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——穿梭油船建造市场及技术要点分析

赵志坚/ 中远海运重工有限公司

穿梭油船如同往返于航站楼和飞机之间的摆渡车一样，穿梭于海上油田的采油终端与原油处理地之间，是将海上石油运送到陆地的一种海洋工程船舶。穿梭油船配有DP（Dynamic Positioning，动力定位）系统及BLS（Bow Loading System，艏装载系统），这是穿梭油船与普通油船的重要差异。油气资源开发从陆地转向海洋、浅海转向深海，已成必然趋势。由于在深海中，海况通常比较恶劣，对海上石油转运技术要求高，所以具有动力定位能力且能够适应恶劣海况的穿梭油船越来越受到业界的青睐。穿梭油船属于非常典型的高技术、高附加值型船舶。随着世界各国对海洋油气资源开发力度的不断加大，未来穿梭油船将面临着难得的发展机遇。

市场可观 发展前景看好

海上油田勘探开发主要集中在西非、巴西、北海等几个区域，形成了三湾、两海、两湖的格局。“三湾”即波斯湾、墨西哥湾和几内亚湾；“两海”即北海和南海；“两湖”即里海和马拉开波湖。此外，北极区域也蕴藏着丰富的石油资源。

目前市场上运营的穿梭油船共有92艘，大多服务于巴西、北海、西非等海域油田，其中有一半以上的穿梭油船是在2010年以后建造，这也意味着随着海上油田的深入开发，穿梭油船的船队在急速扩张。由于穿梭油船主要用于运送浮式生产储油船（FPSO）上的原油到陆地，其发展规模很大程度上取决于FPSO的使用情况。目前全球市场共有177艘FPSO，其中90%以上的FPSO都处于有合约的状态，而穿梭油船远远低于FPSO的数量。当前处于建造状态的FPSO共有30多艘，而处于建造状态的穿梭油船仅有7艘。从相关统计来看，目前潜在的FPSO项目几乎与现有船队规模相当，这也意味着FPSO市场具有相当广阔的发展潜力，而相应配套的穿梭油船需求自然也将具备巨大的市场发展空间。

近几年，巴西陆续从东南沿海大陆架海底盐层之下发现了丰富的石油储藏，巴西石油公司目前已在桑托斯盆地和坎波斯盆地进行了多座深海油田的勘探和开采，并宣布将加速推进桑托斯盆地和坎波斯盆地多个项目的进度，陆续推出了多个FPSO的招标项目，这意味着相应配套的穿梭油船需求也将陆续出现。据预测，到2020年巴西水域的原油产量有可能达到目前的两倍。从日产量看，桑托斯盆地和坎波斯盆地的原油日产量在18万桶左右，这将从侧面反映出所需求的穿梭油船将在百万桶级别。

2015年底，挪威能源部启动了新一轮以北极地区为重点的油气许可证出售招标，次轮招标中挪威将提供位于北极巴伦支海的54个区块和位于北海的54个区块。随着这些区块开发工作的进一步推进，相应的穿梭油船的需求也逐渐提上了日程。由于位于北极附近，该区域的开采环境更为恶劣，通常需要满足冰区加强要求和低温要求。日前，市场上已经出现了需要满足低温环境工作要求的穿梭油船询价。

墨西哥湾在勘探初期以浅水油田为主，由于长期开发该海域海底管线密布，几乎不需要穿梭油船。而近些年随着深水开发的推进，FPSO在墨西哥湾已取得了突破性的使用，相信在不久的将来，穿梭油船的大量使用也将成为必然趋势。

从新建FPSO订单情况来看，未来5年新建FPSO主要分布在巴西、英国、中国南海以及西非。从油船改造FPSO订单情况来看，未来5年，改造FPSO主要分布在巴西、西非。这与前面的分析基本一致。油价水平严重影响着海工产业订单情况。受油价走低及其他因素影响，巴西石油订购的一定数量FPSO出现了延迟交付的现象，部分FPSO订单甚至推迟到了2020年，这对穿梭油船的需求产生了相当程度的不利影响。目前拉美、亚太、西非、西北欧都有较多潜在的油田开发项目，一旦油价水平有所改善，相应的对穿梭油船的需求很快就会凸显。总的来说穿梭油船作为支撑深水石油开发的重要装备具有很大的市场潜力，发展前景看好。

