滾裝船貨艙雙層底燃油儲存艙透氣管布置方案研究

盧永勇

(招商局金陵船舶(南京)有限公司，江蘇 南京 210015)

0 引言

目前，隨著國內(nèi)汽車業(yè)的加速發(fā)展，國際間汽車進出口量不斷攀升，汽車國際運輸量大幅上升，對汽車滾裝船這種裝載量大、運輸成本低的特種船舶需求量也越來越大，國內(nèi)船廠承接的滾裝船訂單量大幅上升。滾裝船以各層貨艙的甲板面裝載車輛，能充分利用甲板面積裝載更多的車輛。

國際航線的滾裝船具有尺寸較大、續(xù)航力遠、航速快、主機功率大的特點，因此其耗油量高，對燃油裝載量需求大，燃油儲存艙數(shù)量多，總?cè)莘e多達數(shù)千立方。布置在雙層底的燃油儲存艙，雖規(guī)避了對甲板面積的占用，但會在底層甲板面上多處設(shè)置透氣管，從而對車輛裝載及交通產(chǎn)生不利影響。燃油儲存艙的透氣管位置通常需要船廠自己負責設(shè)計，并轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)圖紙，設(shè)計質(zhì)量受船廠設(shè)計人員的個人因素影響較大，如設(shè)計人員的經(jīng)驗、對規(guī)范要求的掌握能力和理解程度等。因此，有必要對貨艙雙層底燃油儲存艙透氣管的常規(guī)布置方式進一步優(yōu)化，在實現(xiàn)燃油儲存艙透氣功能的同時，避免眾多的透氣管對裝載甲板的占用。

本文提出新的燃油儲存艙透氣管布置方案，采用在每個燃油儲存艙頂部(甲板反面)艏艉端各設(shè)置一路向兩舷延伸的矩形或半圓管通道，從而把透氣管布置在非甲板區(qū)域的舷側(cè)，以期在滿足燃油儲存艙雙殼保護的規(guī)范條件下不占用甲板面，簡化貨艙的綜合布置。

1 燃油儲存艙的典型布置形式

滾裝船燃油儲存艙布置形式主要有2種：一種是把燃油儲存艙對稱布置在貨艙雙層底區(qū)域，燃油儲存艙與外底板之間用壓載水艙隔離，以實現(xiàn)雙殼保護的要求，見圖1(a)；另一種是把燃油儲存艙對稱布置在舷側(cè)，燃油儲存艙與外底板之間用空艙隔離，以實現(xiàn)雙殼保護的要求，見圖1(b)。

圖1 滾裝船燃油儲存艙典型布置圖

第1種燃油儲存艙布置方式不占用甲板面積，多出的甲板面積可以用于裝載貨物，但其管路布置尤其是透氣管、測深管布置困難。常規(guī)透氣管布置在裝貨區(qū)域甲板面，占據(jù)甲板面積，影響車輛交通，且船體結(jié)構(gòu)也相對復(fù)雜，同時燃油儲存艙周圍為壓載艙，水溫較低，對燃油儲存艙加熱或保溫時需要更多的熱量。第2種燃油儲存艙布置方式管路布置方便，可以直接利用邊艙空艙走管路，對燃油儲存艙加熱的利用率更高，且船舶穩(wěn)性重心變化受燃油消耗的變化相對較小，但是邊艙占據(jù)了船舶底部一至兩個貨艙甲板的數(shù)百平方米的面積，導(dǎo)致車輛裝載量減少。

滾裝船為了多裝貨物，邊艙結(jié)構(gòu)多設(shè)計為單殼，輔以狹小空艙或強結(jié)構(gòu)作加強，以盡可能擴大甲板有效裝載面積。每層貨艙的甲板面盡量不設(shè)橫壁縱壁隔斷或支柱，以方便車輛裝卸。自從規(guī)范要求對燃油儲存艙必須雙殼保護后，滾裝船燃油儲存艙大多采用第一種布置方式，既兼顧了裝貨面積最大化，又可滿足規(guī)范對燃油儲存艙的雙殼保護要求。

2 油艙透氣系統(tǒng)常規(guī)布置要求

油艙透氣系統(tǒng)設(shè)計及布置要滿足透氣功能的相應(yīng)要求，《船舶設(shè)計實用手冊》有專題介紹[1]，同時也受其他因素制約，如各船級社規(guī)范及IMO國際公約都有具體要求，主要要求或注意事項如下：

