。该型船同样采用了X船首，最大工作水深达3600米，相比半潜式钻井平台，其主要优势包括：较低的建造成本、较大的有效载荷、较高的航速。其中，由于有效载荷较大，因此对于外界的依赖将远低于半潜式平台，这对于远离陆地的作业项目来说尤为重要。此外，该型钻井船的设计还考虑了冬化处理以实现极地钻井作业。
　　该船总长208米，船宽35米，型深18.2米，吃水11米，航速14节，排水量46500t，船尾方位推进器3×4500kW，船首可回收方位推进器2×3300kW，导管推进器2×2500kW，主发电机6×5530kW；钻井设备的转盘为60英寸/1000吨，立根盒1250t，防喷装置18.75英寸/103.5 Mpa，海底采油管单根75英尺/21英寸，总长12000英尺，钻管3.5英寸～6.625英寸；舱容燃油6235立方米，饮用水2000立方米，原油2×310立方米，贮罐12×50立方米。

Seabarge 3000型起重/铺管驳
　　Seabarge3000型起重/铺管驳是乌尔斯特恩为适应市场新需求而开发的新一代起重/铺管驳，浅水和深水海域均可进行作业，还可选择采用系泊或者动力定位。中心流水作业线的设计抵消了因摇晃而产生的垂直运动，从而优化了铺管操作能力。船尾处设置有全回转式单桅杆起重机，起重能力达1996t。铺管系统位于甲板间，不会对主工作甲板产生妨碍。作业线由6个独立焊接台、1个加剂站、1个探伤（NDT）站和3个管路张力器组成。
　　该船总长151.2米，船宽37.8米，型深15米，结构吃水6.5米，载重量18984t，航速8节，动力定位等级DP2，2×2400kW方位推进器，4×2400kW可回收方位推进器，1×2400kW推进器（可选），主发电机6×2880kW，起重机1996t，单桅杆全回转式，作业半径31米，铺管设备包括：张力器，支撑滚轮和输送车，收放绞车，高架起重机，割管机，高架管吊，焊接台，球形失速支座，NDT站，修管吊架，对中站，管路升降机等。
　　除了上述船型，乌尔斯特恩公司在AHTS、PSV等领域同样有着不俗表现，如PX106型PSV和AX125型AHTS等。此外，该公司还在积极投入目前越来越受关注的海洋风能领域。
　　STX欧洲旗下产品
　　STX欧洲旗下的STX OSV Holdings有限公司是世界海洋工程船的主要设计和建造者之一，总部位于挪威，在全球约有9000名员工，业务领域包括AHTS、PSV、海底建造船（OSCV），及其他多型特种船。

AH12型AHTS
　　AHTS方面，STX OSV公司所定的目标为：卓越的操作性、良好的装载能力、较高的系柱拉力、足够的稳定性和安全性，并能显著降低油耗。其中最大型的AHTS还配备有ROV库、通海井、直升机甲板，以及大型膳宿区，除了原本的任务外，还可进行海底建造作业。
　　AH12型是该公司新近开发的一型AHTS，目前号称世界能力最强的AHTS。“Rem Maritime”号所采用的就是该型设计。AH12采用传统柴油机和柴电系统组成的混合动力推进，可根据不同情况切换推进模式。其基本结构中已设有ROV库和大型膳宿区，可进行深水区域作业，还可根据客户要求进行不同的配置。该船总长95米，型宽24米，设计吃水6.5米。
　　STX欧洲所开发的OSCV具有定位能力强、操纵性优、适航性好等特点。除此以外，还可根据客户需求进行不同的结构配置，如海底建造和安装、检修和维护、铺管、井口强化、潜水支援等。

“Skandi Aker”号井口强化船
　　2010年1月，STX欧洲交付了1艘采用OSCV06L型设计的井口强化船“Skandi Aker”号。该16000GT井口强化船总长157米，为目前世界最大。船上配备有高42米的模块处理塔，400t的AHC起重机，2艘“工作”级ROV，7.2米×7.2米的通海井，柴电推进，拥有DP3级动力定位能力，工作水深达3000米。除了井口强化外，该船还可执行海底建造和安装任务，成本也较低。卓越的性能使“Skandi Aker”号入选了多家著名刊物评选出的2010经典船型。
　　此外，STX欧洲的其他一些船型也体现海洋工程船的未来发展趋势，如采用LNG燃料、生物燃料和传统柴油的PSV12型PSV等。
　　罗尔斯·罗伊斯公司旗下产品
　　该公司的海洋工程船产品以其UT系列而著称，所涉及的船型种类繁多，包括PSV、AHTS、多功能作业船、井口强化船、钻井船等。UT型设计的特色是将船上所有主要系统都整合到了船体上，在优化了性能的同时，还可让该船在世界任意地点建造。据统计，目前世界上采用UT型设计的在建或已建海工船总计约有700艘。
　　将穿浪型船首应用在海洋工程船上是该公司的一项创举，该型船首在功能上与乌尔斯特恩公司X船首相近，主要优点是可使船在恶劣气候下实现穿浪航行，同时还可保持航速不变、降低油耗并提升船员安全性和舒适度。穿浪技术一般用于高速双体和三体船，公司经过大量的研发、计算机辅助设计、水池试验，已成功将该尖端技术融入海洋工程船，可保证恶劣环境下船舶的航行性能及安全性。其首艘穿浪型海洋工程船为Farstad航运公司近期订购的1艘PSV，该船采用UT754 WP型设计。
　　此外，动力系统也是该公司的重点研究方向，柴电动力、混合动力、LNG燃料等都在研究范围之内，既要考虑到功效，又要实现绿色环保，如Island Offshore公司订购的4艘PSV，即为采用LNG燃料的UT776型。

