中船集團(tuán)第七〇八所 秦 琦

近年來，隨著極地科考活動(dòng)的不斷升溫，以及北極航道的季節(jié)性通航，冰區(qū)船舶大受追捧，新設(shè)計(jì)、新船型不斷問世，成為造船領(lǐng)域一道靚麗的風(fēng)景。

破冰船

破冰船通常包括常規(guī)破冰船、多用途破冰船、科考船等，良好的冰區(qū)航行能力、破冰能力和冰區(qū)操作性是該型船舶的主要技術(shù)參數(shù)，它的特點(diǎn)是噸位大、主機(jī)功率大，船體材料采用特殊鋼，首部形狀逐漸前傾，船首、船尾、水線處額外加強(qiáng)，同時(shí)，安裝“冰角”和“冰刀”以保護(hù)螺旋槳和舵，配備可替換的槳葉，采用空泡系統(tǒng)以支持破冰，在破冰時(shí)加熱噴水口，另外它還具備快速處理壓載水的能力，布置多個(gè)水密艙壁，具有高效的探照燈。

目前世界上主要的破冰船建造廠主要分布在歐洲，包括韓國STX歐洲公司和俄羅斯Baltiysky Zavod船廠等。

2008年Baltiysky Zavod船廠為俄羅斯Rosmorport FSUE公司建造了LK16“Moskva”號破冰船，它是俄羅斯船廠30多年來建造的首艘柴電推進(jìn)破冰船，主要為冬季在芬蘭灣航行的大型油船（船寬40～50m）開辟航道，在冰區(qū)或無冰區(qū)域?yàn)榇昂透∈浇Y(jié)構(gòu)物提供拖曳、救援任務(wù)，清潔開闊海域的漏油和化學(xué)品，以及為北極航行船舶提供消防服務(wù)。該船總長114m，型寬27.5m，吃水8.5m，載重量6425噸，配備2臺6000kW的瓦錫蘭12V32型柴油機(jī)和2臺4500kW的瓦錫蘭9L32型柴油機(jī)、2臺8200kW的電動(dòng)機(jī)，破冰能力為1m，可以在強(qiáng)度為50萬帕、厚度為0.1～0.2 m的冰區(qū)以約3kn的航速前行。同時(shí)，“Moskva”號破冰船能夠以2kn的航速在6級海況下進(jìn)行救援操作。

在核動(dòng)力破冰船方面，目前世界上最大的核動(dòng)力破冰船是“50 years of Victory”號，該船推進(jìn)系統(tǒng)采用2個(gè)核反應(yīng)堆，推進(jìn)功率達(dá)到55125kW。“50 years of Victory”號船長159m，寬30m，吃水11.08m，在無冰水域的最高航速為21.4kn，排水量為25000t。該船的冰帶寬度為5m，采用不銹鋼材料建造。據(jù)了解，“50 years of Victory”號船的破冰能力可以達(dá)到2.5m。

冰區(qū)加強(qiáng)型貨船

冰區(qū)加強(qiáng)船舶具備在冰區(qū)航行的能力，與普通船舶相比其船體結(jié)構(gòu)經(jīng)過加強(qiáng)，且主機(jī)功率較大，常見于渡船、散貨船、滾裝船等，其特點(diǎn)是一般采用雙殼船體，船形平滑、船首和船尾安裝有高效的推進(jìn)器，肥型船首有利于前行和破冰，采用厚鋼板設(shè)計(jì)（特別是在船首和水線處），同時(shí)采用特殊船體涂層以提高船體強(qiáng)度和降低與冰塊的摩擦，冰帶加強(qiáng)區(qū)一般為水線上下1m處，另外還配備特殊的主機(jī)冷卻裝置和直升機(jī)。

● 冰區(qū)油船

在冰區(qū)油船的設(shè)計(jì)和建造領(lǐng)域，設(shè)計(jì)公司主要有阿克爾北極技術(shù)公司（AARC）和Deltamarin設(shè)計(jì)公司，建造廠商主要有韓國船廠、日本船廠、俄羅斯船廠和一些歐洲船廠，包括三星重工、STX集團(tuán)、現(xiàn)代重工、大宇造船與海洋工程、住友重工、Admiralty船廠等。