(1)透氣管的數(shù)量和布置位置受儲存艙的大小和形狀影響。若艙長大于7 m，則需設(shè)2根透氣管，盡可能遠離注入管；末端應(yīng)有自動關(guān)閉裝置，防止舷外水進入艙室。

(2)燃油儲存艙透氣末端必須位于露天干舷甲板或艙壁甲板以上，配有防火金屬絲網(wǎng)；甲板面上設(shè)集油盤，防止油污在雨水或甲板清洗時污染海洋環(huán)境。美國海岸警衛(wèi)隊要求集油盤容積≥160 L。

(3)透氣管的總截面積不得小于注入管截面積的1.25倍，同時最小管徑不低于50 mm；不同區(qū)域的管壁厚度的選擇不同，穿過其他液艙的透氣管需要加厚，且不能使用可拆接頭。

(4)造船規(guī)格書或船東的特殊要求，例如冰區(qū)航行船舶可能會對透氣管有保溫或加熱要求。因為在加注或滿載航行時，液體常會進入透氣管，因此極寒區(qū)域航行的船舶需要有防凍措施。

(5)透氣管空氣管頭高度根據(jù)其在船舶的所處位置布置，在位置1時高度不得低于900 mm，在位置2時高度不得低于760 mm。關(guān)于位置1和位置2的定義，參見英國勞氏船級社的RULESANDREGULATIONSFORTHECLASSIFICATIONOFSHIPS或《1966年國際載重線公約》，以及破損穩(wěn)性控制圖對開口高度的最低要求。

(6)對于兼具溢流功能的透氣管，其溢流點在透氣管上的高度設(shè)置，不能超出該艙的設(shè)計艙室結(jié)構(gòu)強度對應(yīng)的靜壓高度，否則溢流時靜壓過大會導(dǎo)致燃油儲存艙結(jié)構(gòu)變形。

3 雙層底燃油儲存艙透氣管布置難點

一般的燃油儲存艙透氣管都是直接布置在燃油儲存艙頂部。為確保透氣順暢，滾裝船的車輛裝載甲板面管路布置盡可能豎直向上，無法完全做到豎直的也需要有一定的向上傾斜度。一般情況下，船東或船檢能接受的與水平方向的夾角不能低于15°，不兜彎不積液， 且盡可能設(shè)置在燃油儲存艙的最高點，儲油時油艙頂部不留空氣夾層或減少空氣夾層，以提高燃油裝載率及減少自由液面給船舶穩(wěn)性帶來的負面影響。

布置在雙層底區(qū)域的燃油儲存艙等液貨艙的透氣管常規(guī)布置見圖2。盡管這種燃油儲存艙布置方式減少了對甲板的占用，增加了裝車數(shù)量，但給透氣管的布置帶來很大難度。常規(guī)透氣管布置在車輛裝載甲板面上，會出現(xiàn)以下問題：

(1)透氣管及其防撞保護占據(jù)甲板裝貨面積，影響裝車數(shù)，導(dǎo)致船東經(jīng)濟效益下降，且裝車數(shù)或車道面積也是滾裝船交船考核的重要指標之一。

(2)透氣管及其防撞保護阻礙車道，影響船舶在港口的車輛裝卸效率，延長碼頭期。

(3)透氣管水平段過長容易積液，導(dǎo)致透氣受阻，貨艙內(nèi)豎直段無法以支架固定。

(4)需對貨艙區(qū)豎直管路作防撞保護。

(5)若貨艙設(shè)有活動甲板，為了保證層高，則會導(dǎo)致甲板倒掛與活動甲板收藏區(qū)域之間的水平段空間受限。透氣管布置時，與縱向管路和電纜通道產(chǎn)生沖突，活動甲板的設(shè)計和布置也會受到影響。

