海底管道巡检船研发设计

李 诚 张建勇 曲 杰 杨 光

（中海油能源发展装备技术有限公司 天津300452）

海底管道巡检船研发设计

李 诚 张建勇 曲 杰 杨 光

（中海油能源发展装备技术有限公司 天津300452）

简要介绍自主研发设计的“海底管道巡检船”船型的主要技术性能和技术特点。该船定位为国内首艘海底管道巡检船，搭载专业声学探测装置，抗风浪性能良好，能够持久巡线并应急响应，其各项功能均针对渤海海域海底管道运维需求进行设计，能够保障海底管道安全运营，排除隐患以避免或最大限度降低管道泄漏造成的损失。

船舶设计；海底管道；运维巡检；路由勘察

引言

海底管道是高投入、高风险的海上油气田生产设施。中国海油自1985年在渤海埕北油田铺设第1条海管以来，许多海底管道逐步进入中后期服役阶段。由于当时技术经济条件的制约，以及设计施工水平、材料缺陷和多年运行腐蚀损耗等原因，部分管道存在一定程度的损伤和风险。海底管道穿越海床，服役环境复杂，位置隐蔽，一旦出现损伤或泄漏，就会导致油田停产，产生巨额经济损失，甚至引发严重的环境灾难。为避免这种局面，切实提高针对海底管道安全隐患的排查和治理能力，中国海油研发设计了国内首艘“海底管道巡检船”。

1　船舶的设计要求

1.1 船舶用途

本船为钢质、全焊接、长首楼，具有一层连续甲板，双底、单壳（机舱为双壳），采用电力推进并拥有具备DP2级动力定位能力的钢质海管巡检专用船舶（效果图见图1）。主要定位于渤海水深60 m以内，主要作业用途：

（1）海管普查；

（2）海管详细调查；

（3）海管水下检测。

图1 全船三维效果图

本船的主要设备：

（1）尾部设2套1 100 kW的全回转舵桨推进器；

（2）首部设2套700 kW可调螺距侧向推进器；

（3）主发电机配4台1 000 kW高速船用柴油机；

（4）应急发电机配1台280 kW高速船用柴油机；

（5）主要测量设备，包括多波束测深传感器、多普勒声学海流剖面仪ADCP、侧扫声呐、USBL水下定位、溢油监测雷达、磁力仪、ROV、浅地层剖面仪（管道仪）、姿态传感器；

