超大型油船壓載水艙分艙的優(yōu)化研究

尚保國

（上海交通大學(xué) 船舶海洋與建筑工程學(xué)院 上海 200030）

0 引 言

VLCC船通常有一半的運(yùn)行時間屬于壓載工況。為使壓載航行時能達(dá)到適宜的船舶首尾吃水和浮態(tài)，保證船舶的耐波性、航行穩(wěn)定性等航海性能，需要提供足夠的可用壓載水艙容積。壓載水艙的分艙好壞，直接關(guān)系到全船的設(shè)計(jì)總縱強(qiáng)度，進(jìn)而影響到結(jié)構(gòu)重量及載重量指標(biāo)。因此，對壓載水艙分艙進(jìn)行優(yōu)化是VLCC設(shè)計(jì)的必要任務(wù)。

1 VLCC壓載水艙分艙型式

VLCC船貨艙區(qū)的雙底、雙舷側(cè)通常設(shè)置為壓載水艙，有時根據(jù)需要也會利用首尾尖艙。設(shè)計(jì)時，在滿足MARPOL規(guī)范規(guī)定的雙底高度、雙舷側(cè)寬度最小要求的前提下，根據(jù)壓載工況的吃水要求來確定最小壓載水艙的容積。

VLCC壓載水艙主要的分艙型式有以下幾種：

1.1 常規(guī)壓載水艙型式

貨艙區(qū)共設(shè)五對壓載水艙，貨油艙的邊艙和底艙設(shè)為壓載水艙。該方案在相同主尺度下可以使得壓載艙容最大化。但在URS11規(guī)范生效后，這樣的常規(guī)分艙方案中拱彎矩過大。

分艙示意如圖1：

1.2 中壓載水艙型式

貨艙區(qū)共設(shè)五對壓載水艙，一般在船舯前位置的兩個貨油艙之間隔離出兩檔強(qiáng)框空間，作為第三壓載水艙的增加部分［1］。設(shè)置有中壓載水艙的布置形式，可以減少壓載邊艙的寬度，相應(yīng)增加在船舯的壓載艙容積。這樣的設(shè)計(jì)有利于減少壓載狀態(tài)下的中拱彎矩，為結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)帶來好處，但該型式增加了橫艙壁的維護(hù)工作量。在壓載艙涂層性能標(biāo)準(zhǔn)（PSPC）生效后，對船廠的施工也帶來不便。七○八所為江南長興造船基地設(shè)計(jì)的29.7萬噸VLCC即采用此種型式。

分艙示意如圖2：

1.3 設(shè)置空艙型式

貨艙區(qū)共設(shè)五對壓載艙，并在第一壓載水艙內(nèi)設(shè)置一個空艙。采用此種型式，在滿足URS11規(guī)范情況下，可降低中拱彎矩。該型式是七○八所的創(chuàng)新，在URS11規(guī)范提出新的解釋之前，成功解決了中拱彎矩過大的問題。該型式的缺點(diǎn)是可用總壓載水量減少，布置形式超常規(guī)。七○八所為廣州龍穴造船基地設(shè)計(jì)的30.8萬噸VLCC即采用此種型式。

分艙示意如圖3：

1.4 六對壓載水艙型式

貨艙區(qū)共設(shè)六對壓載水艙，將常規(guī)的第五壓載水艙劃出一部分作為第六壓載艙，增加了壓載艙的數(shù)量。在滿足URS11規(guī)范情況下，通過增加中途工況的方法，同樣可降低中拱彎矩，并可提高調(diào)載的靈活性；其缺點(diǎn)是需增加一套壓載管系及閥件。七○八所為廣州龍穴造船基地最新設(shè)計(jì)的32萬噸VLCC即采用此種型式。

分艙示意如圖4：

2 URS11規(guī)范及最新建議案

URS11規(guī)范是國際船級社協(xié)會（IACS）針對船長90 m及以上在無限航區(qū)航行的鋼質(zhì)海船關(guān)于總縱強(qiáng)度的統(tǒng)一要求，適用于2004年7月1號以后建造的船舶。

其中S11.2.1.3條規(guī)定：在壓載工況的總縱強(qiáng)度校核時，在出港、到港以及航行中間狀態(tài)，如果首尾尖艙或其他壓載水艙部分裝載，則這樣的裝載工況不能作為設(shè)計(jì)工況考慮。對于設(shè)計(jì)而言，如果出港、到港及規(guī)定的任何中間狀態(tài)存在壓載水艙部分裝載的情況，則必須校核該壓載水艙從空到滿時的船體總縱強(qiáng)度，不必考慮浮態(tài)及穩(wěn)性。

在載貨工況下，上述要求僅適用于首尾尖艙。

在壓載水順序置換工況下，上述要求不適用。

國際船級社協(xié)會于2007年6月發(fā)表了關(guān)于壓載航行工況中壓載水艙出現(xiàn)部分裝載的建議案［2］（No.97 Recommendation for S11.2.1.3，Rev.5）， 該建議案中將壓載水艙出現(xiàn)部分裝載的情況分為幾種類型，并按類給出了詳細(xì)的計(jì)算要求，明確了可以增加中途工況來計(jì)算URS11。簡要列出如下：

