DLV2000新一代铺管船设计

刘方琦

随着深海石油、天然气油气勘探和生产活动的日益频繁，对油气运输用的海底管道的需求增长，新一代3000米水深S形铺管法（S-lay）铺管船有着广阔的市场需求。

尽管浅海大陆架区域的勘探和开发仍然占据了大部分的海工市场，但深海工程项目也在快速发展着。统计显示，2001年至2010年间深海工程的投资共5410亿美元，到2020年间预计增长至1.24万亿美元。其中，巴西、西非和亚太地区的海洋油气资源开发推动了海工装备需求增长，“S-lay”型铺管船的需求也将随之增长。“S-lay”型铺管船可在多个工作点同时进行焊接，其工作效率得到显著提升，可以铺放更长的混凝土外壳的管道，如天然气干线管道或较长的链接管道（tie-backs）。

在此需求下， 法国船东Technip投资了最先进的“Global 1200”号和“Global 120”号。2014年2月，印度船东Saipem又接收了船厂交付的300米长“Castor-One”号超大型“S-lay”铺管船，可用于在超深水及北极圈等极端环境条件下安装36英寸和60英寸直径的管道。美国的海洋工程公司McDermott也在扩大他们的水下作业船队，2012年12月投资4.5亿美元向吉宝公司订购了新一代“S-lay”型船，预计工期为27个月。他们认为目前对这种船型的需求被低估了，并将其作为公司的深水及水下战略的一部分。

据了解，该船由吉宝公司设计部门Marine Technology Development与McDermott公司合作开发，暂时命名为DLV2000。该船配有起重机，可用于铺设45英寸和60英寸直径的管道，最大作业水深为3000米，可在极端天气环境下工作。MeDermott要求这艘船最小载重吨为17000吨，配有Kongsberg DP3动态定位系统，推进功率要达到24.5MW，最高航速14节，具有2200吨起重能力并且缆绳长度要能满足3000米的工作水深，同时还要能容纳400人工作和起居。

据吉宝的工程部经理Au Yeong介绍，设计这款船型的一个关键点就是要平衡船东对于起重和铺管能力的要求及其对船舶耐波性的影响。该船共有十二个管道生产点，并要求每两个焊接点之间的间距为12.2米，因此使得船长为184米。另外，在结构上协调起重机柱、托管架铰链、托管架系统和两个主机推进器基座的布置也同样富有挑战性。还需对船尾部30%船长的部分进行3D有限元分析，以分析悬挂在船尾部的起重机和托管架的载荷，与此同时还应考虑空船重量、浮性和液舱载荷。另外，遮蔽的导管单接头及预制双接头生产点的布置，以及在两个分开的机舱里布置的六台发电机（为了满足DP3要求），对概率破舱稳性计算将产生不利的影响。

稳性：为了同时满足载重吨、稳性和航速的要求，DLV2000的单体船壳需满足和大型客船相同的概率破舱稳性。在模型测试前，吉宝和荷兰的Marin公司合作对船体进行优化，以满足在吃水为7米时可以达到14节的设计航速，并利用Marin公司的RAPID软件进行计算流体力学（CFD）计算，以优化船体的耐波性能。Au Yeong介绍说，“在艏部、舯部、艉部特别是沿船长方向的减波，以及对船体压力分布的优化获得了成功。为了进一步确认概念设计，进行了额外的速度、功率的计算”。

耐波性：吉宝的设计团队和Marin一起研究了在铺管操作中如何提高船舶的运动特性，并优化设计了主动减摇舱（ART）。利用Marin内部的耐波性计算程序SHIPMO，分析两个典型作业区域在没有ART装置、有三个ART装置和有五个ART装置时的表现，以验证ART叠放在艏楼后面甲板上时的效率。结果发现五个ART比三个能提供更好的铺管操作性（所有测试点分布在艏部四分之一到艉部四分之一之间，并且以ART数量为限制标准）。

由于要容纳400人，该船的设计应遵循SOLAS公约对大型客船的规范要求，也就是说对水密舱壁、结构防火、内部空间布置和系统冗余度有更高的要求。该船的设计同样符合2010年生效的安全返港规则（Safe Return to Port）的要求，规则要求船舶本身就相当于救生艇，要在发生不超过安全界限的起火和进水情况下仍保持可操纵性。

动力和自动化系统设备由ABB公司提供，合同价值1200万美元，包括6台5500kW发电机组、6.6kV环路结构配电盘、变压器、复频器和远程诊断系统。这个系统一共能提供33MW的电力，其用电装置包括6个2200kW的下拉推力器和2个1250kW导管推力器的推进系统。另外甲板上布置有2200吨的主起重机（额外250吨起重能力），安装在右舷的有升沉补偿的折臂吊和进行3000米作业用的线缆，安装在左舷的110t安全工作载荷的固定甲板起重机。管道生产和铺放设备分布在4000m2甲板上的12个单接头工作点和6个双接头工作点，包括3个165t的管道张力器和550t、275t的A&R绞车各一个。

2013年7月底，该船的所有关于主尺度系数、强度和稳性测试、动力、耐波性、动态定位和柴电系统的工作都已经完成，分段建造工作进入准备阶段。然而，Au Yeong预计这艘复杂先进的船舶在生产和建造时还将面临更多的来自设计和沟通上的挑战，预计2015年底交付。

据了解，DLV 2000不是McDermott船队中唯一一艘在建新船，2012年8月公司签订的另外一个订单，是水下工程船“Lay Vessel North Ocean 105”号的姐妹船。该船是一艘高性能的铺管船，配有先进的设备，既可以采用刚性卷筒式铺管，又可以使用挠性铺法，以适应市场的需求。