半潜船(Semi-submersible ships),又叫半没水船或半潜式母船,是在类似的半潜驳船上安装了动力推进系统,使其具有自航能力。它通过本身压载水的调整,把装货甲板潜入水中,以便将所要承运的特定货物(如驳船、游艇、舰船、钻井平台等)从指定位置浮入半潜船的装货甲板上,然后将货物运到指定位置。半潜船分为无动力半潜驳船和自航式半潜运输船两类。通过压载操作,半潜船的主甲板可以部分或完全浸入水下,使得货物可以通过自身浮力漂浮,并借助拖船的协助被拉入半潜船的甲板上方。随后,通过排载操作,半潜船使主甲板浮出水面,并将货物固定在指定位置。在卸载过程中,上述步骤则相反进行,最终完成货物的运输。
为了适应不同货物的装卸需求,半潜船的船型有很大的变化。早期的半潜船只能通过左右移动来装卸货物,后来的发展使得半潜船具备了在船尾平移装卸货物的能力,并进一步发展至现代的半潜船可以在船首平移装卸货物。
现代半潜船具有许多优点,包括自航能力、大油舱容量、长续航时间、抗风浪能力强于湿拖或干拖船舶,以及较快的航速等。这些特点使得半潜船在货物运输领域得到广泛应用并迅速发展。
半潜船的应用领域广泛,包括石油钻井平台的运输、超大货物和游艇的运输等。美国海军曾使用半潜船将受损的军舰运回美国进行维修。此外,半潜船还用于将世界上最大的半潜式石油平台等重型货物从一个地点运输到另一个地点。
随着海洋工程和海洋资源开发的不断发展,半潜船的需求和应用也在不断增加。未来,预计半潜船将继续进行改进和发展,以满足更多领域的需求,并提高运输效率和工作安全性。
简史
半潜船的发展经历了从早期的半潜驳船到现代自航式半潜船的转变。它们通过调整压载水实现驳船的下潜与上浮,为运输超大件特殊货物提供了有效的解决方案。随着技术的不断进步和市场需求的增长,半潜船不断发展和演变,成为海洋工程、能源开采等领域不可或缺的重要工具。
半潜船的发展历史最早可以追溯到1880年,伦德伯格(GG.Lundburg)以其首次提出单体半潜船概念即获专利。到20世纪的60~70年代,当时半潜船还是用于运输超长、超重且不可分割的特殊货物的特种工程船。在70年代初,出现了专门设计的半潜
驳船,通过调整压载水来实现驳船的下潜与上浮。然而,这种半潜驳船存在一些缺点,例如在装卸作业下潜时需要坐在海底,依靠海底反作用力来支持货物重力,同时需要潜水员下水查看船底情况。
在1979年到1986年之间,半潜船的建造进入了一个初期快速发展阶段,全球范围内建造或改装了约14艘半潜船。第一艘现代自航式半潜船的诞生是在1979年,这标志着半潜船进入了一个新阶段。这艘船是由荷兰Wijsmuller航运公司设计并由日本住友重工建造的超级奴仆1号(Super Servant 1),这艘船具有特殊的设计,通过船首和船尾的
浮力箱使船身可以平稳地以水平姿态下潜,而不需要坐底,船宽32.31m,吃水8.51m,载重量14.310t,最大下潜深度15m。这艘船还配备了全方位推进器来协助操纵船舶。
此后,半潜船从最初的Dock型发展到更适用于承载大件货物的敞口型,Dock型半潜船的优点是船体空间得到充分利用,缺点是舱内装载的大件受舱壁宽度限制,不能超过船宽。因此在发展中,对船型设计进行了改进,包括去除船尾楼层等变化。敞口型半潜船逐渐满足了市场对超重、超大、超宽等特殊大件
货物运输的需求,主要用于运输钻井平台、油气模块、大型船舶和钢结构物等特殊结构物。随后,Wijsmuller航运公司继续建造了超级奴仆2号(Super Servant 2)、天鹅号(Swan)、强大的仆人(Mighty Servant)系列等半潜船,并得到了其他航运公司如丹麦Lauritzen公司的效仿。这些船舶在设计上基本沿袭了强大的仆人(Super Servant)系列,并进行了一些改进和调整。Dockwise航运公司的成立和发展进一步推动了半潜船的商业化,他们建造了黑马林鱼号(Black Marlin)、蓝色马林鱼号(Blue Marlin)等大型半潜船。
