大型穿梭油船的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

李興軍　于智強(qiáng)　姚丹丹　馮可　郝清

【摘 要】 以船級(jí)符號(hào)為基礎(chǔ)，分析載質(zhì)量為15.2萬t的穿梭油船在船體結(jié)構(gòu)、主推進(jìn)系統(tǒng)、動(dòng)力定位系統(tǒng)、艏裝載系統(tǒng)、貨油裝卸系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、船舶舒適度、一人橋樓以及防污染等方面與普通油船不同的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，證明此穿梭油船的設(shè)計(jì)有其特殊性，并為未來穿梭油船的設(shè)計(jì)提供有益借鑒。

【關(guān)鍵詞】 貨油艙；艏裝載系統(tǒng)；動(dòng)力定位系統(tǒng)

穿梭油船取代深水海域的海底輸油管路將原油從海上油田運(yùn)輸至原油碼頭。為了實(shí)現(xiàn)海上安全裝載，相較于普通油船，穿梭油船還裝備了艏裝載系統(tǒng)、動(dòng)力定位系統(tǒng)（DPS）和直升機(jī)甲板等一些特殊裝置和系統(tǒng)。

近年來，中遠(yuǎn)船務(wù)工程集團(tuán)有限公司通過技術(shù)創(chuàng)新，先后設(shè)計(jì)和建造了載質(zhì)量為1.0萬t和5.9萬t的穿梭油船，目前正在設(shè)計(jì)和建造載質(zhì)量15.2萬t大型穿梭油船，是迄今國內(nèi)建造的最大和最先進(jìn)的穿梭油船。本文結(jié)合載質(zhì)量為15.2萬t穿梭油船的船級(jí)符號(hào)，簡要分析其與普通油船的不同設(shè)計(jì)特點(diǎn)，以期為穿梭油船的設(shè)計(jì)提供有益借鑒。

1 穿梭油船概況

1.1 主要參數(shù)

此油船的主要參數(shù)見表1。

表1 主要參數(shù)

1.2 船級(jí)符號(hào)

在建穿梭油船入級(jí)DNV船級(jí)社，其船級(jí)符號(hào)為：DNV 1A1，“Tanker for Oil ESP”，PLUS，CSR，E0，DYNPOS-AUTR，OPP-F，BOW LOADING，SPM，F(xiàn)-AMC，NAUT-AW，HELIDK-SH，T-MON，VCS-2，PSPC（B），BIS，BWM-T，CLEAN DESIGN，COMF V（3）C（3），CSA-FLS，CCO

1.3 適用的規(guī)范和規(guī)則

在建穿梭油船除與普通油船同樣適用有關(guān)規(guī)范和規(guī)則以外，還適用特殊的規(guī)則和要求：CAP437；Marine Safety Criteria for Industry Vessels in Exxon Mobil Service；Basic Requirement for Dynamically Positioned Shuttle Tanker Issued by PETROBRAS；Guidelines for Design and Operation of Dynamic Positioned Vessels（IMAC M103）；Statoil Minimum Technical and Operational Req. for Offshore Loading Shuttle Tankers。

1.4 總體布置

在建的載質(zhì)量15.2萬t的穿梭油船為雙殼、單甲板、球首、球尾、尾機(jī)型油船，采用DPS-2級(jí)系統(tǒng)，艏部設(shè)置艏裝載系統(tǒng)；貨油艙甲板舯部設(shè)置直升機(jī)甲板，設(shè)計(jì)走橋連接上層建筑甲板和艏樓甲板；艏部和艉部安裝多個(gè)側(cè)推器和方位推；分別設(shè)計(jì)12個(gè)貨油艙、2個(gè)污油水艙、12個(gè)壓載艙，其中，艏尖艙和艉尖艙用作壓載艙。

2 穿梭油船的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.1 總體布置的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

在建穿梭油船總體布置設(shè)計(jì)特點(diǎn)如下：

（1）艏部布置防撞艙壁，增加了貨油艙艙容；

（2）艏尖艙和艉尖艙的艙容較??；

（3）舵機(jī)艙下方設(shè)置空艙，降低拱距，相應(yīng)地降低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求；