·情況A 壓載航行中裝載無限制（下頁圖5）；

·情況B 壓載航行中設(shè)置中間工況，裝載有限制（下頁圖 6）；

·情況C 壓載航行中不允許出現(xiàn)壓載水艙部分壓載（下頁圖7）；

·情況D 針對典型的礦砂船。（略）

圖中以*注明的工況用于強(qiáng)度校核，不必為實(shí)際裝載工況。

情況A考慮一對壓載水艙處于部分裝載的情況可能會出現(xiàn)在壓載航行的任何階段。該艙在出港時為空艙，航行中途開始進(jìn)行壓載操作，直至打滿，到港時保持滿艙。必須增加的校核工況中該對艙的狀態(tài)定為出港滿艙和到港空艙。認(rèn)定此兩種狀態(tài)可能為最危險，針對它們進(jìn)行強(qiáng)度校核，對該艙（BWT6）的壓載操作無限制，可在航行的任何階段進(jìn)行。

情況B考慮一對壓載水艙處于部分裝載的情況只出現(xiàn)在壓載航行的中途階段。該壓載水艙在出港時為空艙，航行中途消耗品消耗到某一水平（如：50%）才開始對其進(jìn)行壓載操作，當(dāng)消耗品繼續(xù)消耗到一定水平（如：20%）時該艙打滿，到港保持滿艙。必須增加的校核工況中該對艙的狀態(tài)定為中途1（消耗品50%）滿艙和中途2（消耗品20%）空艙。采用此種壓載操作時，裝載手冊中必須明確消耗品消耗到什么程度時開始壓載水操作，并作為操船指南執(zhí)行。

情況C不允許壓載水艙處于部分裝載狀態(tài)（只允許較短的加載過程）。該艙在出港時為空艙，指定在航行中途（消耗品到某一水平）開始對其進(jìn)行壓載操作、直至打滿，到港時保持滿艙。

以上A、B、C三種情況都可以用于 VLCC。不過，情況C對裝載及浮態(tài)的要求較高，不利于實(shí)船操作；情況A對裝載操作沒有限制，但為了減小最大彎矩，需設(shè)置空艙；情況B需設(shè)置中間工況，對裝載操作影響不大，但需設(shè)置六對壓載水艙。

以下針對幾種分艙型式進(jìn)行詳細(xì)對比分析。

3 分艙型式的對比分析

VLCC壓載水艙分艙型式的選擇主要取決于如何降低最大中拱彎矩，降低裝載工況的最大彎矩對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和總縱強(qiáng)度是非常有好處的。通常VLCC最大的中拱彎矩發(fā)生在壓載出港所有壓載水艙打滿的 URS11 工況，即上述 Cond.A2（Dep.）* 工況。 在滿足URS11規(guī)范的情況下，若要降低中拱彎矩，最初唯一的方法是設(shè)置空艙，但在URS11實(shí)行新的建議案后，可以用設(shè)置六對壓載艙的方法來有效降低中拱彎矩。

七○八所設(shè)計(jì)的30.8萬噸VLCC采用的分艙方法是設(shè)置空艙，而最新設(shè)計(jì)的32萬噸VLCC采用的分艙方法是設(shè)置六對壓載艙。

通過設(shè)置六對壓載艙，壓載出港保持第六艙空，中途時才開始對第六艙加壓載水。強(qiáng)度校核工況則可以在中途開始計(jì)算，即上述Cond.B4（Int.3）*工況，這就大大減小了最大中拱彎矩。

目前，設(shè)置中壓載艙的型式很少采用。下面以32萬噸VLCC為例，對其他幾種分艙型式進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算分析。通過初步的裝載計(jì)算，得出表1～表3中數(shù)據(jù)：

表1 常規(guī)五對壓載水艙型式壓載工況及URS11工況

表2 設(shè)置空艙型式壓載工況及URS11工況

表3 設(shè)置六對壓載艙型式壓載工況及URS11工況

對比以上結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，設(shè)置六對壓載水艙的最大中拱彎矩明顯小于設(shè)置空艙的彎矩，而常規(guī)設(shè)置五對壓載水艙的彎矩最大。因此，設(shè)置六對壓載水艙型式對減小彎距效果最明顯。三種分艙型式的壓載水總?cè)莘e對比見表4。

由上可知，設(shè)置空艙型式壓載水容量損失約2 600 m3。而壓載水總?cè)萘吭黾?，會改善壓載工況的浮態(tài)，包括吃水增加、螺旋槳浸沒增大、縱傾減小、這都有利于壓載工況的航行。壓載水容量也是分艙優(yōu)化必須考慮的問題。

此外，第五壓載水艙優(yōu)化后劃分為第五、六壓載水艙，在滿載到港時，使用的第六艙更靠近燃油艙，對滿載到港的浮態(tài)也有改善。見表5。

通過以上分析，將各種分艙型式對比列于表6。

表4 三種分艙型式的壓載水總?cè)莘e對比

表5 三種分艙型式的滿載到港縱傾值對比

表6 不同分艙型式結(jié)果比對

4 結(jié) 語

船舶設(shè)計(jì)是一個不斷優(yōu)化的過程，需要我們隨時關(guān)注規(guī)范的更新及影響。通過以上分析可以得知，VLCC設(shè)置六對壓載水艙的分艙型式具有明顯的優(yōu)勢。七○八所最新設(shè)計(jì)的32萬噸VLCC即采用了此種型式。預(yù)計(jì)六對壓載水艙的分艙型式，會成為未來VLCC的主流發(fā)展趨勢。

［1］吳嘉蒙，蔣曄鵬．CSR對超大型油船裝載及壓載艙分艙的影響［J］．船舶，2006（6）：14-17．

［2］IACS No97 Recommendation for UR S11.2.1.3，Rev.5［S］．June 2007．