美国在20世纪80年代中期开始使用半潜船运送军用船舶,试验成功后,认为这是一种快速、安全、可靠的军方船艇、受伤舰艇及其装备长距离运输方式,并在该运输领域继续发展。
1993年9月,荷兰Wijsmuller Transport公司与Dock Express Shipping公司合并,成立了DOCKWISE航运公司,成为当时世界上最大的半潜船公司。这家公司在2013年被荷兰Royal Boskalis Westminster公司收购。截止2016年,DOCKWISE公司经营着23条半潜船,占据了全球半潜船队50%的份额,在半潜船市场中具有重要地位。
中国
中远海特(前身为
广州远洋运输有限公司)于20世纪80年代初购入了“沙河口"和"红河口",进入了半潜船运输市场,并成为中国最早运营半潜船的航运公司。中国在20世纪90年代开始研发半潜船型,这是因为港口水工作业逐步繁忙,提出了对半潜船的需求。
进入21世纪以来,随着全球经济的发展和能源结构的调整,海上油气开采量在整个能源开采中的比重不断上升,主要服务于海洋平台的半潜船建造也进入了繁荣期。半潜船的发展进入了黄金期,运营船舶的数量稳步增长,还出现了具有动力定位能力的半潜船,使船型适应范围更广,作业能力更强。
主要分类
动力系统分类
无动力半潜驳船
无动力船舶,也可以叫非自航式半潜船,主要指装船舶、半潜驳船及主机失灵船舶等。无动力半潜驳船是一种特殊类型的半潜船,它与传统的半潜船有所不同,没有自身的推进力。这种驳船通常是通过其他船只或
拖船来进行牵引和推进,从而实现运输任务。
无动力半潜驳船的主要特点是在船身底部具有压载舱或
浮力箱,可以通过调整压载舱中的水量来改变驳船的浮沉状态。当需要将货物装载到驳船的装货甲板上时,船体会部分潜入水中,使装货甲板浮出水面,以便于货物的装卸。当货物装载完成后,船体会通过排出压载舱中的水将装货甲板抬升至水面以上,以确保货物的安全运输。
海工产品从建造厂到其最终服务区域基本上是采用半潜船干拖的方式装载运输。无动力半潜驳船通常用于运输大型或重型货物,如驳船、游艇、舰船、钻井平台等。由于它们没有自身的推进力,因此需要依靠其他船只或
拖船的协助来进行航行和操纵。这种类型的驳船在海洋工程、石油开采、货物运输等领域发挥着重要作用,能够运输大型的海洋设备和重型货物,为海上工程提供支持。海洋无动力半潜船等无动力作业船,海洋导管架式、坐底式等钻井石油平台的迅速发展,都对海上拖轮性能提出了更高要求。
自航式半潜运输船
自航式半潜运输船是一种能够自主进行航行和操纵的半潜船。与传统的无动力半潜驳船不同,自航式半潜运输船具备自身的推进力和航行能力,可以独立完成货物运输任务。
中原地区是世界上继
荷兰之后第2个建造自航式半潜运输船的国家。
自航式半潜运输船通常具有以下特点和构造:
自主推进:这类船舶配备有独立的推进系统,如主机、螺旋桨或推进器等,能够产生足够的推力来驱动船舶自行航行。
半潜能力:自航式半潜运输船同样具有半潜的能力,可以通过调整船身的压载水量,将装货甲板部分潜入水中以方便装卸货物。通过控制压载舱中的水的进出,可以改变船体的浮沉状态。
船体结构:这类船舶的船体通常采用钢质结构,具有良好的抗风浪能力和稳定性。船体底部设计有压载舱或
浮力箱,以提供半潜能力和载重能力。
载重能力:自航式半潜运输船具备较大的载重能力,可以运输各种类型的货物,包括大型海洋设备、钻井平台、游艇、舰船等。
