中船集团第七〇八所 秦 琦

近年来，随着极地科考活动的不断升温，以及北极航道的季节性通航，冰区船舶大受追捧，新设计、新船型不断问世，成为造船领域一道靓丽的风景。

破冰船

破冰船通常包括常规破冰船、多用途破冰船、科考船等，良好的冰区航行能力、破冰能力和冰区操作性是该型船舶的主要技术参数，它的特点是吨位大、主机功率大，船体材料采用特殊钢，首部形状逐渐前倾，船首、船尾、水线处额外加强，同时，安装“冰角”和“冰刀”以保护螺旋桨和舵，配备可替换的桨叶，采用空泡系统以支持破冰，在破冰时加热喷水口，另外它还具备快速处理压载水的能力，布置多个水密舱壁，具有高效的探照灯。

目前世界上主要的破冰船建造厂主要分布在欧洲，包括韩国STX欧洲公司和俄罗斯Baltiysky Zavod船厂等。

2008年Baltiysky Zavod船厂为俄罗斯Rosmorport FSUE公司建造了LK16“Moskva”号破冰船，它是俄罗斯船厂30多年来建造的首艘柴电推进破冰船，主要为冬季在芬兰湾航行的大型油船（船宽40～50m）开辟航道，在冰区或无冰区域为船舶和浮式结构物提供拖曳、救援任务，清洁开阔海域的漏油和化学品，以及为北极航行船舶提供消防服务。该船总长114m，型宽27.5m，吃水8.5m，载重量6425吨，配备2台6000kW的瓦锡兰12V32型柴油机和2台4500kW的瓦锡兰9L32型柴油机、2台8200kW的电动机，破冰能力为1m，可以在强度为50万帕、厚度为0.1～0.2 m的冰区以约3kn的航速前行。同时，“Moskva”号破冰船能够以2kn的航速在6级海况下进行救援操作。

在核动力破冰船方面，目前世界上最大的核动力破冰船是“50 years of Victory”号，该船推进系统采用2个核反应堆，推进功率达到55125kW。“50 years of Victory”号船长159m，宽30m，吃水11.08m，在无冰水域的最高航速为21.4kn，排水量为25000t。该船的冰带宽度为5m，采用不锈钢材料建造。据了解，“50 years of Victory”号船的破冰能力可以达到2.5m。

冰区加强型货船

冰区加强船舶具备在冰区航行的能力，与普通船舶相比其船体结构经过加强，且主机功率较大，常见于渡船、散货船、滚装船等，其特点是一般采用双壳船体，船形平滑、船首和船尾安装有高效的推进器，肥型船首有利于前行和破冰，采用厚钢板设计（特别是在船首和水线处），同时采用特殊船体涂层以提高船体强度和降低与冰块的摩擦，冰带加强区一般为水线上下1m处，另外还配备特殊的主机冷却装置和直升机。

● 冰区油船

在冰区油船的设计和建造领域，设计公司主要有阿克尔北极技术公司（AARC）和Deltamarin设计公司，建造厂商主要有韩国船厂、日本船厂、俄罗斯船厂和一些欧洲船厂，包括三星重工、STX集团、现代重工、大宇造船与海洋工程、住友重工、Admiralty船厂等。

AARC设计了多艘冰区油船，如1988～1989年为Primorsk航运公司设计了6艘2500DWT的冰区成品油船；2002年设计了冰级符号为“超1A”的双动冰区油船“Tempera”号，该船能够以6kn的航速在0.7m厚的冰区航行；此外，AARC还为JCS Sovcomflot公司设计了6艘70000DWT冰区穿梭油船，主要用于将油气从Prirazlomnoye北极油田运至伯朝拉河。

2007年，AARC设计了世界首套北极油田穿梭输出系统——3艘双动破冰油船，三星重工负责建造的首艘船“Vasily Dinkov”号于2007年交付。该型船采用双动技术，不需要破冰船的协助就能够直接将原油从Varandey运至摩尔曼斯克。该型船最大破冰能力达到1.7m，航速为3kn时，船首或船尾的破冰厚度为0.2m，冰级符号为LU6。动力和推进装置采用3台柴油发电机和2套Azipod推进装置，并安装有1台1000kW的停泊发电机和1台640kW的应急发电机。10个货舱和2个污水舱均布置有独立的潜水泵和加热盘管，每个舱室的底部和甲板前端均采用纯环氧物涂层。据了解，船首货物的装载效率为10000m3/h，该船可以装载85300m3的原油。