（6）配套绞车，包括1台布置于主甲板尾部的磁力仪绞车、1台布置于尾部右舷的侧扫声纳绞车和1台布置于主甲板一侧用于A架的起升收放作业的A架主配套绞车；

（7）尾部A型架主吊点15 t；

（8）液压折臂吊10 t·9 m；

（9）声学设备载体升降鳍；

（10）尾部预留的4个集装箱实验室位置作为测量扩展功能；

（11）海底管道检测、维修信息管理系统。

1.2 船舶航区及作业环境条件

航 区 近海航区

最高环境温度 45℃

最低环境温度 -18℃

机舱温度 55℃

最高海水温度 32℃

最低海水温度 -4℃

工作水深 6～60 m

1.3 船 级

★ CSAD Research Ship， Ice Class B， Greater Coastal Service；

★ CSMD MCC+BRC， DP-2， Electrical Propulsion System。

2　船舶总体设计

2.1 主要尺度和性能参数

总 长 65.2 m

垂线间长 56.8 m

型 宽 14.0 m

型 深 7.6 m

设计吃水 4.4 m

最大吃水 4.8 m

载重量 1 200 t

航 速 ≥13 kn

自 持 力 15 d

船 员 18 P

检测人员 12 P

2.2 总体布置

本船的总布置见下页图2。

本船为横骨架式，具有一层连续主甲板。主甲板上设A甲板、B甲板、驾驶甲板及驾驶顶甲板，主甲板下设局部平台甲板，机舱区域为双底双壳。

主甲板以下由5道水密横舱壁将主船体分隔成6个水密舱段。

图2 船舶总布置图

甲板载货区和作业区位于A甲板后的主甲板上，设负荷为15 t的A架及拖曳配套绞车，可配合不同拖体进行拖曳调查检测。主甲板右舷配备1台折臂吊（10 t·9 m）。

主甲板上设应急/停泊发电机室、空调机室、CO2间、实验室、实验办公室、医务室、洗衣间以及船员舱室/测量人员住舱等。

A甲板上自首至尾布置有首储物舱、锚链舱、厨房、粮库、蔬菜/鱼肉库、船员住舱、餐厅、油漆间等。尾部设1艘救助艇，两舷设有气胀式救生筏。

B甲板前部设锚系泊设备，B甲板上设高级船员舱室等。

本船机舱按有人值班机舱要求配置设备，设集控室。主推进系统可在驾驶室内遥控。

驾驶室顶甲板上设置蓄电池室。

2.3 船体结构

本船为全焊结构无梁拱钢质船，设置长首楼。A甲板通过舷侧连接到尾部的上甲板为强力甲板，该交叉过渡区域结构布置连续、流畅。

主船体骨架包括底部、舷侧及甲板均采用横骨架式。船中设中纵桁，机舱区域的主机座纵桁代替旁桁材。

2.4 舾装设备

2.4.1 航行锚设备

本船左右舷各设单侧式电动起锚系泊组合机1台、滚轮闸刀掣链器、锚链筒、锚穴、锚链舱各1个，每个锚链舱配置1个锚链管和弃锚器，再配3只斯贝克锚，每只重1 920 kg（其中1只为备用锚）。锚链总长440 m（16 kn）， 34 mm。

2.4.2 系泊设备

本船配置6根32 mm 8股丙纶长丝绳，每根长160 m，破断负荷154 kN 。配置1根26钢索，破断负荷402 kN，长度为190 m。在主甲板尾部配置一台50 kN电动系缆绞车。

2.4.3 起重设备

电动液压杂物吊，工作负荷为2 t，最大工作半径为5 m，安装在首楼甲板首部，用于起吊船舶食品、物料、工作用品等。

折臂吊安装在主甲板尾部：安全工作负荷为10 t时，最大工作半径为9 m；安全工作负荷为6 t时，最大工作半径为13 m。

2.4.4 特种设备

本船尾部设置15 t负载A架，主要用于辅助下水收放作业。A架备有独立的液压泵站用于A架变幅操作。A架可在4级海况下使用。

本船撬装一套ROV系统，用于ROV水下泄油点定位，ROV上搭载有油气泄露传感器。作业方式和管线调查时相类似，使ROV悬浮在管线上方，探测直至出现最大值报警，通过安装在ROV上的相机和声纳进一步观测确认，直至最终确认漏油点。

2.5 主要机电设备

2.5.1 电 站

本船设4台主柴油发电机组，每台机组功率约1 000 kW、电压400 V、频率50 Hz；再另设1台功率为280 kW应急发电机组。

2.5.2 动力定位系统

本船配备DP2级动力定位控制系统，可支持联合操纵杆模式、组合联合操纵杆/自动模式、自动首向模式、自动定位模式、自动舵模式、自动航迹模式、目标跟踪模式等工作模式。

3　功能论证和技术特点

3.1 作业能力

本船在60 m水深内具备以下作业能力：

（1）海管普查：定期对管道路由环境、管道埋深、管道冲刷、管道悬跨等进行综合调查；

（2）海管详细调查：对管道的路由变化、外部损伤、第三方破坏等进行详细调查；

（3）水下检测：采用潜水员或ROV，对管道悬跨情况、外保护层、管道外壁及其损伤情况的确认和检测、对海管油气泄漏点和泄漏状况进行探测。

3.2 升降鳍板

本船中前部设有升降鳍，升降鳍主要由提升装置和锁紧装置两大组件及鳍板结构组成。提升装置有绞车、定滑轮组、动滑轮组、钢丝绳、液压系统、控制系统等组成。鳍板结构采用水密流线型外形，横截面为对称翼型。主要用于海底管道的检测和三维成像系统的数据采集，检测声学设备安装在升降鳍内，为减小船底水流和空泡的影响，最大可伸出船底以下约2.5 m。在鳍板收回船体内情况下，可在船舶不进坞的情况下，对声学设备进行检测、维修，提高检测维修便利性。

3.3 主尺度论证

3.3.1 船 长

经分析，本船长宽比L/B约为4.5～5，B/d约为2～2.5，较小的长宽比可以有效控制造价，在同样的排水量要求下，增加船宽引起的空船质量增加约为增加船长的1/5。但一味减小船长增加船宽又会使船舶航行阻力大大增加。根据其功能需求及海区的波浪特性，适应性其满载排水量应不小于2 000 t，在L/B约为4.5～5情况下，初步估算对应船长应约为60 m且最高航速不小于13 kn。选取适当的船长，可有效降低傅汝德数，降低船舶航行阻力，本船傅汝德数控制在0.3～0.33为宜。综合考虑，本船两柱间长约56.8 m，水线长60.9 m。