操纵系统:这类船舶配备先进的操纵系统和导航设备,能够精确控制船舶的航向、速度和位置,以确保安全航行和准确装卸货物。
承载能力分类
1. O型:载重量大于8万吨。目前全球只有两艘,包括“
新光华号半潜船”轮和“码头先锋(DOCKWISE VANGUARD)”轮。这些船具有巨大的尺寸和载重能力,能够运输大型海洋设备如浮式生产储油卸油装置(FPSO)等。
2. I型:载重量在5万到7.5万吨之间。这类船舶的船宽通常在50到63米之间,船长在190到225米之间。例如“黑枪鱼(BLACK MARLIN)”轮和“蓝色马林鱼(BLUE MARLIN)”轮,它们是道克维斯航运公司建造的半潜船,具有较大的载重能力。
3. II型:载重量在3万到5万吨之间。我国拥有较多此类船舶,如“夏之远6”轮,它的载重量为3.8万吨,最大下潜深度为23米。部分II型半潜船是通过旧船改造而来的。
4. III型:载重量在1万到3万吨之间。我国也拥有较多此类船舶,如“泰安口”轮,它的载重量为1.75万吨。这些船舶具有较小的尺寸和载重能力。
5. IV型:载重量小于1万吨的半潜船。这类船舶比较常见,拥有数量较多,具体的规格和载重能力因船舶不同而有所差异。
构造与原理
结构形式和材料
第一代半潜船通常是通过对其他船型进行改装而成的。在改装过程中,原船型的大部分结构被保留下来。这意味着在船体结构方面存在一些限制和约束。为了适应半潜船的工作条件,船体需要具有较低的平直甲板和较高的楼结构。在航行和下潜工况下,船体梁必须能够承受很大的中拱弯矩。
第二代半潜船进行了优化设计,采用了纵骨架式主船体结构和高强度钢材料。纵骨架式结构可以减轻整船的自重并提高船体结构的强度。高强度钢材料能够承受更大的载荷,提高半潜船的承载能力和安全性。
举升甲板是半潜船上用于装载和卸载货物的重要部分。通常采用普通低碳钢制作,因其具有良好的可加工性和焊接性。有时根据规范的要求,举升甲板可能会加厚以满足特定的强度和
刚度要求。另外,有些半潜船会选择在举升甲板上使用Z向普通钢,但并非所有船级社的规范都要求使用Z向钢制作举升甲板。
总体布置
第一代半潜船大多是由其他船型改装而来,改建而来的半潜船保留有原船型的大部分结构,改建后具有较低的平直甲板和较高的艏艉楼结构,在航行工况及下潜工况下,船体梁要承受很大的中拱弯矩,受到原船结构尺寸及布置的限制,这类船舶下潜深度不大,对所载货物的尺寸也有较严格的要求。
第二代半潜船在总体布置方面进行了一系列改进,以满足不断增长的运输需求和提高工作效率。
生活区布置:通常将生活区设置在艏楼上。这种布置的优点是在装载超高、超大货物时,驾驶室前方的视线不会受到货物的影响。此外,艏楼后方的开敞式甲板有利于装卸货物的操作。然而,这种布置的最大不足之处是不能装载超长货物。
开敞式平直甲板:第二代半潜船通常具有较大的开敞式平直甲板,这使得装卸货物更加方便和高效。开敞式甲板可以容纳各种尺寸和形状的货物,提供了更灵活的操作空间。
浮箱布置:尾部通常设置了可移动或固定式的浮箱。浮箱是提供额外
浮力和安全储备的设施,在半潜船下潜作业时发挥重要作用。可移动式浮箱通过焊接或螺栓与主
甲母质连接,可以在需要时移动或吊离。固定式浮箱则作为船体结构的一部分,不能移动。可移动式浮箱具有方便的货物装卸操作,因此在特殊货物运输方面具有更强的竞争力。
超宽、超长全通甲板:为适应越来越大的海洋平台的运输需求,一些半潜船采用了超宽、超长的全通甲板的结构布置。这种布置意味着半潜船没有艏楼和尾楼,甲板上没有任何遮挡物。这使得半潜船能够装载超过船长的货物,满足特殊货物海运的要求。
