DLV2000新一代鋪管船設計

劉方琦

隨著深海石油、天然氣油氣勘探和生產活動的日益頻繁，對油氣運輸用的海底管道的需求增長，新一代3000米水深S形鋪管法（S-lay）鋪管船有著廣闊的市場需求。

盡管淺海大陸架區域的勘探和開發仍然占據了大部分的海工市場，但深海工程項目也在快速發展著。統計顯示，2001年至2010年間深海工程的投資共5410億美元，到2020年間預計增長至1.24萬億美元。其中，巴西、西非和亞太地區的海洋油氣資源開發推動了海工裝備需求增長，“S-lay”型鋪管船的需求也將隨之增長。“S-lay”型鋪管船可在多個工作點同時進行焊接，其工作效率得到顯著提升，可以鋪放更長的混凝土外殼的管道，如天然氣干線管道或較長的鏈接管道（tie-backs）。

在此需求下， 法國船東Technip投資了最先進的“Global 1200”號和“Global 120”號。2014年2月，印度船東Saipem又接收了船廠交付的300米長“Castor-One”號超大型“S-lay”鋪管船，可用于在超深水及北極圈等極端環境條件下安裝36英寸和60英寸直徑的管道。美國的海洋工程公司McDermott也在擴大他們的水下作業船隊，2012年12月投資4.5億美元向吉寶公司訂購了新一代“S-lay”型船，預計工期為27個月。他們認為目前對這種船型的需求被低估了，并將其作為公司的深水及水下戰略的一部分。

據了解，該船由吉寶公司設計部門Marine Technology Development與McDermott公司合作開發，暫時命名為DLV2000。該船配有起重機，可用于鋪設45英寸和60英寸直徑的管道，最大作業水深為3000米，可在極端天氣環境下工作。MeDermott要求這艘船最小載重噸為17000噸，配有Kongsberg DP3動態定位系統，推進功率要達到24.5MW，最高航速14節，具有2200噸起重能力并且纜繩長度要能滿足3000米的工作水深，同時還要能容納400人工作和起居。

據吉寶的工程部經理Au Yeong介紹，設計這款船型的一個關鍵點就是要平衡船東對于起重和鋪管能力的要求及其對船舶耐波性的影響。該船共有十二個管道生產點，并要求每兩個焊接點之間的間距為12.2米，因此使得船長為184米。另外，在結構上協調起重機柱、托管架鉸鏈、托管架系統和兩個主機推進器基座的布置也同樣富有挑戰性。還需對船尾部30%船長的部分進行3D有限元分析，以分析懸掛在船尾部的起重機和托管架的載荷，與此同時還應考慮空船重量、浮性和液艙載荷。另外，遮蔽的導管單接頭及預制雙接頭生產點的布置，以及在兩個分開的機艙里布置的六臺發電機（為了滿足DP3要求），對概率破艙穩性計算將產生不利的影響。

穩性：為了同時滿足載重噸、穩性和航速的要求，DLV2000的單體船殼需滿足和大型客船相同的概率破艙穩性。在模型測試前，吉寶和荷蘭的Marin公司合作對船體進行優化，以滿足在吃水為7米時可以達到14節的設計航速，并利用Marin公司的RAPID軟件進行計算流體力學（CFD）計算，以優化船體的耐波性能。Au Yeong介紹說，“在艏部、舯部、艉部特別是沿船長方向的減波，以及對船體壓力分布的優化獲得了成功。為了進一步確認概念設計，進行了額外的速度、功率的計算”。

耐波性：吉寶的設計團隊和Marin一起研究了在鋪管操作中如何提高船舶的運動特性，并優化設計了主動減搖艙（ART）。利用Marin內部的耐波性計算程序SHIPMO，分析兩個典型作業區域在沒有ART裝置、有三個ART裝置和有五個ART裝置時的表現，以驗證ART疊放在艏樓后面甲板上時的效率。結果發現五個ART比三個能提供更好的鋪管操作性（所有測試點分布在艏部四分之一到艉部四分之一之間，并且以ART數量為限制標準）。

由于要容納400人，該船的設計應遵循SOLAS公約對大型客船的規范要求，也就是說對水密艙壁、結構防火、內部空間布置和系統冗余度有更高的要求。該船的設計同樣符合2010年生效的安全返港規則（Safe Return to Port）的要求，規則要求船舶本身就相當于救生艇，要在發生不超過安全界限的起火和進水情況下仍保持可操縱性。

動力和自動化系統設備由ABB公司提供，合同價值1200萬美元，包括6臺5500kW發電機組、6.6kV環路結構配電盤、變壓器、復頻器和遠程診斷系統。這個系統一共能提供33MW的電力，其用電裝置包括6個2200kW的下拉推力器和2個1250kW導管推力器的推進系統。另外甲板上布置有2200噸的主起重機（額外250噸起重能力），安裝在右舷的有升沉補償的折臂吊和進行3000米作業用的線纜，安裝在左舷的110t安全工作載荷的固定甲板起重機。管道生產和鋪放設備分布在4000m2甲板上的12個單接頭工作點和6個雙接頭工作點，包括3個165t的管道張力器和550t、275t的A&R絞車各一個。

2013年7月底，該船的所有關于主尺度系數、強度和穩性測試、動力、耐波性、動態定位和柴電系統的工作都已經完成，分段建造工作進入準備階段。然而，Au Yeong預計這艘復雜先進的船舶在生產和建造時還將面臨更多的來自設計和溝通上的挑戰，預計2015年底交付。

據了解，DLV 2000不是McDermott船隊中唯一一艘在建新船，2012年8月公司簽訂的另外一個訂單，是水下工程船“Lay Vessel North Ocean 105”號的姐妹船。該船是一艘高性能的鋪管船，配有先進的設備，既可以采用剛性卷筒式鋪管，又可以使用撓性鋪法，以適應市場的需求。