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半潛船
來源:互聯網

半潛船(Semi-submersible ships),又叫半沒水船或半潛式母船,半潛船也稱半潛式母船,它通過本身壓載水的調整,把裝貨甲板潛入水中,以便將所要承運的特定貨物(如駁船、游艇、艦船、鉆井平臺等)從指定位置浮入半潛船的裝貨甲板上,然后將貨物運到指定位置。半潛船分為無動力半潛駁船和自航式半潛運輸船兩類。通過壓載操作,半潛船的主甲板可以部分或完全浸入水下,使得貨物可以通過自身浮力漂浮,并借助拖船的協助被拉入半潛船的甲板上方。隨后,通過排載操作,半潛船使主甲板浮出水面,并將貨物固定在指定位置。在卸載過程中,上述步驟則相反進行,最終完成貨物的運輸。

為了適應不同貨物的裝卸需求,半潛船的船型有很大的變化。早期的半潛船只能通過左右移動來裝卸貨物,后來的發展使得半潛船具備了在船尾平移裝卸貨物的能力,并進一步發展至現代的半潛船可以在船首平移裝卸貨物。

現代半潛船具有許多優點,包括自航能力、大油艙容量、長續航時間、抗風浪能力強于濕拖或干拖船舶,以及較快的航速等。這些特點使得半潛船在貨物運輸領域得到廣泛應用并迅速發展。

半潛船的應用領域廣泛,包括石油鉆井平臺的運輸、超大貨物和游艇的運輸等。美國海軍曾使用半潛船將受損的軍艦運回美國進行維修。此外,半潛船還用于將世界上最大的半潛式石油平臺等重型貨物從一個地點運輸到另一個地點。

隨著海洋工程和海洋資源開發的不斷發展,半潛船的需求和應用也在不斷增加。未來,預計半潛船將繼續進行改進和發展,以滿足更多領域的需求,并提高運輸效率和工作安全性。

簡史

半潛船的發展經歷了從早期的半潛駁船到現代自航式半潛船的轉變。它們通過調整壓載水實現駁船的下潛與上浮,為運輸超大件特殊貨物提供了有效的解決方案。隨著技術的不斷進步和市場需求的增長,半潛船不斷發展和演變,成為海洋工程、能源開采等領域不可或缺的重要工具。

半潛船的發展歷史最早可以追溯到1880年,倫德伯格(GG.Lundburg)以其首次提出單體半潛船概念即獲專利。到20世紀的60~70年代,當時半潛船還是用于運輸超長、超重且不可分割的特殊貨物的特種工程船。在70年代初,出現了專門設計的半潛駁船,通過調整壓載水來實現駁船的下潛與上浮。然而,這種半潛駁船存在一些缺點,例如在裝卸作業下潛時需要坐在海底,依靠海底反作用力來支持貨物重力,同時需要潛水員下水查看船底情況。

在1979年到1986年之間,半潛船的建造進入了一個初期快速發展階段,全球范圍內建造或改裝了約14艘半潛船。第一艘現代自航式半潛船的誕生是在1979年,這標志著半潛船進入了一個新階段。這艘船是由荷蘭Wijsmuller航運公司設計并由日本住友重工建造的超級奴仆1號(Super Servant 1),這艘船具有特殊的設計,通過船首和船尾的浮力箱使船身可以平穩地以水平姿態下潛,而不需要坐底,船寬32.31m,吃水8.51m,載重量14.310t,最大下潛深度15m。這艘船還配備了全方位推進器來協助操縱船舶。

此后,半潛船從最初的Dock型發展到更適用于承載大件貨物的敞口型,Dock型半潛船的優點是船體空間得到充分利用,缺點是艙內裝載的大件受艙壁寬度限制,不能超過船寬。因此在發展中,對船型設計進行了改進,包括去除船尾樓層等變化。敞口型半潛船逐漸滿足了市場對超重、超大、超寬等特殊大件貨物運輸的需求,主要用于運輸鉆井平臺、油氣模塊、大型船舶和鋼結構物等特殊結構物。隨后,Wijsmuller航運公司繼續建造了超級奴仆2號(Super Servant 2)、天鵝號(Swan)、強大的仆人(Mighty Servant)系列等半潛船,并得到了其他航運公司如丹麥Lauritzen公司的效仿。這些船舶在設計上基本沿襲了強大的仆人(Super Servant)系列,并進行了一些改進和調整。Dockwise航運公司的成立和發展進一步推動了半潛船的商業化,他們建造了黑馬林魚號(Black Marlin)、藍色馬林魚號(Blue Marlin)等大型半潛船。美國在20世紀80年代中期開始使用半潛船運送軍用船舶,試驗成功后,認為這是一種快速、安全、可靠的軍方船艇、受傷艦艇及其裝備長距離運輸方式,并在該運輸領域繼續發展。