AARC設(shè)計(jì)了多艘冰區(qū)油船，如1988～1989年為Primorsk航運(yùn)公司設(shè)計(jì)了6艘2500DWT的冰區(qū)成品油船；2002年設(shè)計(jì)了冰級符號為“超1A”的雙動(dòng)冰區(qū)油船“Tempera”號，該船能夠以6kn的航速在0.7m厚的冰區(qū)航行；此外，AARC還為JCS Sovcomflot公司設(shè)計(jì)了6艘70000DWT冰區(qū)穿梭油船，主要用于將油氣從Prirazlomnoye北極油田運(yùn)至伯朝拉河。

2007年，AARC設(shè)計(jì)了世界首套北極油田穿梭輸出系統(tǒng)——3艘雙動(dòng)破冰油船，三星重工負(fù)責(zé)建造的首艘船“Vasily Dinkov”號于2007年交付。該型船采用雙動(dòng)技術(shù)，不需要破冰船的協(xié)助就能夠直接將原油從Varandey運(yùn)至摩爾曼斯克。該型船最大破冰能力達(dá)到1.7m，航速為3kn時(shí)，船首或船尾的破冰厚度為0.2m，冰級符號為LU6。動(dòng)力和推進(jìn)裝置采用3臺柴油發(fā)電機(jī)和2套Azipod推進(jìn)裝置，并安裝有1臺1000kW的停泊發(fā)電機(jī)和1臺640kW的應(yīng)急發(fā)電機(jī)。10個(gè)貨艙和2個(gè)污水艙均布置有獨(dú)立的潛水泵和加熱盤管，每個(gè)艙室的底部和甲板前端均采用純環(huán)氧物涂層。據(jù)了解，船首貨物的裝載效率為10000m3/h，該船可以裝載85300m3的原油。

“Norilskiy Nickel”號冰區(qū)集裝箱船

● 冰區(qū)集裝箱船

AARC為俄羅斯Norilsk Nickel公司設(shè)計(jì)的“Norilskiy Nickel”號是世界上首艘采用雙動(dòng)技術(shù)的冰區(qū)集裝箱船。該船于2006年交付，主要用于摩爾曼斯克——喀拉海Dudinka港口之間的貨物運(yùn)輸，它為極地貨物運(yùn)輸提供了一種低成本的解決方案。據(jù)了解，2006年至今Norilsk Nickel公司投入5艘該型冰區(qū)集裝箱船在西伯利亞北部全年運(yùn)輸?shù)V物，它采用雙殼船體，設(shè)置有3個(gè)貨艙，并配有一個(gè)裝載特殊或危險(xiǎn)貨物的小艙室?！癗orilskiy Nickel”號冰區(qū)集裝箱船總長169.5m，型寬23.1m，型深（至主甲板）14.2m，配有21個(gè)冷藏插座，可以裝載648個(gè)標(biāo)準(zhǔn)集裝箱，主機(jī)采用3臺6000kW的瓦錫蘭12V32型柴油機(jī)，推進(jìn)系統(tǒng)為1個(gè)13000kW的Azipod推進(jìn)裝置、1個(gè)直徑為5.6m的定距螺旋槳，船首具有較強(qiáng)的破冰能力，能夠以2.5kn的航速在1.5m厚的冰區(qū)前行；船尾設(shè)計(jì)成鴨尾型并配有尾鰭，整個(gè)船尾結(jié)構(gòu)滿足LU6冰級符號的要求，船尾的最大破冰能力是以2kn的航速在1.7m的冰區(qū)前行。

● 冰區(qū)LNG船

日本船廠是世界上冰區(qū)LNG船的主要建造商，如川崎造船集團(tuán)分別于2006年和2007年建造過“Arctic Voyager”號、“Sun Arrows”號冰區(qū)LNG船。“Sun Arrows”號LNG船主要負(fù)責(zé)將俄羅斯庫頁島的天然氣運(yùn)至日本北部。該船滿足俄羅斯船級社LU3冰級符號要求，能夠在環(huán)境溫度為-25℃、冰區(qū)厚度為0.3m的環(huán)境中獨(dú)立航行，主要特點(diǎn)包括船首采用防凍涂層和低溫鋼，采用調(diào)距螺旋槳，橋樓為封閉區(qū)域，壓載艙和海水冷卻系統(tǒng)配有防凍設(shè)備等。