图1 穿梭油船利用率分析

表1： DP-2动力定位系统设备冗余表

设计标准高 设计难度大

与普通油船相比，穿梭油船的工作环境和技术要求比较特殊。为满足海上石油高效率的转运要求，配有专门的艏部装载系统、动力定位系统以及直升机平台、货油集中遥控系统和一人桥楼驾驶操作系统。另外，穿梭油船一般要在10天左右就进行一次装卸载作业，这就要求船体结构具备优秀的抗疲劳能力。

近年来，石油公司越来越重视穿梭油船振动噪声对船员健康状况的影响，一般都会执行较严格的振动噪声控制标准。为减少船舶对环境的影响，石油公司趋向于要求采用清洁设计并尽可能的减少货油挥发性有机化合物（VOC）的挥发。此外，针对巴西石油公司、挪威国家石油公司的特殊要求，设计中还需要做特殊考虑。

综上所述，穿梭油船的设计标准高，难度大，具有较高的附加值。下面对主要的技术要求分析如下：

动力定位系统

动力定位系统的作用是采用推进器提供推力以抵抗作用在船上的风、浪、流等环境力，从而使船舶保持在海上特定的位置附近。

动力定位系统在穿梭油船从海上装载终端（FPSO/FSO）装载原油时投入使用，以确保穿梭油船保持在相对固定的位置，是穿梭油船区别于普通油船的一个重要特征。该系统包括动力系统、推进器系统、DP控制系统和测量系统。穿梭油船上配备的动力定位系统通常为DP-2级别，DNV GL船级符号是DPS 2和DYNPOSAUTR，保证单一故障不会导致船舶定位失效，系统的设备配置和冗余见表1。推进器至少有两组，对于满足巴西石油公司的穿梭油船，还需要额外增加艏部方位推一个单独分组，主要用于保证在前两组失效的情况下，仍具有DP定位能力，以确保穿梭油船与FPSO的安全。

挪威国家石油公司要求满足装载过程中有义波高5.5米，周期10秒，流速0.5米/秒条件下，在80%推力下首向角在±12°以内的动力定位能力。

结构疲劳强度

研究表明，船长超出200米的大型船舶，总损伤数的70%属于疲劳损伤，疲劳损伤成为引起船舶结构破损的主要原因。由于穿梭油船频繁装卸的工作特点使得它与常规船舶相比结构的疲劳强度问题更为突出。穿梭油船除了要满足CSR的要求外，全球主要穿梭油船运营商和油公司还会提出满足DNV GL船级符号CSA-FLS2和PLUS的要求。前者为DNV GL针对疲劳的一个附加船级符号，要求所有的计算都是基于载荷和响应的直接计算。需要进行疲劳强度分析的部位包括：货舱区纵骨在强框处的端部连接、货舱区船底及舷侧板和强框/加强筋的连接、折角处、结构不连续处、货油甲板开孔处（含管子通舱件）和支座。

PLUS是对船体结构疲劳强度控制的特殊要求，主要涉及低周期强度疲劳分析。PLUS要求进行疲劳强度分析的部位有：船底、内底、舷侧和内壳的纵骨穿越孔、顶筋、补板；船底板和舷侧板与强框相交的部位；水平桁的趾端和跟部。

以中远海运重工设计建造的某穿梭油船为例，为满足上述要求，甲板的剖面模数增加25%以上，空船重量增加约1500吨。这对船舶的空船重量控制构成了巨大挑战。

直升机平台结构设计

为了满足人员上、下及救生、逃生的需要，穿梭油船通常设有直升机平台，可供直升机进行起飞、降落和短暂的停留。直升机平台结构作为船舶与海洋工程中关键的附属结构，在设计中应严格按照相应的规范、规则的要求，选取准确的基本载荷进行合理的工况组合，进行严格的应力评估，以保证其性能的可靠。