（4）貨油艙底部高度和雙殼寬度滿足貨油意外漏油檢測(cè)的要求；

（5）貨油艙甲板設(shè)置直升機(jī)甲板，滿足CAP 437、巴西水域以及挪威水域的要求；

（6）艏部設(shè)置艏裝載系統(tǒng)。

2.2 船體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

在建穿梭油船具有DNV船級(jí)符號(hào)PLUS和CSA-FLS。PLUS主要涉及船體結(jié)構(gòu)低周期強(qiáng)度疲勞分析，需要對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行艙段有限元分析，對(duì)型材穿越孔、人孔和減輕孔等建立有限元模型，單元大小為50 mm 50 mm。同時(shí)，針對(duì)船底、內(nèi)底、舷側(cè)和內(nèi)殼的縱骨穿越孔、頂筋、補(bǔ)板及船底板和舷側(cè)板與強(qiáng)框相交的部位、水平桁的趾端和跟部等部位進(jìn)行疲勞強(qiáng)度分析。

CSA-FLS需要通過水動(dòng)力分析手段以求得船體結(jié)構(gòu)實(shí)際載荷，并將其應(yīng)用于有限元模型上。對(duì)船體結(jié)構(gòu)作全船有限元、艙段有限元和局部有限元疲勞分析，需要進(jìn)行疲勞強(qiáng)度分析的部位有：貨艙區(qū)縱骨在強(qiáng)框處的端部連接；貨艙區(qū)船底、舷側(cè)板和強(qiáng)框/加強(qiáng)筋的連接；折角處；結(jié)構(gòu)不連續(xù)處；貨油甲板開孔處（含管子通艙件）和支座。

為了滿足上述要求，甲板的剖面模數(shù)增加約30%，相應(yīng)地空船重量增加較多，約1 000 t，因此對(duì)在建穿梭油船的空船重量控制構(gòu)成巨大挑戰(zhàn)。

2.3 主推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

在建穿梭油船的主機(jī)采用MAN 6S70ME-C8 Tier Ⅱ型號(hào)，其氮氧化合物（NOx）和硫氧化合物（SOx）的排放均滿足DNV CLEAN DESIGN的要求。此油船軸系分為中間軸、中間軸承和尾軸管等，配備4葉鎳鋁青銅可調(diào)螺旋槳，使用1臺(tái)具有阻力小、適航性好、舵效高、重量輕等優(yōu)勢(shì)的西林舵。艉軸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)符合DNVT-MON的要求。

2.4 DPS設(shè)計(jì)特點(diǎn)

在建穿梭油船的DPS是油船在海上通過海工裝載終端（FPSO/FSO）裝載原油時(shí)投入使用的，用以確保油船固定在設(shè)定的位置上，這是穿梭油船區(qū)別于普通油船的一個(gè)重要特征。在建穿梭油船DNV船級(jí)符號(hào)為DYNPOS-AUTR，系統(tǒng)設(shè)備的配置和冗余可保障單一故障不會(huì)導(dǎo)致船舶定位失效。推進(jìn)器分為主機(jī)、螺旋槳和艏部NO.1側(cè)推器為一組，艉部側(cè)推器、艉部方位推和艏部NO.2側(cè)推器為一組以及艏部方位推為一組等3組。

DPS控制系統(tǒng)包括動(dòng)力定位控制計(jì)算機(jī)、傳感器系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、操作面板、定位參考系統(tǒng)和相關(guān)電纜等；控制方式有采用操縱桿手動(dòng)控制推進(jìn)器的手動(dòng)模式和采用系統(tǒng)自動(dòng)控制推進(jìn)器的自動(dòng)模式。

2.5 艏裝載系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

艏裝載系統(tǒng)的功能是將穿梭油船系泊連接到FPSO/FSO上并將原油裝載到穿梭油船上，是穿梭油船區(qū)別于普通油船的一個(gè)重要特征。艏裝載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、布置、控制和安全要求等應(yīng)滿足DNV BOW LOADING和挪威國家石油公司（Statoil）的要求，牽引絞車、軟管絞車、止鏈器、萬向懸架、導(dǎo)纜器、纜繩拖曳裝置、舷內(nèi)閥、裝載總管、艏門、液壓單元等主要設(shè)備分別布置于平臺(tái)甲板、艏樓甲板和上甲板。

