16萬t級蘇伊士型原油船新一代開發(fā)研究

羅亞萍

(江蘇熔盛重工集團有限公司,江蘇南通 226532)

1 項目研究背景

15.6 萬 t蘇伊士型油船是江蘇熔盛重工集團有限公司品牌產(chǎn)品,由希臘CARDIFF航運公司委托建造。蘇伊士型油船是世界原油運輸?shù)闹髁Υ?通過2年多的努力,完成了首制15.6萬t蘇伊士型油船的研究、設計、制造、系泊試驗、傾斜試驗、航行試驗,各項技術(shù)性能指標達到當前國際先進水平,具有廣泛的社會效益和顯著的經(jīng)濟效益,受到船東的好評,為后續(xù)船的建造提供了寶貴的經(jīng)驗和技術(shù)資料。

16萬 t級蘇伊士型原油船的開發(fā)研究重點是如何提高船舶的經(jīng)濟性、安全性、綠色環(huán)保性。整個新一代的研發(fā)設計需要考慮到油運碼頭參數(shù)有無較大變化,航運路線有無變化等各方面因素,同時也要保證蘇伊士型油輪設計的延續(xù)性、完整性。在保持船長、船寬不變的基礎(chǔ)上,通過增加吃水和方形系數(shù)達到增加載重量,并在主機功率不變的情況下,保持航速相同的目的,真正做到節(jié)能減排、綠色環(huán)保。

2 項目研究目的

通過對16萬 t級蘇伊士型原油船的船型及性能優(yōu)化研究,分艙及穩(wěn)性優(yōu)化設計,提高船舶的經(jīng)濟性和安全性。通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計對全船進行有限元分析,提高船舶的疲勞強度和振動性能。此外,經(jīng)過專業(yè)綜合平衡分析,解決機電系統(tǒng)優(yōu)化配置和機艙綜合布置優(yōu)化、操作系統(tǒng)優(yōu)化設計問題,滿足柴油機最新排放標準(IMO MARPOL ANNEX VI),減少氮氧化物、硫化物、顆粒等,使柴油機包括主機、主發(fā)電機組等的氮氧化物排放從TIER I(17.0 g/kW?h)減少至TIER II(14.36 g/kW?h)。同時,增加壓載水處理系統(tǒng),殺死壓載海水中的微生物,降低壓載水排放破壞海域生態(tài)環(huán)境的風險。總之,通過不同的改進設計方案,真正做到節(jié)能減排、綠色環(huán)保,滿足最新國際規(guī)范、公約要求。該項目取得的研究成果可在16萬t級蘇伊士型原油船等工程設計建造中應用,為我國批量設計建造 16萬 t級蘇伊士型原油船奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ),具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

3 國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

3.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀

由于世界原油供應越來越依賴于中東地區(qū),因此中東地區(qū)作為世界原油出口的主導地位將日益加強。而亞太地區(qū)又將是世界原油需求增長最為強勁的地區(qū),消費量超過北美,成為世界第一大石油消費區(qū);從亞太地區(qū)石油供應情況來看,主要產(chǎn)油國增產(chǎn)乏力,供需缺口將進一步加大,因此未來亞洲地區(qū)將成為世界原油進口的主要地區(qū),中東至亞太航線運量和占中東地區(qū)的出口份額也將隨之快速增長。

根據(jù)國際海事組織海洋環(huán)境保護委員會的要求,2010年前將淘汰所有單殼油輪。各造船企業(yè)未來 2年也將主要精力放在新訂油船的建造上。根據(jù)世界油輪船隊向大型化發(fā)展的趨勢,16萬 t級蘇伊士型油船將成為各航運公司更新?lián)Q代的主力船型。

3.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

眾所周知,石油是戰(zhàn)略資源,穩(wěn)定的石油供給是一個石油消費大國的安全保障,過多地依賴外輪運輸石油對維護中國的石油安全很不利。因此,盡快改善中國油船船隊規(guī)模小、噸位小、船型結(jié)構(gòu)不合理等問題,大力發(fā)展16萬DWT及以上的大型油船,加快油船船隊規(guī)模結(jié)構(gòu)的調(diào)整力度,以增強中國油船船隊的競爭力成為當務之急。