水密门布置:为确保船舶的安全,半潜船通常采用独立冗余推进系统的设计,将机舱设置为两个独立的舱室。在主动力失灵时,仍能保持船舶的推进动力。主要机器处所的进入通道必须设置滑移式水密门,以确保船舶的密性和结构强度。
其他布置要点:半潜船的设计还涉及桅灯、栏杆、空气管布置和附加救生筏等方面。根据相关公约和规定,需要满足相应的要求和标准。
技术特征
主甲板可下潜至水下
半潜船的工作原理类似于潜艇,但不同的是,半潜船只将主甲板下潜至水下,以便装载漂浮的重大货物。这种特性使得半潜船能够在水下进行装载和卸载操作,提供了更大的灵活性和便利性。
船舶载重量较大
半潜船的载重量与其运输特性密切相关。由于半潜船主要用于运输重大货物,如钻井平台、船舶等,因此其外形尺寸通常较大。半潜船的载重量一般在万吨以上,并呈现出大型化的特点。目前已有载重量达到117,000吨的超大型半潜船。
载货甲板超长、超低,承载能力强、空间大
半潜船的甲板设计特点是超长、超低,具有较强的承载能力和宽敞的空间。其型深较小,有利于船舶下潜。甲板承载能力一般为每平方米15至20吨,能够满足超重货物的运输需求。为了运输尺寸超大的货物,一些半潜船采用敞开式甲板设计,并配备可移动的浮箱,从而进一步扩大船舶的载货空间。
调节压载能力强
半潜船通过调节压载水来调整船舶的重量,从而调节下潜深度。为了实现这一功能,半潜船需要具备较大的压载舱,例如
中远海特公司的"祥云口"号半潜船拥有61个压载水舱。
船舶技术含量及性能高
半潜船是海运船舶中技术含量和性能最高的船型之一。半潜船通常配备电力推进系统、动力定位系统(DP)以及360°回旋螺旋桨系统。这些先进的设备和系统确保半潜船具有良好的操纵性能和精准的定位能力,在较小的回旋半径内准确定位和进行货物的装卸操作。
装/卸货风险高
由于半潜船的特殊船型和操作方式,装/卸货作业期间存在较高的风险。半潜船对作业海况和天气条件有较高的要求。在有利的天气条件下,装卸货作业应尽快完成。在进行干拖运输作业之前,需要对可能影响作业的风浪、水流等环境因素进行风险评估。这是因为半潜船在装卸货过程中容易受到风浪的影响,而且由于货物的特殊性,装卸作业本身也具有一定的风险。
作业方式
半潜船滚装/滚卸作业
滚装/滚卸作业分为尾滚作业和侧滚作业,主要通过自行平板车或牵引式行走将大型海洋结构物从码头滚装/滚卸。要求装货码头和半潜船的装货甲板基本平齐,并考虑
潮汐对滚装/滚卸作业的影响。通过调整船舶压载水保持装货码头与半潜船的装货甲板水平,保持半潜船的左右平衡和GM值始终为正。需要不断调整半潜船的出缆长度,确保船舶始终贴紧码头。
半潜船潜装/潜卸作业
潜装/潜卸是一种针对大型海洋漂浮物的特殊装船方式。半潜船配备浮箱,具有半潜功能,在船体甲板面下沉至低于水平面一定深度后,通过拖轮牵引或船舶自带的牵引设备将漂浮货物移至船舶甲板上方准确位置。待半潜船排水上浮至甲板与货物接触后,实施绑扎,并通过逆向操作进行卸货。在潜装/潜卸作业前,需要根据下潜起浮地点的水深、
潮汐和本船的吃水认真核算并自定压载水调整计划。作业过程中要保持船舶的左右平衡和GM值始终为正,控制货物的位置和使用缆绳进行控制。
半潜船吊装/吊卸作业
半潜船通过借助大型浮吊等装卸设备进行重大件货物的吊装/吊卸作业。吊装方式可分为扒杆式和全回式两种,在近海和深海作业区域完成。在吊装/吊卸作业过程中,通过调整船舶的压载水来保持半潜船的稳性。
半潜船滑装/滑卸作业
半潜船滑装/滑卸作业首先需要在装货甲板上安装
导轨,通过液压顶推装置将货物从半潜船尾部将货物推到甲板上,到达预定的位置后进行货物的绑扎系固,整个作业过程中需要不断调整半潜船的压载水以保持船舶的稳性。
应用范围