“Norilskiy Nickel”号冰区集装箱船

● 冰区集装箱船

AARC为俄罗斯Norilsk Nickel公司设计的“Norilskiy Nickel”号是世界上首艘采用双动技术的冰区集装箱船。该船于2006年交付，主要用于摩尔曼斯克——喀拉海Dudinka港口之间的货物运输，它为极地货物运输提供了一种低成本的解决方案。据了解，2006年至今Norilsk Nickel公司投入5艘该型冰区集装箱船在西伯利亚北部全年运输矿物，它采用双壳船体，设置有3个货舱，并配有一个装载特殊或危险货物的小舱室。“Norilskiy Nickel”号冰区集装箱船总长169.5m，型宽23.1m，型深（至主甲板）14.2m，配有21个冷藏插座，可以装载648个标准集装箱，主机采用3台6000kW的瓦锡兰12V32型柴油机，推进系统为1个13000kW的Azipod推进装置、1个直径为5.6m的定距螺旋桨，船首具有较强的破冰能力，能够以2.5kn的航速在1.5m厚的冰区前行；船尾设计成鸭尾型并配有尾鳍，整个船尾结构满足LU6冰级符号的要求，船尾的最大破冰能力是以2kn的航速在1.7m的冰区前行。

● 冰区LNG船

日本船厂是世界上冰区LNG船的主要建造商，如川崎造船集团分别于2006年和2007年建造过“Arctic Voyager”号、“Sun Arrows”号冰区LNG船。“Sun Arrows”号LNG船主要负责将俄罗斯库页岛的天然气运至日本北部。该船满足俄罗斯船级社LU3冰级符号要求，能够在环境温度为-25℃、冰区厚度为0.3m的环境中独立航行，主要特点包括船首采用防冻涂层和低温钢，采用调距螺旋桨，桥楼为封闭区域，压载舱和海水冷却系统配有防冻设备等。

此外，三菱重工为俄罗斯Sovcomflot航运公司建造过“Grand Aniva”号和“Grand Elena”号冰区LNG船，主要用于库页岛二期项目。

另外，阿克尔北极公司目前正在设计采用完整型船体结构（IHS）的Moss型冰区LNG船，用于亚马尔半岛到欧洲或美国墨西哥湾的LNG运输。该型LNG船总长为340m，舱容达206000m3，安装有2台18000kW的Azipod推进装置，采用柴电推进，总功率约为46000kW，航速为5kn时，船尾破冰能力为1.5m，船首破冰能力为0.7m。

“Sun Arrows”号和“Grand Elena”号技术参数

AARC开发的冰区LNG船

冰区海洋工程装置

由于冰区温度较低和气候条件恶劣，冰区近海钻井具有较大的挑战。目前在冰区作业的主要海洋工程装置包括钻井平台、FSO、钻井船和供应船等，此外一些冰区还安装了油船装载设备（TLU）、驳船、FPSO冰区系泊装置、海底生产装置等一些特殊设备。

● 钻井生产平台

据了解，俄罗斯库页岛2期第二阶段项目主要是开发鄂霍次克海附近的Piltun Astokhskoye油气田和Lunskoye气田，鄂霍次克海冬季结冰，最低温度达到-40℃，夏季温度为30℃，而且库页岛位于地震高风险区。目前在库页岛2期项目中作业的平台有3座，分别是PA-A平台、PA-B平台、LUN-A平台。

PA-B平台于2007年7月安装在Piltun-Astokhskoye油气田，它是一座钻井、处理和生产平台，能够实现全年作业，底座采用4个混凝土重力基座，基座高53m，主尺度为94 m×91.5 m×11.5m，重90000t。上层模块设施包括钻井和分离设施、储存设施和生活居住模块，主工作区域为封闭结构，敞口设备采用防冰保护。上层模块重28000t，井位45个，最多可以容纳140人。上层模块和基座的连接采用摩擦式摆动轴承机械装置，可以提高平台在地震中的稳定性，减小正常状况下浮冰和波浪载荷对平台的冲击。PA-B平台的最大钻井深度为2250m，产油能力为7万桶/天，产气能力为260万立方米/天。

● 浮式储卸装置（FSO）

2009年，吉宝船厂交付给Lukoil公司1艘冰区FSO“Yuri Korchagin”号，用于开采Yuri Korchagin油田，它是里海水域首艘冰区型FSO，它长132.8m，宽32m，型深15.7m，吃水10m，载重29556t，储油能力约为28000t，疲劳寿命为20年。该装置可以承受温度为-20℃、冰厚为0.6 m的环境，冰级符号为C0。“Yuri Korchagin”号采用双壳双底结构，上层建筑可以容纳32人，船舯布置有货油控制室、机舱、直升机降落点。船尾设置有一根长为146m、直径为4.37m的浮式软管，卸油速度约为150立方米/小时。据了解，该FSO将冰区生产钻井平台IFP-1中的原油通过单个浮筒系泊系统运送至穿梭油船。

● 钻井船

三星重工为Stena钻井公司建造的“Stena DrillMAX ICE”号是世界上首艘采用双井架、适合北极作业的超深水钻井船，冰级符号为+1A1，主要特点包括船体冰级为PC-5，安装有6个5500 kW的ICE-10冰级符号的方位推进器，甲板起重机可以在-30℃的环境下操作，符合耐寒基本要求，锚链、甲板管道、救生艇（筏）、逃生通道、排水孔（道）采用防冻措施、提高露天甲板，通道/楼梯、扶手和管道的抗冻能力，防止舱壁、甲板与室外环境接触，压载舱和钻井水舱布置蒸汽加热管，将蒸汽导入船舷水管，在钻台、井架等部位添加涂层以提高环境保护能力，在防喷器周围增加额外保护措施，增加BOP数量以保证100%的冗余度，提高储藏空间等。

