深水半潜式起重铺管船现状及船型特点

陈荣旗，彭小佳

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

0 引 言

近年来，中海油响应国家“建设海洋强国”的战略部署，积极投资深水海洋工程装备，海洋石油981等一批用于深水油气田开发前期建设的装备陆续交付和开始建造，但是还缺少一艘用于后期建设的深水海洋工程旗舰。深水半潜式起重铺管船(SSCV)可以在深水海域进行大型结构物起重和J-lay铺管，且耐波性能优异，在恶劣海况条件下的可作业天数大幅高于传统船型工程船，正是中国深水油气田开发急需的船型。半潜式起重铺管船设备众多，电力负荷需求大，总装机功率通常在60MW以上，需要设置4～6个主机舱和8个以上推进器，造价昂贵、技术难度大。这种船型在世界范围内都很少，核心技术一直被国外公司垄断。为了持续提高我国深水海洋工程装备能力，打破国外公司在该领域的垄断，海洋石油工程股份有限公司正在进行半潜式起重铺管船的前期研究[1]。

本文对世界上现有的半潜式起重铺管船现状和船型特点进行了总结，希望为国内技术人员进一步的研究提供参考。

1 半潜式起重铺管船发展现状

1.1 国外SSCV现状

半潜式起重铺管船水线面较小，耐波性能好，但是由于投资巨大，在全世界范围内的数量很少。世界范围内的半潜式工程船中，同时具备起重和J-lay铺管功能的船只有两艘，分别为Balder和Saipem7000。为了扩大可比对的范围，本文将两艘主要功能为起重的在役平台Thialf和Hermod也考虑在内。

Hermod和Balder是姊妹船，由日本三井集团在1987年建造的，主要功能为起重。在2001年，Heerema公司对Balder进行了升级，增加了J-lay铺管塔，升级了动力定位(DP)系统，变成了多功能深水起重铺管船。Thialf和Saipem7000是目前世界上最大的全回转起重平台，Saipem7000在1999/2000年的改装中增加了J型铺管功能。

四艘同类型船舶主要情况如表1所示。

表1 同类型船舶主参数Table 1 Main parameters of the four similar vessels

1.2 国内起重铺管船现状

目前，国内还没有半潜式起重铺管船。所有重吊船及铺管船均是常规船型或驳船形式。表2列出了国内主要的全回转重型起重船。

表2 国内主要起重铺管船舶Table 2 Main crane and pipe-laying vessels in China

1.3 在建的半潜式起重铺管船现状

根据调研，Heerema公司瞄准平台拆除市场，正在建设一条配备两台10000t起重机的半潜式起重船，预计2018年交船。该船配备8台5500kW全回转推进器，DP3定位能力，船长220m，船宽102m，住舱人数400人，设计航速10kn。

荷兰OOS公司和招商局工业集团有限公司签约合作，共同投资10亿欧元，建造2艘半潜式起重船，计划于2019年交付。新船将命名为“OOS Serooskerke”号和“OOS Walcheren”号。船长146.75m，船宽90m，主甲板高度43.55m，每艘船配备两台2200t主吊机，总起重能力4400t，每艘船配备6台3800kW推进器，具备DP3动力定位能力，住舱人数750人，航速11kn，可在深水海域进行生活支持和起重作业等。

2 半潜式起重铺管船船型特点

2.1 主要作业设备

半潜式起重铺管船的两个主要作业设备分别为J-lay铺管系统和起重机。

海洋油气管道铺设分为S-lay、J-lay、Reel-lay等不同方式[2]，由不同的铺管船来完成。J-lay铺管主要是针对水深较深的平台间管线和难度较大的外输管线的铺设，铺管速度较慢，但可作业水深较深。J-lay铺管系统主要包括管道预制系统和J-lay塔两部分。预制系统即在船舶甲板上将单节点海管预制成双节点、四节点甚至六节点海管的海管焊接系统，包括管道传输、打坡口、焊接、涂覆等几个功能，与其他铺管船基本相同，根据船舶的功能定位进行选择。J-lay塔主要由以下部分组成：(1)上管装置——上管装置的夹具预先夹住管段，旋转上管装置把管段送至J-lay塔的预铺设路径上；(2)管道支撑装置——将管段维持在一定的角度来满足铺设的需求，根据铺设的需要可以调整支撑装置的角度；(3)管道张紧装置——固定管段，保证焊接、检测以及涂层作业的正常作业；(4)管道连接装置——将管段的最下端连接到前一次释放管段的最上端；(5)管段下放装置——预铺设管段与已铺设的管线焊接成一体后，将管线下放。