UT790CD型锚作船
　　UT790CD型是该公司目前正在开发的新一代锚作船。一般来说，船体宽度越大稳定性也越好，但相应的阻力也会增加。而UT790型的船宽为23米，所产生的阻力却比传统20米和22米船宽的船更小，原因就是UT790型采用了穿浪型船首。考虑到锚作因素，主机被布置于更接近船尾的地方，次级绞车的位置下移，从而增加了稳定性并释放了更多空间，同时，主机的后移还降低了噪声影响，也更有利于废气排放。船上配备有4台次级绞车，与传统配有6台绞车的锚作船所起到的功效相同，可处理至少2000米长的缆线和锁链，以及3000米以上的纤维索。此外，货物栏杆也进行了优化以提高安全性和稳定性。
　　UT790CD型采用包含3种推进模式的混合动力推进系统，1个调距螺旋桨，2台Azipull推进器，具有油耗低、操作灵活的特点。发动机满足“清洁设计”标准，气体净化装置可减少90%的氮氧化物排放量。船首方位推进器由2个独立的配电盘驱动，因此冗余度较大，从而实现了采用3台推进器就能达到DP2动力定位等级，传统设计则需要4台推进器。此外船上还配备了安全甲板操作（SDO）系统，在不影响操作灵活性和效率的前提下，提升了船员的作业安全性。 
　　韩国公司钻井船
　　韩国在钻井船建造市场上的优势非常显著，世界钻井船手持订单中大部分为韩国公司所有。
　　由三星重工设计建造“Saipem12000”号属第六代钻井船，船体基于“Saipem10000”号钻井船而设计，主要区别在于动力和推进系统。船体总长227.8米，船宽42.4米，至主甲板型深19米，结构吃水13米，排水量96400t，载重量68000t，甲板有效载荷超过20000t，航速12节。主机为6台MAN B&W 16V32/40型柴油机，单机输出功率8000kW，船上配备了6个罗尔斯·罗伊斯公司方位推进器，动力定位能力达到DP3级。同时，“Saipem 12000”号还拥有双钻井能力并装备有扩井试验，工作水深3658米，钻井深度9144米。

“深水冠军”号
　　2010年11月16日，韩国现代重工（HHI）将“深水冠军”号交付给了瑞士TOI公司。该船是GustoP-10000型钻井船中的首艘，融合了Transocean公司和埃克森美孚公司的专业钻探技术。船体总长229.22米，型宽36米，至主甲板型深18.15米，结构吃水12米，航速12节，载重量34000t。拥有DP3动力定位能力，在正常情况和紧急情况，甚至在只有一个发电机组保持工作的情况下，有能力提供足够的动力保持船的位置。在运营过程中对环境的影响在同类型船中是最低的，因为它燃料消耗低并且还拥有专利排水处理系统。
　　船上采用拥有专利的推进器筒设计，不用拆卸就能对推进器进行现场检修。这个重要的特点在深水操作中可以节约宝贵的时间，从而保证了钻井操作的连续性。目前该船工作水深达3048米，只需少许改动或添加少许设备即可用于3658米水深，钻井深度达12192米。

“Noble Globetrotter”号
　　“Noble Globetrotter”号是由STX公司设计建造的新一代钻井船，船东为瑞士Noble公司。该船总长189米，型宽32.2米，至主甲板型深18.9米，结构吃水12.2米，最大航速12节。其紧凑性体现在排水量仅56000t，却具有与排水量达到100000t的钻井船同样的作业能力。该船拥有DP3级动力定位能力，可在全世界范围内进行海洋钻井立管和带压立管钻井作业。其设计基于桅杆式钻井架，转盘上设有立管盒。
　　钻井包的设计重点在于钻探效率和通用性。使用海洋钻井立管最大工作水深可达3048米，总钻井深度超过12190米。3020米的隔水管平行存放在主甲板下的船体内。船体结构经过动态载荷分析和谱疲劳分析。在-15℃的环境条件下疲劳寿命为20年，结构经过加强，纵向系统达到ABS“1A”冰级符号标准。
　　除上述几家公司之外，还有不少公司也在积极参与海洋工程船的船型和技术研发，如荷兰Alewijnse Marine Systems公司所开发的直流总线系统、法国Technology Associates公司的“最小焊接舱壁”技术以及瓦锡兰公司新开发的VS465MKⅡ型多功能守护船等。
　　点睛：
　　从以上介绍的这些船型可以看出，目前亚洲国家在海洋工程船的建造市场上已逐步占据主导地位，但在设计领域，欧美公司仍占据着绝对优势，一些新技术新船型几乎都出自他们之手。随着世界油气资源开发重心向海洋转移，海洋工程船船队也在不断壮大，不仅数量上持续有新鲜血液注入，各种新船型新技术也是层出不穷。更大、更深、更专业、更环保成为当前海工市场的主要发展方向。此外，由于海上风能越来越受到人们的重视，海上风电市场也在逐渐升温。据GL预测，欧洲对于风机安装船的需求约15～20艘，中国和美国约40～50艘，配套的供应船等所需数量将在200～300艘之间，具有一定的市场潜力。