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国内OSV船型技术最前沿(Z.2014.5)

新闻来源:中国船检    浏览量:414 中国船检 2017-10-25
        海洋工程辅助船(简称OSV)是为海洋油气开发提供配套服务的工程船舶的总称,通常涵盖了三用工作船(简称AHTS,功能包括起抛锚、拖带、供应)、平台供应船( 简称PSV)、交通船、救助船、物理勘探船、大型近海起重船、导管架下水驳、大型半潜运载船、铺管船、潜水作业船、守护船、救护船等。
        海洋油气开发关系到国民经济发展大局,研究我国海洋油气勘探开发工程所需的OSV相关高端装备技术,是提高我国海洋油气开采综合能力的一项关键性工作。特别是我国的海洋油气开发已逐渐向深海海域发展,为适应这种战略转移,满足深水作业要求的OSV已成为当前急需开发的船型。
        国内最新技术发展趋势
        总体来看,目前国内OSV船型技术发展的趋势和特点主要体现在七个方面。
        一是多功能、多用途、一体化。大功率、深水、多用途成为发展趋势,兼具备守护功能、救助功能、平台供应功能、对外消防灭火功能、海面溢油回收功能等。
        二是超大功率推进装置。超大推进功率动力装置的配置,使推进功率能综合利用,向特种作业设备供电、供气、牵引等,发挥最佳的效能。并对柴油机直接驱动推进、柴电混合推进、电力推进等多种推进方式进行综合考虑。
        三是绿色能源等多种环保技术应用。目前新建造的AHTS和PSV船型都有采用CCS Clean入级符号标准、燃油舱双壳保护、压载水处理装置等新技术运用;配置柴电混合推进、电力推进、双燃料发动机等新型推进装置。但是由于国内研发技术、设备生产能力薄弱,港口配套设施不完善,目前尚没有广泛使用清洁能源(LNG燃料、生物燃料)、双燃料发动机的OSV。
        四是全智能化、全自动化、高可靠性。无人机舱的全自动化控制,驾驶室、集控室全电脑化控制,仅需1人就可通过控制杆(Joystick)操纵船舶航行,而且其冗余设计使船舶可靠性大幅度提高。
        五是高精度动力定位能力。根据海洋工程作业的特殊性要求,目前新建、在建的OSV绝大部分都具有动力定位能力(DP),配置大推力的艏艉管道侧推装置和伸缩式大推力全回转舵桨装置,可保证海上作业时的高精度定位。
        六是特殊工程设备模块化、集装箱化。特殊作业设备模块化安装,移动式、集装箱式甲板消防灭火系统及集装箱化的海面溢油回收装置等。
        七是船舶舒适性要求提高。国际海上劳工公约MLC2006的生效实施,穿浪型船首设计,船上舱室振动、噪音标准的提高,使船员舱室舒适度较以往有了大幅提高。
        关键技术研究总体情况
        国内主要船舶设计公司、研究院以目前已开发的多种类型OSV 为主体,主要研究方向和关键技术有以下几个方面。
        进行船型开发研究和试验,对大型推进动力、电力推进的应用、快速性能、系柱拖力、深水起抛锚作业、深水作业抗风浪性能、动力定位系统、深水监控技术、特种作业功能、300米饱和潜水、深潜生命保障系统、遥控潜水器(ROV)遥控检测、海上直升机起降、水下挖沟作业方式、水下作业动力输送系统、海底管线高效铺设、开沟埋管与检测维修、大型半潜运载、调载系统、特种作业船舶稳性等方面进行专题研究、技术论证和综合分析,攻克了相关关键技术难题。目前,国内主要船舶设计单位已经或正在重点研发的船型及其关键技术如下:
        一是深水三用工作船(AHTS):我国海洋油气开发已逐渐向南海等深海区域发展,急需开发满足深水作业工况特殊要求,能进行3000米水深起抛锚作业的大型多功能深水三用工作船。对其大型推进动力、快速性、高系柱拖力、抗风浪能力、耐波性、动力定位、3000米水深起抛锚作业、多种特种作业功能、船上装载大型特种作业设备等进行综合分析和开发研究,主要内容有:
        船型优化及总体布置:由于此类船型趋向于船舶尺度大型化,科技含量高,且特种作业工况复杂,属布置型船型,故需对船型进行深入细致的设计和优化,对总体布置中的特种作业设备、特种作业功能需进行综合研究。
        快速性、高系柱拖力性能试验:船舶的快速性能和系柱拖力是此类深水三用工作船的关键性技术指标。特别是深水作业,远离海岸基地,快速性显得尤为重要;系柱拖力也应具备拖曳大型深水石油平台的能力。
        深水作业抗风浪性能、耐波性试验:深水海域海况十分恶劣,需对深水三用工作船在大风浪、恶劣海况下的抗风浪性能和耐波性能进行专题研究,以提高其在恶劣海况下的作业能力。
        超大功率动力装置与船型的匹配:超大功率动力装置与船舶主尺度、线型的匹配关系,使推进功率发挥最佳的效能,并对柴油机直接推进、柴电混合推进、电力推进等推进方式进行专题研究。
        动力定位性能:高精度的动力定位性能是深水三用工作船在深水海域作业时必须具备的功能之一。为此,对动力定位系统、定位功能、冗余度、推进系统配置开展专题研究。
        超大型拖曳设备配置:对超大型多功能拖曳设备的配置,包括拖力达5000kN或以上、具有大容绳量的大型多组卷筒,可进行平台起抛锚作业、长距离拖曳大型平台的低压液压拖曳绞车的配置技术等进行研究。主拖缆机功率和绞车拉力足够大,配备多滚筒,提供大容绳量。
        3000米深水抛起锚作业技术:主要研究船舶在1500~3000米或以上超深水水域起抛锚作业方式、作业锚及锚泊链索的储运,深水起抛锚作业设备配置等。配备先进的安全起抛锚系统,或后甲板要求配备折“海洋石油708”深水工程勘探船叠的工作吊车,配合大型卸扣等连接件的作业。同时要求具有较大的平台锚链舱装载能力。船艉部设置大负荷A字架,或者配置锚收放架(Anchor Recovery Frame)用于大抓力锚和大型吸力锚的收放。
        深水特种作业功能设备配置:对深水特种作业功能所要求的设备配置、作业布置、功能实施等开展研究,进行功能预留和预设、预埋。
        二是新型多功能守护船:开发新型多功能守护船的目的是为了优化船型,节能、环保,适应我国海洋工程开发迅速发展的需求。主要对其动力推进方式、抗风浪能力、耐波性能进行专题研究。对其守护功能、救助功能、对外供应功能、对外消防灭火功能、海面环保功能等进行多功能、系列化、标准化优化设计研究。
        船型优化及总体布置:由于该船型科技含量高,特种作业功能复杂,故需对船型进行优化设计和研究,对总体布置中的多种作业功能、特种作业设备进行综合技术分析研究。
        动力推进方式:对柴油机推进、电力推进进行技术经济论证及研究,并对轴系变距桨、全回转舵桨,船内电机驱动、吊舱式电机驱动等动力推进形式进行专题研究。
        电力推进应用优化设计:对电力推进应用技术进行研究,根据船舶功率大小和使用要求不同,选择合适的发电机、变压器、变频器、推进电机,组成最优电力推进系统配置。
        抗风浪能力、耐波性能试验:主要研究船舶在大风浪中的船舶升沉幅值、横摇角、纵摇角、垂向加速度等船舶耐波性能,满足9级大风浪恶劣海况(12级风、14米浪)下的安全航行性能和抗风浪能力。
        特种作业功能优化设计:对为海洋石油平台提供多种服务的多种特种作业设备配置、总体布置、作业功能、作业要求的协调等进行专题研究,形成一种具有多种不同作业功能和多种不同船型特征的有机组合,且多种船型船级符号并存的一体化船型。
        快速性能、系柱拖力性能试验:主要对主尺度、船型系数进行论证和选择,对线型和螺旋桨进行优化设计和船模试验。
        系列化、标准化船型:对不同主尺度、不同功率配置、不同作业功能、不同特种设备配置、不同总体布置等进行系列化研究,形成标准化系列船型。