因此，這種布置形式仍需要進一步優(yōu)化。

圖2 雙層底區(qū)域燃油儲存艙透氣管常規(guī)布置示意圖

4 雙層底燃油儲存艙透氣管布置優(yōu)化

滾裝船的燃油儲存艙透氣管布置方案必須結(jié)合船體結(jié)構(gòu)的特點，圖3的優(yōu)化方案可以避免常規(guī)布置所帶來的問題。在燃油儲存艙靠兩舷邊的頂部(甲板反面)設(shè)置外延的結(jié)構(gòu)通道或大通徑的加厚型半圓形透氣管。通常在每個儲存艙首尾兩端均設(shè)有透氣管；對于長度較短的燃油儲存艙若僅一路透氣管時，航行屬于艉傾型的船舶則盡可能設(shè)在靠艏的位置，較少的屬于艏傾的船舶則設(shè)在艉部。結(jié)構(gòu)形通道或半圓形透氣管的截面積必須大于燃油儲存艙透氣管的截面積，便于有效透氣及末端有足夠空間焊接透氣管。半圓形延伸透氣管的優(yōu)點是與結(jié)構(gòu)間的焊縫少、焊接量較小，半圓管開口貼內(nèi)底板下表面單面焊接；也可以采用矩形結(jié)構(gòu)，把外延通道做得更深一些，更利于透氣。

w—外延通道或半圓管的末端距船體外板的距離，mm；h—外延通道或半圓管末端距船底板的距離,mm。

w及h不能超出MARPOL 73/78公約附則I中第3章圖3中12A的要求。為符合船級社規(guī)范要求，上方透氣管的布置也盡可能滿足w、h值要求。

w具體計算公式如下：

(1)當600 m3≤C<5 000 m3時,w=0.4+2.4C/20 000。但wmin=1 m，若C<500 m3，則w≥0.76 m。

式中：C為全船燃油儲存艙總?cè)莘e，m3。

(2)當C≥5 000 m3時，w=0.5+C/20 000或w=2.0 m。w取較小值，但w值不得低于1 m 。

h具體計算公式如下：

h=B/20或h=2.0 m

式中：B為型寬。

h取較小值，但不得小于0.76 m。

w、h值的要求僅對于全船燃油儲存艙總?cè)莘e大于等于600 m3的船舶。w、h值的檢查需要在生產(chǎn)設(shè)計階段完成。若發(fā)現(xiàn)w值不能滿足規(guī)范要求，則在船體結(jié)構(gòu)設(shè)計階段進行局部調(diào)整，否則一旦船舶開始建造，后期結(jié)構(gòu)改動很大。

相比常規(guī)布置，該優(yōu)化布置方案解決了常規(guī)布置帶來的諸多問題，具體如下：

(1)把透氣管布置在非甲板區(qū)域，沒有造成對甲板裝貨面積的占用，確保了貨物裝載量最大化。

(2)車輛裝載區(qū)域沒有布置透氣管及其附加的支架和防撞保護，不占用、不阻礙車道，提高了車輛裝卸時的行駛速度和安全性，提升了碼頭裝卸效率，從而縮短了碼頭停靠周期，利于船東盈利。

(3)避免了透氣管水平管段容易積液問題，有利于透氣管的透氣通暢，也有利于保證貨艙凈高。

(4)節(jié)約了船廠的透氣管的安裝成本。

(5)為布置在雙層底內(nèi)燃油儲存艙的測深管布置及沒有管隧可布置燃油輸送管的船舶提供了有價值的參考。

5 結(jié)論

(1)滾裝船上的燃油儲存艙通常采用對稱布置在貨艙雙層底區(qū)域的形式，燃油儲存艙與外底板之間以壓載水艙隔離，實現(xiàn)雙殼保護的要求。

(2)對滾裝船貨艙雙層底燃油儲存艙透氣管常規(guī)布置進行了優(yōu)化升級，結(jié)合船體結(jié)構(gòu)，依據(jù)MARPOL 73/78公約進行特殊設(shè)計和布置。相較于常規(guī)方案，更有利于合理提升甲板裝載面積，提高車輛在甲板面上的有效裝載率；船東可以裝更多的貨物、車輛，裝卸速度更快；縮短了碼頭周期，減少了駕駛?cè)藛T的人力成本，實現(xiàn)了效益最大化，船廠也能相應(yīng)節(jié)省材料和人工成本。

(3)該透氣管優(yōu)化方案已在滾裝船建造中得到廣泛使用，效果良好，化解了布置在貨艙雙層底燃油儲存艙透氣管常規(guī)布置的部分不利影響，值得進一步推廣。