深水半潜船的主起重机能力通常在4000t以上，吊臂可以实现360°全回转，配置深水升降补偿系统，主要作业对象为深水或恶劣海况下的大型结构物吊装和拆除。

2.2 结构特点

半潜式起重铺管船是一种柱稳式的移动平台，分为上浮体、立柱、下浮体三部分[1]，通常设有1个上浮体、4至8个立柱、2个下浮体。立柱之间通过水平横撑进行连接。作业吃水通常在立柱中间高度位置，水线面相对船型船更小，因此具有更优的耐波性能。但是由于主吊机和铺管设备通常都布置在船尾(见图1)，故而空船重心会比较靠后。

图1 SSCV侧面示意图Fig.1 SSCV lateral view

图2 推进器布置示意图Fig.2 Thrusters arrangement

2.2 定位系统

半潜式起重铺管船通常会同时配备动力定位系统和锚泊定位系统，在深水海域通过多个推进器进行定位，在浅水海域通过多点系泊进行定位。

由于起重作业安全风险较大，欧美国家通常要求作业船舶动力定位等级达到DP3。SSCV船舶尺寸较大，所受的风力、流力等环境载荷较大[3]，为保证动力定位能力，通常需要配备多个大功率全回转推进器，如图2所示。推进器的布置和选型方案对于全船的轮机、电气系统影响较大。

2.3 动力及电气系统

半潜式起重铺管船设备众多，电力负荷需求大，总装机功率通常在60MW以上，需要设置4～6个主机舱，每个主机舱配置2～3台主机。主配电板也相应地需设置4～6段，考虑DP3一个舱室损失后仍能保证动力定位能力的要求后，每段配电板要单独连接一个主机舱和2～3台推进器，且不同配电盘的主电缆之间需进行分隔。因此，DP船供电系统的设计难度较大。

近年来DP供电系统逐渐成熟，并开始应用于各类工程船舶上。根据不同机舱的配电盘之间在作业工况是否连接，DP供电系统分为开环和闭环两种，相对于常规的开环系统，如图3所示的电力系统闭环运行具有以下优势：(1)节约燃油，系统灵活，可根据实际需求开启发动机，减少有害气体排放；(2)降低主机运行时间，减少主机维修成本；(3)加强了电力系统的稳定性。但同时，闭环运行电网需要进行实船短路电流试验，会给设备及项目进度带来一定风险。

图3 典型的闭环系统示意图Fig.3 Typical closed-loop system

3 结 语

深水半潜式起重铺管船的主要功能为J-lay铺管和大型结构物吊装、拆除，半潜式平台的结构类型使它具备较好的耐波性能，能够大幅提高深水作业天气窗口。半潜船主尺度较大，为了保证动力定位能力需要设置8个以上的大型推进器。由于作业设备多，电力需求较大，装机功率超过60MW，船舶主尺度、动力定位系统以及电力系统的设计需重点优化。本文对该船型的现状和船型特点进行了总结。希望国内设计人员继续研究和总结，争取早日全面掌握该类船型的核心技术，以打破国外公司在该领域的垄断，持续提高我国深水海洋工程装备能力。

[1] 彭小佳,宋安科,何宁,等.深水半潜式起重铺管船船型优化方法[J].中国海洋平台,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,张润华.半潜船沉浮作业工况动载荷研究[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] 黄钰,包佳.深水海底管道铺设综述[J].海洋工程装备与技术,2017,4(5)：281.

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