        三是大型多缆物探船:深海海域开采油气,离不开物探船的前期勘探工作。物探船中最主要的类型是大型多缆物探船,此外,电磁勘探船近年也发展很快。分析研究多缆物探船的作业特点和要求,并对船型进行优化研究,对大推力、高航速、低噪音的总体性能平衡、水下噪音评估及控制、专业设备的选型以及合理布置、物探专业设备自主研发、信号采集技术等关键技术开展专题攻关研究。
        快速性、高航速、海上自持力强:非作业条件下,工区的转移、补给需要高航速,提高作业效率。
        水下噪音评估及控制:物探船是利用声纳发射、接受声波来进行深海石油等资源勘探任务的船舶, 船舶水下辐射噪声过大, 容易降低自身声纳的探测功能,严重影响物探船的功能。根据主要物探频段特点, 采用有限元和边界元相结合的方法进行船舶水下噪声评估技术研究, 对评估方法进行验证; 提出船舶噪声控制措施。
        在“海洋石油720”轮的设计过程中,开展了水下噪音的预报与控制技术的研究,开发了水下噪音的分析软件,进行了舱室以及水下噪音的评估,在这个基础上形成了噪音控制的方案。
        专业设备选型以及合理布置:由于船型科技含量高,特种作业功能复杂,故需对船型进行优化设计和研究,对总体布置中的专业作业设备进行综合技术分析研究。
        物探专业设备自主研发:地震采集系统、震源系统、导航系统、水下姿态系统,目前这些设备国内都不具备生产制造的能力,全部靠进口。由于海上物探的装备跟军事关系紧密,因此受到国外高技术出口的限制,这样造成了我们现有的物探船配备的物探设备在高精度采集上受到了限制,特别是电缆的深度。目前进口的设备只有30米。因此国内也加大了这部分的研发投入,使国产水下设备尽早的投入使用。
        信号采集技术:由于技术的不断进步,台上拖缆的采集方法也是层出不穷,适应不同地质的要求。这些方法就是依靠水下拖曳设备不断的进步才能实现。
        常规的作业,拖带12条电缆,每条电缆是8000米,间距是100米。到更高层次是427.5米,所以水下的横向控制系统显得尤为重要。
        通过在“海洋720”轮的基础上引进消化吸收再创新,目前国内已经具备了初步开发、设计制造大型物探船的能力。另外在12缆物探船设计的基础上,国内自主完成了16缆物探船的方案设计,为今后发展更大型的深水物探船打下了坚实的基础。
         四是多用途潜水支持船:海洋工程离不开潜水作业支持,300米饱和潜水技术已成为海洋工程作业中必不可少的项目。对常规潜水、300米饱和潜水、ROV遥控检测、海上直升飞机起降、深潜生命保障系统、大吨位海上作业起重机、动力定位、四点锚泊系统等进行专题开发研究,对船型的耐波性、抗横倾系统、减摇系统、总体布置等进行优化设计研究。
        五是大型高效铺管船:铺管船是从事海洋石油、天然气输送管道铺设的工程船舶。随着输送管道铺设工程量迅速上升,特别是深海铺管作业发展,开发旨在提高铺管效率、加大铺管直径、适应深海铺管作业的大型铺管船日显迫切。分析研究铺管船的作业特点和要求,并对船型进行优化研究,对起重机配置、起吊能力、耐波性能、载荷和动力特征、总体布置、铺管设备、定位系统、管线材料装卸方式等关键技术开展专题攻关研究。
        六是大型半潜运载船/驳船:大型半潜运载船/驳船是一种用以装运特大、超大物件的特种运输船舶,是海洋油气开发装备研制体系中不可缺少的环节。随着国内海洋工程的迅速发展,其需求量也将越来越大。对大型半潜运载船的主尺度优化、动力推进方式、快速性能、调载系统、船体强度、半潜承载作业稳性、动力定位、塔楼尺度、特种作业设备和船型布置优化等进行综合分析和专题开发研究。
        通过开展上述OSV船型相关关键技术的研究以及相关成果的运用,使得我国的OSV船型技术无论从研发、设计、建造、作业管理方面都取得了巨大进步,也积累了丰富的经验,为我国海洋油气开发提供了有力的支持保障。(本文作者:陈伟 赵云鹏 徐捷)
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