此外，三菱重工為俄羅斯Sovcomflot航運(yùn)公司建造過“Grand Aniva”號和“Grand Elena”號冰區(qū)LNG船，主要用于庫頁島二期項(xiàng)目。

另外，阿克爾北極公司目前正在設(shè)計(jì)采用完整型船體結(jié)構(gòu)（IHS）的Moss型冰區(qū)LNG船，用于亞馬爾半島到歐洲或美國墨西哥灣的LNG運(yùn)輸。該型LNG船總長為340m，艙容達(dá)206000m3，安裝有2臺18000kW的Azipod推進(jìn)裝置，采用柴電推進(jìn)，總功率約為46000kW，航速為5kn時(shí)，船尾破冰能力為1.5m，船首破冰能力為0.7m。

“Sun Arrows”號和“Grand Elena”號技術(shù)參數(shù)

AARC開發(fā)的冰區(qū)LNG船

冰區(qū)海洋工程裝置

由于冰區(qū)溫度較低和氣候條件惡劣，冰區(qū)近海鉆井具有較大的挑戰(zhàn)。目前在冰區(qū)作業(yè)的主要海洋工程裝置包括鉆井平臺、FSO、鉆井船和供應(yīng)船等，此外一些冰區(qū)還安裝了油船裝載設(shè)備（TLU）、駁船、FPSO冰區(qū)系泊裝置、海底生產(chǎn)裝置等一些特殊設(shè)備。

● 鉆井生產(chǎn)平臺

據(jù)了解，俄羅斯庫頁島2期第二階段項(xiàng)目主要是開發(fā)鄂霍次克海附近的Piltun Astokhskoye油氣田和Lunskoye氣田，鄂霍次克海冬季結(jié)冰，最低溫度達(dá)到-40℃，夏季溫度為30℃，而且?guī)祉搷u位于地震高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。目前在庫頁島2期項(xiàng)目中作業(yè)的平臺有3座，分別是PA-A平臺、PA-B平臺、LUN-A平臺。

PA-B平臺于2007年7月安裝在Piltun-Astokhskoye油氣田，它是一座鉆井、處理和生產(chǎn)平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)全年作業(yè)，底座采用4個(gè)混凝土重力基座，基座高53m，主尺度為94 m×91.5 m×11.5m，重90000t。上層模塊設(shè)施包括鉆井和分離設(shè)施、儲存設(shè)施和生活居住模塊，主工作區(qū)域?yàn)榉忾]結(jié)構(gòu)，敞口設(shè)備采用防冰保護(hù)。上層模塊重28000t，井位45個(gè)，最多可以容納140人。上層模塊和基座的連接采用摩擦式擺動(dòng)軸承機(jī)械裝置，可以提高平臺在地震中的穩(wěn)定性，減小正常狀況下浮冰和波浪載荷對平臺的沖擊。PA-B平臺的最大鉆井深度為2250m，產(chǎn)油能力為7萬桶/天，產(chǎn)氣能力為260萬立方米/天。

● 浮式儲卸裝置（FSO）

2009年，吉寶船廠交付給Lukoil公司1艘冰區(qū)FSO“Yuri Korchagin”號，用于開采Yuri Korchagin油田，它是里海水域首艘冰區(qū)型FSO，它長132.8m，寬32m，型深15.7m，吃水10m，載重29556t，儲油能力約為28000t，疲勞壽命為20年。該裝置可以承受溫度為-20℃、冰厚為0.6 m的環(huán)境，冰級符號為C0。“Yuri Korchagin”號采用雙殼雙底結(jié)構(gòu)，上層建筑可以容納32人，船舯布置有貨油控制室、機(jī)艙、直升機(jī)降落點(diǎn)。船尾設(shè)置有一根長為146m、直徑為4.37m的浮式軟管，卸油速度約為150立方米/小時(shí)。據(jù)了解，該FSO將冰區(qū)生產(chǎn)鉆井平臺IFP-1中的原油通過單個(gè)浮筒系泊系統(tǒng)運(yùn)送至穿梭油船。