4 必要性分析

16萬 t級蘇伊士型原油船精品船型是市場需求大、技術(shù)基礎(chǔ)好的主流船型,以提高技術(shù)經(jīng)濟性指標、突出品牌效應、擴大市場占有率和增加效益為出發(fā)點,在15.6萬t油船批量建造基礎(chǔ)上,針對提高船舶安全性、綠色環(huán)保性、營運經(jīng)濟性和使用舒適性的系統(tǒng)設計,開展精細化設計、船型優(yōu)化和系列化研究,滿足新的行業(yè)規(guī)范和標準以及即將實行的設計能效指數(shù)EEDI等指標,將16萬t級蘇伊士型原油船打造成技術(shù)經(jīng)濟性能、質(zhì)量、適造性、性價比等各方面指標都達到世界同類產(chǎn)品先進水平的精品船型。

5 主要研究內(nèi)容

5.1 總體設計方案研究

(1)數(shù)字化開發(fā)設計標準研究

針對大型油船的特點,進行 16萬t級蘇伊士型原油船三維數(shù)字化總體研發(fā)設計,制定科學合理的管理標準、工作標準、數(shù)據(jù)庫內(nèi)部標準和統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換的標準,在多平臺上實現(xiàn)全面的產(chǎn)品數(shù)據(jù)共享與有效管理,形成設計集成平臺,建立 16萬 t級油船設計標準。

(2)主尺度優(yōu)化研究

在收集分析國內(nèi)外大型優(yōu)良油船船型資料的基礎(chǔ)上,以公司批量建造的15.6萬t級油船為參考船型,綜合船東的要求并通過性能分析和經(jīng)濟論證,確定16萬t級蘇伊士型油船的主尺度。

主尺度優(yōu)化研究旨在保持母型船船長、船寬不變的情況下,通過增加吃水和方形系數(shù),達到增加載重量的目標;并在主機功率不變的情況下,航速相同。

(3)型線設計優(yōu)化

結(jié)合性能和船舶總布置要求開展線型優(yōu)化設計,利用船型及性能數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和船舶設計軟件建立該船三維數(shù)字化船體線型,并完成線型優(yōu)化設計工作。

(4)螺旋槳設計優(yōu)化

本船螺旋槳設計應用環(huán)流理論,采用升力線理論計算程序進行設計。用該方法可以分別選擇各半徑處最適宜的螺距和切面形狀,以考慮到船后伴流場不均勻性影響,因而對于螺旋槳的空泡和激振力問題能進行比較充分地考慮。并且對優(yōu)化設計后的螺旋槳進行空泡、激振力測試試驗。

(5)快速性、操縱性及適航性優(yōu)化試驗研究

應用在船舶快速性能、阻力性能和推進性能的研究成果,通過阻力及推進理論,對該船的水動力性能進行數(shù)值分析和計算,得到相應的航海性能預報數(shù)據(jù),并結(jié)合船模試驗,對該船設計性能進行驗證和進一步優(yōu)化。

5.2 結(jié)構(gòu)設計方案研究

在16萬t級油船的結(jié)構(gòu)設計方面,控制空船重量既能減少鋼材消耗,降低造價,又能增加載重量,提高航運經(jīng)濟效益,意義重大。本船在母型船的基礎(chǔ)上,將通過增大型深和吃水,經(jīng)過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計,增加新船的載重量。

結(jié)構(gòu)設計方案研究采用直接計算法,結(jié)合數(shù)字化建模和規(guī)范要求,在綜合考慮彎曲強度、剪力、穩(wěn)定性及疲勞強度的情況下,使增加的空船重量最小化。

5.3 輪機系統(tǒng)優(yōu)化設計研究

蘇伊士油輪是比較成熟的油輪,但隨著船舶技術(shù)的更新,國際法規(guī)和地方法規(guī)關(guān)于節(jié)能、環(huán)保、綠色造船的要求越來越嚴格,對船舶設備及系統(tǒng)有更高的要求。16萬 t級在輪機方面主要有以下改進,使該船更具有環(huán)保性、經(jīng)濟性和實用性。