半潜船具有广泛的应用领域,包括但不限于以下几个方面:
海洋平台的载运
半潜船可安全、精确、短周期地完成海洋平台的运输任务,包括新建平台的运送、平台位置更换、返厂修理和拆除等。动力定位系统的应用使半潜船能够协助完成海洋平台的精确安装作业。
港口门座起重机(门机)的载运
半潜船可以承载大型港口门机,尺度几乎不受限制,提供了良好的运载工具,特别适用于配套大型和超大型
集装箱船的港口门机。
挖泥船的远程调遣
半潜船通过潜装/潜卸作业,可以快速稳定地将挖泥船整船装船,并安全、快捷地将其运送至目的地,提高了挖泥船的利用率和经济效益。
军用设施的载运
对于大型军用设施的运输,普通船舶难以胜任,而半潜船由于其独特的优势,能够快速、安全、可靠地完成大型军用设施的运输任务。
管道及电缆的铺设
大型半潜船利用其船型特点和先进的动力定位系统,可以在恶劣海域实现海底管道及电缆的铺设,提供良好的耐波性和起重能力。
沉船打捞作业
半潜船具有超大的起重能力和上浮下潜功能,结合动力定位系统,可与其他打捞船舶协同作业,完成大型沉船打捞作业。
市场
目前,全球范围内经营半潜船业务的航运公司主要有以下几个品牌:
Boskalis(荷兰)
Boskalis 公司是世界上最大的多用途海洋重型运输公司之一。他们在2018年收购了DOCKWISE公司,Boskalis公司于2012年建造完成现世界上最大的半潜船“先锋(Vanguard)”轮为目前唯一的4岛式半潜船。
OCEAN HEAVYLIFT(OHT)(挪威)
OHT 公司是
挪威的一家公司,他们拥有5艘半潜船。这些半潜船是由
油轮改造而成,船长约200米,甲板面积相对较小。尽管性能有限,但他们在半潜船市场上也有一定的份额。
中远海运特种运输股份有限公司(中国)
中远海运特种运输是中国的一家公司,是继荷兰之后第二个建造自航式半潜运输船的国家。目前,他们拥有和经营着8艘半潜船,为中国在半潜船领域的领先企业之一。中远海运特种运输股份有限公司主营特种船,其中“新光华”号半潜船为10万吨级半潜船,也是目前全球最大的具备DP2动力定位系统的半潜船。中远海运特运新造8万吨半潜船“新耀华”轮命名交付于2022年1月19日,由
广船国际为中远海运特种运输股份有限公司建造的8万吨半潜船“新耀华”号命名交付。
上海振华重工(中国)
上海振华重工是中国的一家重工集团,近年来建造了多艘半潜式
自航船,上海振华重工集团共同投资成立于1995年,主要承接大型
起重机和超重大件的远洋运输业务。其中7艘为半潜船。他们还通过投资方式获得了GREENLAND HEAVYLIFT HOLDINGS LIMITED旗下4艘半潜船。
发展趋势
半潜船的发展趋势包括以下几个方面:首先,船体大型化是发展趋势之一,大吨位的半潜船装载甲板宽阔,有利于快速运输更多作战物资,降低战时运输成本。其次,半潜船的功用将会多样化,通过改进方式方法和丰富载具种类,提高运送多种超大型武器装备的能力,并丰富半潜船作为海上支援保障平台的功能。此外,设计模块化是另一个趋势,模块化设计可以缩短制造周期、提高船体空间利用率,并实现综合能力的跃升。
随着深水能源工程的投资增加和大型化石油装备的需求上升,半潜船在海洋工程装备运营市场展示出广阔的市场前景。尽管当前半潜船市场面临一定的挑战,但从中长期来看,半潜船将得到越来越多的应用。未来的半潜船需要具备更大的载重量、更高的稳定性、更好的安全性和更强的功能性,以满足深水能源开发和大型化石油装备的运输需求。随着技术的不断创新和发展,半潜船将进一步提升性能和功能,为复杂的海洋工程提供高效、精准的解决方案。因此,长期来看,半潜船市场的更新和投放依然值得期待,市场前景仍然看好。