● 鉆井船

三星重工為Stena鉆井公司建造的“Stena DrillMAX ICE”號是世界上首艘采用雙井架、適合北極作業(yè)的超深水鉆井船，冰級符號為+1A1，主要特點(diǎn)包括船體冰級為PC-5，安裝有6個(gè)5500 kW的ICE-10冰級符號的方位推進(jìn)器，甲板起重機(jī)可以在-30℃的環(huán)境下操作，符合耐寒基本要求，錨鏈、甲板管道、救生艇（筏）、逃生通道、排水孔（道）采用防凍措施、提高露天甲板，通道/樓梯、扶手和管道的抗凍能力，防止艙壁、甲板與室外環(huán)境接觸，壓載艙和鉆井水艙布置蒸汽加熱管，將蒸汽導(dǎo)入船舷水管，在鉆臺、井架等部位添加涂層以提高環(huán)境保護(hù)能力，在防噴器周圍增加額外保護(hù)措施，增加BOP數(shù)量以保證100%的冗余度，提高儲藏空間等。

“Stena DrillMAX ICE”號冰區(qū)鉆井船

GustoMSC公司在20世紀(jì)70年代就開發(fā)了可以在冰區(qū)作業(yè)的“Pelican”級鉆井船，該公司最近開發(fā)的PRD 12000冰區(qū)型鉆井船適合在北極航行和作業(yè)，滿足ICE-05船級符號要求。為適應(yīng)冰區(qū)環(huán)境，該型船采取了遮蔽甲板、救生艇噴水保護(hù)、防凍和抗凍設(shè)備、加熱設(shè)備等一些措施，同時(shí)滿足零排放和DNV“清潔設(shè)計(jì)”要求。據(jù)了解，新加坡吉寶船廠為Frontier 鉆井公司和殼牌公司總裝的2艘“Bully”級鉆井船就采用了PRD 12000冰區(qū)型設(shè)計(jì)方案，首艘船“Bully 1”號于2010年交付。為了保證北極作業(yè)，該型鉆井船具有以下設(shè)計(jì)特點(diǎn)：采用冰區(qū)加強(qiáng)船體，能夠在0.5m厚的第一年冰環(huán)境下操作；冬化處理，船體和船上系統(tǒng)采取了一套冬化處理措施，滿足DNV WINTERIZED（-15）符號，包括保護(hù)系泊區(qū)域和救生艇、艙室布置加熱設(shè)施、通道與環(huán)境隔絕等；系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用8點(diǎn)系泊系統(tǒng)以保證船舶能夠在淺水作業(yè)，采用特殊的水下導(dǎo)向器裝置以保護(hù)系泊鏈線等。該型鉆井船采用緊湊型設(shè)計(jì)，總長為187.5m，排水量為45000t，采用增壓鉆管時(shí)的鉆井水深為3650m。

此外，據(jù)報(bào)道，大宇造船與海洋工程公司目前正在開發(fā)能夠在北極作業(yè)的鉆井船。該船采用球鼻艏設(shè)計(jì)，適合在無冰水域和薄冰區(qū)域航行；船尾采用加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，以適于厚冰區(qū)域操作。該船安裝有2個(gè)Azipod裝置和4個(gè)可收縮方位推進(jìn)器，以提高船舶操作和動(dòng)力定位能力。該船的作業(yè)環(huán)境為0.5～1.5m厚的冰區(qū)，在薄冰區(qū)域的穿透度為90%以上，在厚冰區(qū)域的穿透度為50%。