挪威国家石油公司规定，直升机平台设计应满足SIKORSKY S92的起降，如穿梭油船运营于巴西海域，需要额外满足巴西海军Normam27规则的相关要求。Normam27分别对正常降落、应急降落和存放状态三种不同工况下的载荷组合形式进行了严格的规定，用以指导直升机平台的结构设计。

船舶舒适度

近年来，船舶振动噪声对人体和环境的危害得到世界各国和相关组织的广泛关注，船舶舱室舒适性已成为船舶设计中需要考虑的重要因素。目前，国际上最新型的穿梭油船均需要满足COMF-V（3）C（3）的舒适度要求，该符号满足DNV GL对船舶舒适度的专项认证，对舱室的振动、噪声、风量、风速和温度梯度等有严格的要求。

在船舶设计初期对舱室振动噪声水平进行预报，充分考虑结构设计、舱室布置和空调通风的设计对于降低船舶振动噪声水平的影响，对于提高船舶的振动噪声性能是至关重要的。船舶振动噪声评估主要包括全船模态计算、船舶振动响应计算、船舶水下辐射噪声计算、舱室噪声计算、轴系振动计算，并从振动噪声方面对船体结构设计提出改进措施，为船体结构设计，舱室布置和空调通风等方面的全船振动噪声控制提供依据。

穿梭油船一般配置多台全回转推进器和艏侧推，振动噪声控制需要明确全船所有振动噪声源，分析每一个声源的特性、安装位置，开展全船的振动噪声源分析、目标场分析，其振动噪声的控制难度加大。

在振动噪声预报基础上综合考虑总体的布置位置。在设备布置时需要充分考虑振动噪声源与目标场的距离和中间隔离物布置，充分利用结构和物理隔断的优势，减少振动和噪声能量的传递。对振动噪声指标较高，且在现有布置条件下不能满足要求的设备，可采用吸音降噪材料或者隔振装置对振源减振降噪。

要满足规范对室内环境温度、风速、相对湿度以及二氧化碳浓度等方面的设计要求，需要通过增加风量和换风次率来控制。风量的增加势必与要求低振动噪声标准相冲突，所以COMF设计对空调通风要求也很高。为满足C3V3振动噪声要求，降低风管对振动噪音的影响，需要加大主送风通道和回风通道的尺寸，以达到降低风速的效果，因而需要比普通船更多的空间来布置风管，增大了总布置设计的难度。

全水域一人桥楼

一人桥楼，可以理解为在驾驶室，一个人就可以独立完成对船舶的运行状态的监控并根据相关信息安全、有效地操纵船舶。一人桥楼可减少值班人员的工作量，改善操作环境。

DNV GL船级社的NAUT-AW船级符号是所有船级社中要求最严格的。在该船级符号中按照任务要求定义了8个工作站，这些工作站对视域、通道、窗、工作环境、驾控台、设备功能以及船舶操纵性能等都有非常高的要求，不但需要特别考虑设备配置、选型，更要针对驾驶室及驾控台异常困难的布置做出合理的方案。

防污染的设计特点

采用防污染设计是近几年穿梭油船发展的一大特点。与防污染和环境保护有关的DNV GL船级符号有CLEAN DESIGN和 OPP-F。CLEAN DESIGN是关于废气排放和废物排海的船级符号，主要的要求有：货油蒸发气逸出的控制应满足VCS-2的要求，即同时满足IMO和USCG的要求；原油洗舱（COW）清洗到的面积至少96%，高于MARPOL公约的要求；压载水的处理应满足压载水管理公约D-2标准，即需要进行处理；排油监控装置对污油水的排放设定在5ppm及以下；灰水应经粪便污水处理装置处理，不能直接排海。