1993年9月,荷蘭Wijsmuller Transport公司與Dock Express Shipping公司合并,成立了DOCKWISE航運公司,成為當時世界上最大的半潛船公司。這家公司在2013年被荷蘭Royal Boskalis Westminster公司收購。截止2016年,DOCKWISE公司經營著23條半潛船,占據了全球半潛船隊50%的份額,在半潛船市場中具有重要地位。

中國中遠海特(前身為廣州遠洋運輸有限公司)于20世紀80年代初購入了“沙河口"和"紅河口",進入了半潛船運輸市場,并成為中國最早運營半潛船的航運公司。中國在20世紀90年代開始研發半潛船型,這是因為港口水工作業逐步繁忙,提出了對半潛船的需求。

進入21世紀以來,隨著全球經濟的發展和能源結構的調整,海上油氣開采量在整個能源開采中的比重不斷上升,主要服務于海洋平臺的半潛船建造也進入了繁榮期。半潛船的發展進入了黃金期,運營船舶的數量穩步增長,還出現了具有動力定位能力的半潛船,使船型適應范圍更廣,作業能力更強。

主要分類

動力系統分類

無動力半潛駁船

無動力船舶,也可以叫非自航式半潛船,主要指裝船舶、半潛駁船及主機失靈船舶等。無動力半潛駁船是一種特殊類型的半潛船,它與傳統的半潛船有所不同,沒有自身的推進力。這種駁船通常是通過其他船只或拖船來進行牽引和推進,從而實現運輸任務。

無動力半潛駁船的主要特點是在船身底部具有壓載艙或浮力箱,可以通過調整壓載艙中的水量來改變駁船的浮沉狀態。當需要將貨物裝載到駁船的裝貨甲板上時,船體會部分潛入水中,使裝貨甲板浮出水面,以便于貨物的裝卸。當貨物裝載完成后,船體會通過排出壓載艙中的水將裝貨甲板抬升至水面以上,以確保貨物的安全運輸。

海工產品從建造廠到其最終服務區域基本上是采用半潛船干拖的方式裝載運輸。無動力半潛駁船通常用于運輸大型或重型貨物,如駁船、游艇、艦船、鉆井平臺等。由于它們沒有自身的推進力,因此需要依靠其他船只或拖船的協助來進行航行和操縱。這種類型的駁船在海洋工程、石油開采、貨物運輸等領域發揮著重要作用,能夠運輸大型的海洋設備和重型貨物,為海上工程提供支持。海洋無動力半潛船等無動力作業船,海洋導管架式、坐底式等鉆井石油平臺的迅速發展,都對海上拖輪性能提出了更高要求。

自航式半潛運輸船

自航式半潛運輸船是一種能夠自主進行航行和操縱的半潛船。與傳統的無動力半潛駁船不同,自航式半潛運輸船具備自身的推進力和航行能力,可以獨立完成貨物運輸任務。中國是世界上繼荷蘭之后第2個建造自航式半潛運輸船的國家。

自航式半潛運輸船通常具有以下特點和構造:

自主推進:這類船舶配備有獨立的推進系統,如主機、螺旋槳或推進器等,能夠產生足夠的推力來驅動船舶自行航行。

半潛能力:自航式半潛運輸船同樣具有半潛的能力,可以通過調整船身的壓載水量,將裝貨甲板部分潛入水中以方便裝卸貨物。通過控制壓載艙中的水的進出,可以改變船體的浮沉狀態。