● 供應(yīng)船

AARC開發(fā)了多型海洋工程輔助破冰船，包括ARC105型平臺供應(yīng)破冰船、ARC106型多用途破冰船、ARC107型破冰錨作船等。

AARC開發(fā)的ARC105型破冰平臺供應(yīng)船主要用于為海洋平臺和鉆井船舶提供物資及設(shè)備，進(jìn)行破冰/冰區(qū)管理作業(yè)，具備初步的防火和救援能力，為海洋結(jié)構(gòu)物的安裝提供救援和守護(hù)服務(wù)。該型船具備較佳的破冰能力和冰區(qū)管理能力，船尾破冰能力分別為1.8 m/1kn、1.6m/3kn、0.9m/7kn，船首破冰能力分別為1.2m/3kn、0.6m/8kn，具備在厚度達(dá)12m的碎冰環(huán)境中連續(xù)航行的能力。該船采用環(huán)保型設(shè)計(jì)，滿足DNV“清潔設(shè)計(jì)”符號，船殼附近不設(shè)置油艙。同時(shí)，該船提高了船員生活環(huán)境的舒適性和安全性，噪聲和振動(dòng)方面符合DNV符號“COMF V（3）”要求，采用遮蔽艏樓甲板和遮蔽安全區(qū)域，26名船員均擁有獨(dú)立單間，另外7個(gè)客艙最多可以容納12人。

● 極地科考船

目前世界上正在研發(fā)的最先進(jìn)極地科考船是“Aurora Borealis”號，該船由來自10個(gè)國家的15家單位組成的歐洲研究破冰船聯(lián)盟（ERICON）負(fù)責(zé)，研發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)間為2008～2012年，2012～2014年建造。該極地船是集破冰船、科考船、鉆井船為一體的多功能型船舶，在破冰方面，能夠以3kn的航速在2.5m厚的多年冰環(huán)境中航行，可以穿越高度達(dá)15m的冰脊；可以全年部署在極地區(qū)域進(jìn)行科考任務(wù)，32個(gè)移動(dòng)式實(shí)驗(yàn)室布置在船首月池，甲板面積較大，船尾和船側(cè)布置有多臺起重機(jī)，尾跳板布置有拖曳和接收設(shè)備；在鉆井方面，尾部月池上方布置有1個(gè)封閉式鉆井井架，6000m長的鉆管布置在井架30m的預(yù)裝區(qū)，另外6000m長的鉆管布置在甲板集裝箱，在無冰區(qū)鉆井時(shí)可以使用動(dòng)力定位系統(tǒng)，能夠在100～5000米水深的冰區(qū)（最大冰厚為2m）進(jìn)行科學(xué)鉆井作業(yè)。

“Aurora Borealis”號技術(shù)參數(shù)

從以上典型的民用冰區(qū)船舶來看，冰區(qū)船舶已經(jīng)參與到包括油氣開采和運(yùn)輸、冰區(qū)貿(mào)易、極地科考在內(nèi)的多種任務(wù)和操作，它們也代表了世界冰區(qū)船舶研究、設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營的領(lǐng)先水平，從中我們可以獲知：

（1）冰區(qū)船舶與普通船舶在作業(yè)環(huán)境、工作方式、設(shè)計(jì)建造要求等方面有著明顯的不同，世界冰區(qū)特別是北極區(qū)域的鉆井、建造和生產(chǎn)條件具有極大的挑戰(zhàn)性：距離遠(yuǎn)、氣候惡劣、大量冰塊、天空黑暗、生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)等。由此可見冰區(qū)船舶對船舶設(shè)計(jì)和建造公司的要求較高，技術(shù)含量高，風(fēng)險(xiǎn)性大，挑戰(zhàn)性大。

（2）雙動(dòng)破冰、方位推進(jìn)器、冰區(qū)管理和動(dòng)力定位等技術(shù)促進(jìn)了冰區(qū)船舶的快速發(fā)展，這些技術(shù)來源于從事冰區(qū)船舶研發(fā)公司的長期努力與創(chuàng)新，比如目前已成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的雙動(dòng)破冰技術(shù)就是AARC公司經(jīng)過長期研發(fā)而實(shí)現(xiàn)的。

（3）由于受多種條件的限制，冰區(qū)船舶的設(shè)計(jì)越來越具有挑戰(zhàn)性，需要在冰區(qū)環(huán)境保護(hù)和冰區(qū)有效開發(fā)、冰區(qū)航行能力和無冰區(qū)航行能力等方面保持合理的平衡。