(1)機艙和泵艙空間布置的優(yōu)化研究

對于機艙和泵艙的布置,應從增大使用面積的角度出發(fā),在相同主機和航速的條件下盡可能增加船舶載重量。

16萬 t級油輪通過對機艙和泵艙布置的優(yōu)化處理,機艙和泵艙內(nèi)的設備布置更便于操作,更加緊湊;系統(tǒng)布置更符合原理,更簡潔,達到減少機艙和泵艙空間,增加貨艙容積的效果。在不增加主機功率情況下,增加船舶運輸能力,提高運輸效率,促進經(jīng)濟效益。

(2)船舶減排研究

隨著國際海事組織IMO減排行動提速,如何從各方面能最經(jīng)濟有效和最大程度地避免或減少和控制各種污染,成為急需解決的問題。減少船舶 SOX排放量的最有效的途徑是使用低硫燃油或替代燃料。16萬 t級油輪為船用汽油進入主機、輔機和鍋爐時的黏度等問題確定了解決方案。

(3)壓載水處理研究

船舶壓載水是船舶離岸時攜帶用于船舶穩(wěn)定平衡的壓載物,船舶到岸時為空出噸位,必須將壓載水排入到岸國的海域中,由船舶排放壓載水引發(fā)的外來生物入侵已成為海洋中有害生物傳播的主要途徑。

隨著世界航運業(yè)的發(fā)展,船舶壓載水問題給全球海洋環(huán)境帶來一定程度的威脅,引起人們高度重視,配置有效處理船舶壓載水系統(tǒng)將成為船舶進入他國港口的“通行證”。16萬 t級油輪研究采用高效、低成本、不產(chǎn)生二次污染的壓載水處理系統(tǒng)。

5.4 環(huán)保材料選型研究

目前世界日益重視對環(huán)境的保護。在船舶行業(yè),IMO于2003年 12月提出了一份關(guān)于船舶拆解綱領(lǐng)文件(A962(23)Guidelines on Ship Recycling),旨在減少拆船過程中對環(huán)境的污染。設計 16萬 t級油輪時,充分考慮船舶的建造、營運以及拆解等整個生命過程中對環(huán)境產(chǎn)生的影響,引入“綠色造船”的設計理念,即對造船的材料、零部件按照IMO、國際航運工會、國際勞工組織等相關(guān)要求進行嚴格的選型研究。這些選型由船級社認證,盡可能減少船舶在整個生命周期過程中對環(huán)境的污染。

在保證船舶安全性能的基礎(chǔ)上,盡可能選擇安全環(huán)保和可回收的材料以及減少選擇已知的對健康和環(huán)境構(gòu)成潛在危害的物質(zhì)。遵守國際公約及規(guī)范,凡是《關(guān)于持久性有機污染物(POPs)的斯德哥爾摩公約》、《關(guān)于破壞臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》以及《控制船舶有害防污底系統(tǒng)國際公約》等禁止或限制使用的有害物質(zhì),都絕對禁止選用。

6 16萬t級原油船主要技術(shù)指標

本項目的研發(fā)采取船廠、院所、專業(yè)設備公司結(jié)合的新的模式,堅持“產(chǎn)、學、研、用”相結(jié)合,堅持船型開發(fā)和關(guān)鍵設備開發(fā)相結(jié)合,充分發(fā)揮各自優(yōu)勢,全面掌握新一代 16萬 t級主流蘇伊士型原油輪設計關(guān)鍵技術(shù),并達到當前世界先進水平。16萬 t級原油船總布置圖如圖 1所示。其主要技術(shù)指標為:

圖1 16萬t級原油船總布置圖

7 研究成果及成果形式

本項目針對目標船型的優(yōu)化方案分別進行計算、分析,通過試驗比較,選擇了一個較優(yōu)方案,完成了規(guī)格書要求的所有內(nèi)容。研究成果包括:

(1)建立 16萬 t級油船設計標準。通過總體、結(jié)構(gòu)、輪機、電氣、環(huán)保等方面的設計標準的研究,建立完整的16萬t級油船設計標準。

(2)完成 16萬 t級油船送審圖紙設計,并通過船級社審查。

(3)撰寫 16萬 t級蘇伊士型原油船主尺度選擇、線型優(yōu)化、水動力計算、結(jié)構(gòu)強度和疲勞分析、自動化系統(tǒng)配置等方面的專題研究報告。

(4)申請發(fā)明專利 1～2項,實用新型專利 2～3項。

(5)通過項目實施,培養(yǎng)高級工程師 4名,工程師8名。