OPP-F是关于燃油系统要求的船级符号，规定了燃油舱底部距船舶底板的最小距离，要求船舶燃油和柴油注油管路的阀门采用遥控型式的。

以上两项船级符号要求，增加了穿梭油船布置、设备选型和结构设计的难度。

艏装载系统的设计特点

艏装载系统的功能是将穿梭油船系泊连接到海工装载终端（FPSO/FSO）上并将原油装载到穿梭油船上，是穿梭油船区别于普通油船的另一个重要特征。艏装载系统主要包括牵引绞车、软管绞车、止链器、万向悬架、导缆器、缆绳拖曳装置、舷内阀、装载总管、艏门、液压单元等设备，分别布置在平台甲板、艏楼甲板和上甲板。中远海运重工设计建造的152000载重吨（DWT）的穿梭油船的艏装载系统在设计、布置、控制和安全等方面需要满足DNVBOW LOADING和挪威国家石油公司（Statoil）的要求。

艏装载系统的装载总管与海工终端输油软管的对接是海上原油驳运的关键环节。装载总管包括接头和旋轴，在装载前，在液压油的作用下接头在旋轴上向舷外旋转50°，然后与海工终端上的输油软管末端接头相连接。连接完成后，装载总管接头内部的阀门由液压油打开，同时输油软管末端接头内的阀门也被打开。待装载总管和船上货油管路处于“Green Line”状态，即可进行装载原油作业。

朝着绿色环保、节能高效的方向发展

鉴于油价持续低迷的市场环境，大力发展节能环保技术，降低油公司的运营成本已势在必行。随着IMO对二氧化碳排放提出越来越高的要求，新船建造领域将以EEDI为基准，逐步提高船舶的能效比，主流船型将全面满足EEDI第II阶段的要求，并为今后满足第III阶段能效要求做好技术储备。

油船在装卸货过程中产生大量挥发性有机化合物（VOC），既浪费了油气资源又造成了环境污染。挪威石油天然气组织要求在挪威大陆架作业的油船都要对VOC进行回收。目前瓦锡兰和BABCOCK公司均研发出VOC回收系统，并用VOC进行油船封舱。曼公司也研制出适合经液化的VOC和LNG作为推进和发电系统的燃料的主机。推动VOC回收技术在穿梭油船设计中的应用，将成为节能环保型穿梭油船设计的重要方向。

通过应用双机双桨技术，和通过应用轴带发电机直流母排配电技术实现推进系统和发电系统在各种工况下联动和共享技术，达到减少油公司运营成本和绿色环保的目的，也是穿梭油船未来发展的方向之一。

当前，一种集原油输运、钻井补给和辅助作业于一体的多功能穿梭油船概念受到国际某知名船东的关注，该类型船兼具穿梭油船、海洋工程支持船和化学品船的功能，可以装载用于海上钻井作业所需硅酸盐、盐水、基油和泥浆等材料，也可将工程模块驳运到海洋平台上或将海洋平台上的废弃材料运回陆上处理。多功能穿梭油船的深海支持、补给以及辅助作业等功能显然比常规的穿梭油船以及平台供应船更具竞争力，因此具有很大的研究和开发价值。

综上所述，新一代高性能穿梭油船将朝着更加绿色环保、节能高效的方向发展，船舶运营的经济性将显著提高。深海石油开采已成为各国争夺的主要目标，穿梭油船因其具有强大的抗风浪能力、大舱容、机动性强、投资成本低、见效快等优点，越来越受到造船界关注。

穿梭油船的建造主要集中在韩国和中国，目前国内只有中远海运重工有限公司同时拥有动力定位能力的穿梭油船设计和建造的成功业绩。中远海运重工有限公司建造的5.9万、10.5万和15.2万吨级动力定位穿梭油船拥有完全知识产权。其中15.2万吨级动力定位穿梭油船项目填补了我国在该领域设计建造上的空白，打破了韩国在高端穿梭油船市场的垄断地位。近年来，中远海运重工技术研发中心研发团队深入调研穿梭油船市场发展，对标船东公司的业务需求，通过整合先进的理念，完成了3.5万吨多用途穿梭油船研发，并开展6.5万吨极地穿梭油船和12.5万吨新一代穿梭油船研制，基本实现了穿梭油船系列的全覆盖。★