3.3.2 船 宽

船宽主要对于船舶稳性至关重要，本船为海底管道的调查多功能工作船，要求在中等海况下具有较强的作业能力，适应全天候的作业要求，对于稳性要求较高。因此应满足排水量的要求，同时还需满足主发电机组的布置要求和折臂吊起重作业的稳性要求，经综合考虑，船宽定为14.0 m。

3.3.3 型 深

型深选取既要满足规范对干舷的有关要求，又必须具有足够内部空间满足布置要求，对于船的总强度、刚度都有直接影响。本船型深选取从机舱设备布置所需的净空高度和测量舱室的布置两方面综合考虑。增加型深可以改善机舱设备的布置条件，且有利于轮机人员对设备进行操作和维护。对于船舶的总强度、刚度均有利。

3.3.4 线 型

本船线型设计力求与船型特征及主要设备的设置等互相匹配。本船浮态的要求使浮心位置在舯后，且可以获得较好的阻力性能。首、尾线型及附体皆进行特殊处理，以更好地保证本船的性能。确保两舷可调桨水流顺畅，避免因为水流不畅引起的船体尾部振动。

3.4 主参数对比研究

由于国内目前尚无专业的海底管道巡检船，因此本文选择几艘尺度和功能相近的工程船，将主要参数进行对比，见表1。

表1 参考船型主要技术参数

现有的近海测量船主要排水量为600～2 000 t。排水量越小，船舶尺度也越小，船舶耐波性也越差。在相同海况下，作业精度差甚至无法作业，且在相同航速下，傅汝德数较高，航行阻力较大，推进功率也不经济。在长宽比一定的情况下，排水量增大，其耐波性和快速性会有一定好转，但其造价相对较高。根据本船的用途与环境条件，本着经济实用的原则，一般认为60 m级测量船的排水量约为2 000 t即可满足使用要求。在以上船型中，“MV Endeavour”ROV作业支持船具有较高的参考价值。根据该船型参数，结合本船的实际功能和性能需求，确定船型方案。

4　结　论

本船定位为国内首艘海底管道巡检船，填补了我国海管运维领域无专业船舶的空白，且具备完成海管巡检作业的全部能力，包括路由调查、管道外检、悬跨治理等；另外，专业的船舶设计也提高了作业质量和安全性。其主要优势如下：

（1）配备DP2级动力定位系统，船体定位能力强，可保证船舶在4级海况执行定位和定点之间的低速定向航行。

（2）搭载专业声纳探测装置和应急抢修设备，可以实现海管普查、海管详细调查、海管水下检测等功能。

（3）抗风浪性能良好。船宽相对较宽，稳性储备大，能在相对恶劣的海况完成作业。

（4）自持力良好，可持久巡航并应急响应。

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［4］ 仲伟东，王飞跃，羊卫. 动力定位船总布置设计方法研究［J］.船舶，2015（2）：37-41.

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Research and design of subsea pipeline inspection ship

LI Cheng ZHANG Jian-yong QU Jie YANG Guang
(CNOOC Energy Technology & Equipment Technology Co., Ltd., Tianjin 300452, China)

This paper introduces the technical performance and characteristics of a subsea pipeline inspection ship which is researched and developed independently. It is the fi rst subsea pipeline inspection ship in China which is equipped with professional acoustics detection devices. The ship is characterized by good weather worthiness，persistent patrol line and emergency response. It is designed according to the operation and maintenance demands for the subsea pipelines in Bohai area， which can guarantee the safety operation of the subsea pipelines and eliminate the hidden dangers to avoid the losses due to pipeline leakage.

ship design； subsea pipeline； operation and maintenance inspection； route survey

U674.38

A

1001-9855（2016）01-0016-05

2015-09-07；

2015-09-25

李 诚（1989-），男，助理工程师，研究方向：船舶与海洋工程结构设计。

张建勇（1979-），男，硕士，高级工程师，研究方向：船舶与海洋工程结构设计。

曲 杰（1976-），男，工程师，研究方向：海底管道设计安装检测维修。

杨 光（1983-），男，工程师，研究方向：船舶与海洋工程结构设计。