船體結構:這類船舶的船體通常采用鋼質結構,具有良好的抗風浪能力和穩定性。船體底部設計有壓載艙或浮力箱,以提供半潛能力和載重能力。

載重能力:自航式半潛運輸船具備較大的載重能力,可以運輸各種類型的貨物,包括大型海洋設備、鉆井平臺、游艇、艦船等。

操縱系統:這類船舶配備先進的操縱系統和導航設備,能夠精確控制船舶的航向、速度和位置,以確保安全航行和準確裝卸貨物。

承載能力分類

1. O型:載重量大于8萬噸。目前全球只有兩艘,包括“新光華號半潛船”輪和“碼頭先鋒(DOCKWISE VANGUARD)”輪。這些船具有巨大的尺寸和載重能力,能夠運輸大型海洋設備如浮式生產儲油卸油裝置(FPSO)等。

2. I型:載重量在5萬到7.5萬噸之間。這類船舶的船寬通常在50到63米之間,船長在190到225米之間。例如“黑槍魚(BLACK MARLIN)”輪和“藍色馬林魚(BLUE MARLIN)”輪,它們是道克維斯航運公司建造的半潛船,具有較大的載重能力。

3. II型:載重量在3萬到5萬噸之間。我國擁有較多此類船舶,如“夏之遠6”輪,它的載重量為3.8萬噸,最大下潛深度為23米。部分II型半潛船是通過舊船改造而來的。

4. III型:載重量在1萬到3萬噸之間。我國也擁有較多此類船舶,如“泰安口”輪,它的載重量為1.75萬噸。這些船舶具有較小的尺寸和載重能力。

5. IV型:載重量小于1萬噸的半潛船。這類船舶比較常見,擁有數量較多,具體的規格和載重能力因船舶不同而有所差異。

構造與原理

結構形式和材料

第一代半潛船通常是通過對其他船型進行改裝而成的。在改裝過程中,原船型的大部分結構被保留下來。這意味著在船體結構方面存在一些限制和約束。為了適應半潛船的工作條件,船體需要具有較低的平直甲板和較高的樓結構。在航行和下潛工況下,船體梁必須能夠承受很大的中拱彎矩。

第二代半潛船進行了優化設計,采用了縱骨架式主船體結構和高強度鋼材料。縱骨架式結構可以減輕整船的自重并提高船體結構的強度。高強度鋼材料能夠承受更大的載荷,提高半潛船的承載能力和安全性。

舉升甲板是半潛船上用于裝載和卸載貨物的重要部分。通常采用普通低碳鋼制作,因其具有良好的可加工性和焊接性。有時根據規范的要求,舉升甲板可能會加厚以滿足特定的強度和剛度要求。另外,有些半潛船會選擇在舉升甲板上使用Z向普通鋼,但并非所有船級社的規范都要求使用Z向鋼制作舉升甲板。

總體布置

第一代半潛船大多是由其他船型改裝而來,改建而來的半潛船保留有原船型的大部分結構,改建后具有較低的平直甲板和較高的艏艉樓結構,在航行工況及下潛工況下,船體梁要承受很大的中拱彎矩,受到原船結構尺寸及布置的限制,這類船舶下潛深度不大,對所載貨物的尺寸也有較嚴格的要求。

第二代半潛船在總體布置方面進行了一系列改進,以滿足不斷增長的運輸需求和提高工作效率。

生活區布置:通常將生活區設置在艏樓上。這種布置的優點是在裝載超高、超大貨物時,駕駛室前方的視線不會受到貨物的影響。此外,艏樓后方的開敞式甲板有利于裝卸貨物的操作。然而,這種布置的最大不足之處是不能裝載超長貨物。

開敞式平直甲板:第二代半潛船通常具有較大的開敞式平直甲板,這使得裝卸貨物更加方便和高效。開敞式甲板可以容納各種尺寸和形狀的貨物,提供了更靈活的操作空間。

浮箱布置:尾部通常設置了可移動或固定式的浮箱。浮箱是提供額外浮力和安全儲備的設施,在半潛船下潛作業時發揮重要作用。可移動式浮箱通過焊接或螺栓與主甲母質連接,可以在需要時移動或吊離。固定式浮箱則作為船體結構的一部分,不能移動。可移動式浮箱具有方便的貨物裝卸操作,因此在特殊貨物運輸方面具有更強的競爭力。

超寬、超長全通甲板:為適應越來越大的海洋平臺的運輸需求,一些半潛船采用了超寬、超長的全通甲板的結構布置。這種布置意味著半潛船沒有艏樓和尾樓,甲板上沒有任何遮擋物。這使得半潛船能夠裝載超過船長的貨物,滿足特殊貨物海運的要求。

水密門布置:為確保船舶的安全,半潛船通常采用獨立冗余推進系統的設計,將機艙設置為兩個獨立的艙室。在主動力失靈時,仍能保持船舶的推進動力。主要機器處所的進入通道必須設置滑移式水密門,以確保船舶的密性和結構強度。