裝載總管包括接頭和旋軸。裝載前，在液壓油的作用下，接頭在旋軸上向舷外旋轉(zhuǎn)50 ，然后與FPSO/FSO上的輸油軟管末端接頭相連接；連接完成后，在液壓油的作用下打開裝載總管接頭內(nèi)部的閥門，同時(shí)打開輸油軟管末端接頭內(nèi)的閥門。當(dāng)待裝載總管和船上貨油管路處于“Green Line”狀態(tài)時(shí)，即可進(jìn)行裝載原油作業(yè)。

2.6 貨油裝卸系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

貨油裝卸系統(tǒng)的作用在于為穿梭油船裝卸貨油：利用艏裝載系統(tǒng)裝載原油，利用船上的貨油泵卸載原油。在建穿梭油船未設(shè)置泵艙，而是采用一艙一泵的貨油裝卸系統(tǒng)，即每個(gè)貨油艙內(nèi)安裝1臺(tái)液壓驅(qū)動(dòng)的深井式貨油泵。貨油系統(tǒng)管路分為3組，分別為12個(gè)貨油艙和2個(gè)污油水艙提供服務(wù)。

貨油裝卸系統(tǒng)的總裝載率取決于艏裝載的裝置集管，為8 000 m3/h；該系統(tǒng)可同時(shí)卸載6個(gè)貨油艙和2個(gè)污油水艙的原油，總卸載率為12 000 m3/h，即每個(gè)貨油艙為1 800 m3/h，每個(gè)污油水艙為600 m3/h。貨油艙內(nèi)的下降管（Drop Line）采用Knutsen公司的專利技術(shù)產(chǎn)品――KVOC管，可有效減少原油在裝載時(shí)產(chǎn)生的蒸發(fā)氣。

2.7 消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

在建穿梭油船消防系統(tǒng)主要包括貨油艙甲板海水消防、貨油艙甲板低倍泡沫滅火、機(jī)艙高倍泡沫滅火、機(jī)艙局部水霧滅火、住艙海/淡水滅火、艏裝載區(qū)低倍泡沫滅火和噴淋及直升機(jī)甲板低倍泡沫滅火等系統(tǒng)。這些消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅要滿足《國際海上人命安全公約》（《SOLAS公約》）的要求，還要滿足DNV船級(jí)社船級(jí)符號(hào)F-AMC（上層建筑、機(jī)艙、貨油甲板和貨油艙的消防）的要求，其中：艏裝載區(qū)的消防系統(tǒng)要滿足DNV BOW LOADING和Statoil的要求；直升機(jī)甲板的消防系統(tǒng)要滿足DNV HELIDK-SH和CAP437的要求。

在建穿梭油船的消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)有其特殊性。

（1）上層建筑內(nèi)部設(shè)置淡水（飲用水質(zhì)）消防系統(tǒng)；

（2）機(jī)艙高倍泡沫系統(tǒng)設(shè)置2臺(tái)泡沫泵，使用淡水供水；

（3）機(jī)艙本地水霧系統(tǒng)采用壓力蓄能裝置釋放滅火介質(zhì)；

（4）甲板低倍泡沫系統(tǒng)設(shè)置2臺(tái)比例混合器和2臺(tái)泡沫泵，部分泡沫炮遙控；

（5）甲板海水消防系統(tǒng)的管路為環(huán)形管路；

（6）艏裝載區(qū)設(shè)置低倍泡沫和自動(dòng)水噴淋系統(tǒng)（遙控泡沫炮和泡沫/噴淋噴嘴滅火）；

（7）直升機(jī)甲板設(shè)置低倍泡沫系統(tǒng)。

2.8 船舶舒適度的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

DNV船級(jí)符號(hào)COMF V（3）C（3）是關(guān)于船舶舒適度的要求，涉及船舶的噪聲和振動(dòng)、室內(nèi)環(huán)境。V（3）代表噪聲和振動(dòng)的第3級(jí)別，屬最低要求；C（3）代表室內(nèi)環(huán)境的第3級(jí)別，屬最低要求。在建穿梭油船為了達(dá)到上述船級(jí)符號(hào)的要求，對(duì)船舶舒適度作了相應(yīng)設(shè)計(jì)。