“Stena DrillMAX ICE”号冰区钻井船

GustoMSC公司在20世纪70年代就开发了可以在冰区作业的“Pelican”级钻井船，该公司最近开发的PRD 12000冰区型钻井船适合在北极航行和作业，满足ICE-05船级符号要求。为适应冰区环境，该型船采取了遮蔽甲板、救生艇喷水保护、防冻和抗冻设备、加热设备等一些措施，同时满足零排放和DNV“清洁设计”要求。据了解，新加坡吉宝船厂为Frontier 钻井公司和壳牌公司总装的2艘“Bully”级钻井船就采用了PRD 12000冰区型设计方案，首艘船“Bully 1”号于2010年交付。为了保证北极作业，该型钻井船具有以下设计特点：采用冰区加强船体，能够在0.5m厚的第一年冰环境下操作；冬化处理，船体和船上系统采取了一套冬化处理措施，满足DNV WINTERIZED（-15）符号，包括保护系泊区域和救生艇、舱室布置加热设施、通道与环境隔绝等；系泊系统设计，采用8点系泊系统以保证船舶能够在浅水作业，采用特殊的水下导向器装置以保护系泊链线等。该型钻井船采用紧凑型设计，总长为187.5m，排水量为45000t，采用增压钻管时的钻井水深为3650m。

此外，据报道，大宇造船与海洋工程公司目前正在开发能够在北极作业的钻井船。该船采用球鼻艏设计，适合在无冰水域和薄冰区域航行；船尾采用加强结构，以适于厚冰区域操作。该船安装有2个Azipod装置和4个可收缩方位推进器，以提高船舶操作和动力定位能力。该船的作业环境为0.5～1.5m厚的冰区，在薄冰区域的穿透度为90%以上，在厚冰区域的穿透度为50%。

● 供应船

AARC开发了多型海洋工程辅助破冰船，包括ARC105型平台供应破冰船、ARC106型多用途破冰船、ARC107型破冰锚作船等。

AARC开发的ARC105型破冰平台供应船主要用于为海洋平台和钻井船舶提供物资及设备，进行破冰/冰区管理作业，具备初步的防火和救援能力，为海洋结构物的安装提供救援和守护服务。该型船具备较佳的破冰能力和冰区管理能力，船尾破冰能力分别为1.8 m/1kn、1.6m/3kn、0.9m/7kn，船首破冰能力分别为1.2m/3kn、0.6m/8kn，具备在厚度达12m的碎冰环境中连续航行的能力。该船采用环保型设计，满足DNV“清洁设计”符号，船壳附近不设置油舱。同时，该船提高了船员生活环境的舒适性和安全性，噪声和振动方面符合DNV符号“COMF V（3）”要求，采用遮蔽艏楼甲板和遮蔽安全区域，26名船员均拥有独立单间，另外7个客舱最多可以容纳12人。

● 极地科考船

目前世界上正在研发的最先进极地科考船是“Aurora Borealis”号，该船由来自10个国家的15家单位组成的欧洲研究破冰船联盟（ERICON）负责，研发设计时间为2008～2012年，2012～2014年建造。该极地船是集破冰船、科考船、钻井船为一体的多功能型船舶，在破冰方面，能够以3kn的航速在2.5m厚的多年冰环境中航行，可以穿越高度达15m的冰脊；可以全年部署在极地区域进行科考任务，32个移动式实验室布置在船首月池，甲板面积较大，船尾和船侧布置有多台起重机，尾跳板布置有拖曳和接收设备；在钻井方面，尾部月池上方布置有1个封闭式钻井井架，6000m长的钻管布置在井架30m的预装区，另外6000m长的钻管布置在甲板集装箱，在无冰区钻井时可以使用动力定位系统，能够在100～5000米水深的冰区（最大冰厚为2m）进行科学钻井作业。

“Aurora Borealis”号技术参数

从以上典型的民用冰区船舶来看，冰区船舶已经参与到包括油气开采和运输、冰区贸易、极地科考在内的多种任务和操作，它们也代表了世界冰区船舶研究、设计、建造和运营的领先水平，从中我们可以获知：

（1）冰区船舶与普通船舶在作业环境、工作方式、设计建造要求等方面有着明显的不同，世界冰区特别是北极区域的钻井、建造和生产条件具有极大的挑战性：距离远、气候恶劣、大量冰块、天空黑暗、生态系统保护等。由此可见冰区船舶对船舶设计和建造公司的要求较高，技术含量高，风险性大，挑战性大。

（2）双动破冰、方位推进器、冰区管理和动力定位等技术促进了冰区船舶的快速发展，这些技术来源于从事冰区船舶研发公司的长期努力与创新，比如目前已成为行业标准的双动破冰技术就是AARC公司经过长期研发而实现的。

（3）由于受多种条件的限制，冰区船舶的设计越来越具有挑战性，需要在冰区环境保护和冰区有效开发、冰区航行能力和无冰区航行能力等方面保持合理的平衡。