其他布置要點:半潛船的設計還涉及桅燈、欄桿、空氣管布置和附加救生筏等方面。根據相關公約和規定,需要滿足相應的要求和標準。

技術特征

主甲板可下潛至水下

半潛船的工作原理類似于潛艇,但不同的是,半潛船只將主甲板下潛至水下,以便裝載漂浮的重大貨物。這種特性使得半潛船能夠在水下進行裝載和卸載操作,提供了更大的靈活性和便利性。

船舶載重量較大

半潛船的載重量與其運輸特性密切相關。由于半潛船主要用于運輸重大貨物,如鉆井平臺、船舶等,因此其外形尺寸通常較大。半潛船的載重量一般在萬噸以上,并呈現出大型化的特點。目前已有載重量達到117,000噸的超大型半潛船。

載貨甲板超長、超低,承載能力強、空間大

半潛船的甲板設計特點是超長、超低,具有較強的承載能力和寬敞的空間。其型深較小,有利于船舶下潛。甲板承載能力一般為每平方米15至20噸,能夠滿足超重貨物的運輸需求。為了運輸尺寸超大的貨物,一些半潛船采用敞開式甲板設計,并配備可移動的浮箱,從而進一步擴大船舶的載貨空間。

調節壓載能力強

半潛船通過調節壓載水來調整船舶的重量,從而調節下潛深度。為了實現這一功能,半潛船需要具備較大的壓載艙,例如中遠海特公司的"祥云口"號半潛船擁有61個壓載水艙。

船舶技術含量及性能高

半潛船是海運船舶中技術含量和性能最高的船型之一。半潛船通常配備電力推進系統、動力定位系統(DP)以及360°回旋螺旋槳系統。這些先進的設備和系統確保半潛船具有良好的操縱性能和精準的定位能力,在較小的回旋半徑內準確定位和進行貨物的裝卸操作。

裝/卸貨風險高

由于半潛船的特殊船型和操作方式,裝/卸貨作業期間存在較高的風險。半潛船對作業海況和天氣條件有較高的要求。在有利的天氣條件下,裝卸貨作業應盡快完成。在進行干拖運輸作業之前,需要對可能影響作業的風浪、水流等環境因素進行風險評估。這是因為半潛船在裝卸貨過程中容易受到風浪的影響,而且由于貨物的特殊性,裝卸作業本身也具有一定的風險。

作業方式

半潛船滾裝/滾卸作業

滾裝/滾卸作業分為尾滾作業和側滾作業,主要通過自行平板車或牽引式行走將大型海洋結構物從碼頭滾裝/滾卸。要求裝貨碼頭和半潛船的裝貨甲板基本平齊,并考慮潮汐對滾裝/滾卸作業的影響。通過調整船舶壓載水保持裝貨碼頭與半潛船的裝貨甲板水平,保持半潛船的左右平衡和GM值始終為正。需要不斷調整半潛船的出纜長度,確保船舶始終貼緊碼頭。

半潛船潛裝/潛卸作業

潛裝/潛卸是一種針對大型海洋漂浮物的特殊裝船方式。半潛船配備浮箱,具有半潛功能,在船體甲板面下沉至低于水平面一定深度后,通過拖輪牽引或船舶自帶的牽引設備將漂浮貨物移至船舶甲板上方準確位置。待半潛船排水上浮至甲板與貨物接觸后,實施綁扎,并通過逆向操作進行卸貨。在潛裝/潛卸作業前,需要根據下潛起浮地點的水深、潮汐和本船的吃水認真核算并自定壓載水調整計劃。作業過程中要保持船舶的左右平衡和GM值始終為正,控制貨物的位置和使用纜繩進行控制。

半潛船吊裝/吊卸作業

半潛船通過借助大型浮吊等裝卸設備進行重大件貨物的吊裝/吊卸作業。吊裝方式可分為扒桿式和全回式兩種,在近海和深海作業區域完成。在吊裝/吊卸作業過程中,通過調整船舶的壓載水來保持半潛船的穩性。

半潛船滑裝/滑卸作業

半潛船滑裝/滑卸作業首先需要在裝貨甲板上安裝滑軌,通過液壓頂推裝置將貨物從半潛船尾部將貨物推到甲板上,到達預定的位置后進行貨物的綁扎系固,整個作業過程中需要不斷調整半潛船的壓載水以保持船舶的穩性。

應用范圍

半潛船具有廣泛的應用領域,包括但不限于以下幾個方面:

海洋平臺的載運

半潛船可安全、精確、短周期地完成海洋平臺的運輸任務,包括新建平臺的運送、平臺位置更換、返廠修理和拆除等。動力定位系統的應用使半潛船能夠協助完成海洋平臺的精確安裝作業。

港口門座起重機(門機)的載運

半潛船可以承載大型港口門機,尺度幾乎不受限制,提供了良好的運載工具,特別適用于配套大型和超大型集裝箱船的港口門機。

挖泥船的遠程調遣

半潛船通過潛裝/潛卸作業,可以快速穩定地將挖泥船整船裝船,并安全、快捷地將其運送至目的地,提高了挖泥船的利用率和經濟效益。

軍用設施的載運

對于大型軍用設施的運輸,普通船舶難以勝任,而半潛船由于其獨特的優勢,能夠快速、安全、可靠地完成大型軍用設施的運輸任務。

管道及電纜的鋪設

大型半潛船利用其船型特點和先進的動力定位系統,可以在惡劣海域實現海底管道及電纜的鋪設,提供良好的耐波性和起重能力。

沉船打撈作業

半潛船具有超大的起重能力和上浮下潛功能,結合動力定位系統,可與其他打撈船舶協同作業,完成大型沉船打撈作業。

市場

目前,全球范圍內經營半潛船業務的航運公司主要有以下幾個品牌:

Boskalis(荷蘭)

Boskalis 公司是世界上最大的多用途海洋重型運輸公司之一。他們在2018年收購了DOCKWISE公司,Boskalis公司于2012年建造完成現世界上最大的半潛船“先鋒(Vanguard)”輪為目前唯一的4島式半潛船。

OCEAN HEAVYLIFT(OHT)(挪威)

OHT 公司是挪威的一家公司,他們擁有5艘半潛船。這些半潛船是由油輪改造而成,船長約200米,甲板面積相對較小。盡管性能有限,但他們在半潛船市場上也有一定的份額。

中遠海運特種運輸股份有限公司(中國)

中遠海運特種運輸是中國的一家公司,是繼荷蘭之后第二個建造自航式半潛運輸船的國家。目前,他們擁有和經營著8艘半潛船,為中國在半潛船領域的領先企業之一。中遠海運特種運輸股份有限公司主營特種船,其中“新光華”號半潛船為10萬噸級半潛船,也是目前全球最大的具備DP2動力定位系統的半潛船。中遠海運特運新造8萬噸半潛船“新耀華”輪命名交付于2022年1月19日,由廣船國際為中遠海運特種運輸股份有限公司建造的8萬噸半潛船“新耀華”號命名交付。

上海振華重工(中國)

上海振華重工是中國的一家重工集團,近年來建造了多艘半潛式自航船,上海振華重工集團共同投資成立于1995年,主要承接大型起重機和超重大件的遠洋運輸業務。其中7艘為半潛船。他們還通過投資方式獲得了GREENLAND HEAVYLIFT HOLDINGS LIMITED旗下4艘半潛船。

發展趨勢

半潛船的發展趨勢包括以下幾個方面:首先,船體大型化是發展趨勢之一,大噸位的半潛船裝載甲板寬闊,有利于快速運輸更多作戰物資,降低戰時運輸成本。其次,半潛船的功用將會多樣化,通過改進方式方法和豐富載具種類,提高運送多種超大型武器裝備的能力,并豐富半潛船作為海上支援保障平臺的功能。此外,設計模塊化是另一個趨勢,模塊化設計可以縮短制造周期、提高船體空間利用率,并實現綜合能力的躍升。

隨著深水能源工程的投資增加和大型化石油裝備的需求上升,半潛船在海洋工程裝備運營市場展示出廣闊的市場前景。盡管當前半潛船市場面臨一定的挑戰,但從中長期來看,半潛船將得到越來越多的應用。未來的半潛船需要具備更大的載重量、更高的穩定性、更好的安全性和更強的功能性,以滿足深水能源開發和大型化石油裝備的運輸需求。隨著技術的不斷創新和發展,半潛船將進一步提升性能和功能,為復雜的海洋工程提供高效、精準的解決方案。因此,長期來看,半潛船市場的更新和投放依然值得期待,市場前景仍然看好。

參考資料 >

首次公開!人民海軍這艘半潛船來了.航運界.2023-06-19

半潛船的前世今生.中國航海協會.2023-06-19

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