（1）將噪聲級(jí)別控制要求較高的房間安排在遠(yuǎn)離機(jī)器處，例如將醫(yī)務(wù)室布置在A甲板上；

（2）駕駛室窗戶全部采用雙層玻璃隔音窗；

（3）在生活區(qū)的后圍壁上鋪設(shè)吸音效果較好的隔音材料；

（4）風(fēng)機(jī)放置在封閉的房間內(nèi)；

（5）選用噪聲分貝值低的設(shè)備；

（6）增加生活區(qū)風(fēng)管尺寸，降低風(fēng)阻和風(fēng)速；

（7）空調(diào)系統(tǒng)末端設(shè)置再加熱器，在設(shè)計(jì)溫度的基礎(chǔ)上對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)；

（8）中央控制室、主配電板室、應(yīng)急配電板室等內(nèi)部除了設(shè)有正常的空調(diào)送風(fēng)以外，還配備了立柜式獨(dú)立空調(diào)器。

2.9 一人橋樓設(shè)計(jì)特點(diǎn)

DNV船級(jí)符號(hào)NAUT-AW是對(duì)橋樓設(shè)計(jì)、橋樓儀表和工作站等的布置要求。在建穿梭油船為了達(dá)到該船級(jí)符號(hào)的要求，對(duì)加強(qiáng)室作了相關(guān)設(shè)計(jì)。

（1）駕駛室兩翼超出最大船寬，擴(kuò)大觀察范圍；

（2）駕駛室三面采用傾斜的大窗，將盲區(qū)總和控制在30 以內(nèi)，窗戶間的間距為90 mm；

（3）駕駛室的后圍壁上無法設(shè)置窗戶，可采用攝像頭解決向后的視域；

（4）中央控制臺(tái)前方的窗戶安裝了雨刮器和電加玻璃，所有窗戶安裝了暖風(fēng)噴頭，以保證在惡劣天氣情況下具備良好的視線；

（5）為了提高夜間航行的安全性，駕駛室所有的窗戶傾斜安裝，以免玻璃反光影響視線；

（6）駕駛室內(nèi)部的天花板、圍壁板、地板以及控制臺(tái)等的顏色均采用深色亞光材料，以免燈光或陽光造成反光，影響視線。

2.10 防污染設(shè)計(jì)特點(diǎn)

在建油船與防污染有關(guān)的DNV船級(jí)符號(hào)有CLEAN DESIGN，BWM-T和OPP-F。CLEAN DESIGN要求：貨油蒸發(fā)氣逸出的控制應(yīng)滿足VCS-2的要求；原油洗艙清洗到的面積至少96%；壓載水的處理應(yīng)滿足壓載水管理公約D-2標(biāo)準(zhǔn)；排油監(jiān)控裝置對(duì)污油水的排放符合規(guī)定；生活污水應(yīng)經(jīng)處理裝置處理，不能直接排入大海。BWM-T要求安裝2臺(tái)浸沒式壓載泵（每臺(tái)容量為2 500 m3/h，壓力為0.3 MPa），并在上甲板安裝1套壓載水處理裝置（容量為2 500 m3/h）。燃油艙底部距船舶底板的最小距離及燃油和柴油注油管路的采用遙控型閥門需滿足OPP-F要求。

3 結(jié) 語

載質(zhì)量15.2萬t穿梭油船賦予的船級(jí)符號(hào)、適用的規(guī)范規(guī)則以及安裝的特殊裝置等數(shù)量眾多，充分證明了此油船設(shè)計(jì)有其特殊性。本文基于DNV船級(jí)符號(hào)，對(duì)在建穿梭油船的設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行簡要分析，可為相似類型穿梭油船的設(shè)計(jì)提供參考。