16萬t級蘇伊士型原油船新一代開發研究

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的主力船型,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濟效益,受到船東的好評,為后續船的建造提供了寶貴的經驗和技術資料。

16萬 t級蘇伊士型原油船的開發研究重點是如何提高船舶的經濟性、安全性、綠色環保性。整個新一代的研發設計需要考慮到油運碼頭參數有無較大變化,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性、完整性。在保持船長、船寬不變的基礎上,通過增加吃水和方形系數達到增加載重量,并在主機功率不變的情況下,保持航速相同的目的,真正做到節能減排、綠色環保。

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化研究,分艙及穩性優化設計,提高船舶的經濟性和安全性。通過結構優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,經過專業綜合平衡分析,解決機電系統優化配置和機艙綜合布置優化、操作系統優化設計問題,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,殺死壓載海水中的微生物,降低壓載水排放破壞海域生態環境的風險。總之,通過不同的改進設計方案,真正做到節能減排、綠色環保,滿足最新國際規范、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基礎,具有良好的社會效益和經濟效益。

3 國內外技術發展現狀及趨勢

3.1 國外發展現狀

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

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

3.2 國內發展現狀

眾所周知,石油是戰略資源,穩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模小、噸位小、船型結構不合理等問題,大力發展16萬DWT及以上的大型油船,加快油船船隊規模結構的調整力度,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、技術基礎好的主流船型,以提高技術經濟性指標、突出品牌效應、擴大市場占有率和增加效益為出發點,在15.6萬t油船批量建造基礎上,針對提高船舶安全性、綠色環保性、營運經濟性和使用舒適性的系統設計,開展精細化設計、船型優化和系列化研究,滿足新的行業規范和標準以及即將實行的設計能效指數EEDI等指標,將16萬t級蘇伊士型原油船打造成技術經濟性能、質量、適造性、性價比等各方面指標都達到世界同類產品先進水平的精品船型。

5 主要研究內容

5.1 總體設計方案研究

(1)數字化開發設計標準研究

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字化總體研發設計,制定科學合理的管理標準、工作標準、數據庫內部標準和統一數據交換的標準,在多平臺上實現全面的產品數據共享與有效管理,形成設計集成平臺,建立 16萬 t級油船設計標準。

(2)主尺度優化研究

在收集分析國內外大型優良油船船型資料的基礎上,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濟論證,確定16萬t級蘇伊士型油船的主尺度。

主尺度優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,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)型線設計優化

結合性能和船舶總布置要求開展線型優化設計,利用船型及性能數據庫系統和船舶設計軟件建立該船三維數字化船體線型,并完成線型優化設計工作。

(4)螺旋槳設計優化

本船螺旋槳設計應用環流理論,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值分析和計算,得到相應的航海性能預報數據,并結合船模試驗,對該船設計性能進行驗證和進一步優化。

5.2 結構設計方案研究

在16萬t級油船的結構設計方面,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,提高航運經濟效益,意義重大。本船在母型船的基礎上,將通過增大型深和吃水,經過結構優化設計,增加新船的載重量。

結構設計方案研究采用直接計算法,結合數字化建模和規范要求,在綜合考慮彎曲強度、剪力、穩定性及疲勞強度的情況下,使增加的空船重量最小化。

5.3 輪機系統優化設計研究

蘇伊士油輪是比較成熟的油輪,但隨著船舶技術的更新,國際法規和地方法規關于節能、環保、綠色造船的要求越來越嚴格,對船舶設備及系統有更高的要求。16萬 t級在輪機方面主要有以下改進,使該船更具有環保性、經濟性和實用性。

(1)機艙和泵艙空間布置的優化研究

對于機艙和泵艙的布置,應從增大使用面積的角度出發,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化處理,機艙和泵艙內的設備布置更便于操作,更加緊湊;系統布置更符合原理,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。

隨著世界航運業的發展,船舶壓載水問題給全球海洋環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、不產生二次污染的壓載水處理系統。

5.4 環保材料選型研究

目前世界日益重視對環境的保護。在船舶行業,IMO于2003年 12月提出了一份關于船舶拆解綱領文件(A962(23)Guidelines on Ship Recycling),旨在減少拆船過程中對環境的污染。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境產生的影響,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境的污染。

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

6 16萬t級原油船主要技術指標

本項目的研發采取船廠、院所、專業設備公司結合的新的模式,堅持“產、學、研、用”相結合,堅持船型開發和關鍵設備開發相結合,充分發揮各自優勢,全面掌握新一代 16萬 t級主流蘇伊士型原油輪設計關鍵技術,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化方案分別進行計算、分析,通過試驗比較,選擇了一個較優方案,完成了規格書要求的所有內容。研究成果包括:

(1)建立 16萬 t級油船設計標準。通過總體、結構、輪機、電氣、環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、線型優化、水動力計算、結構強度和疲勞分析、自動化系統配置等方面的專題研究報告。

(4)申請發明專利 1～2項,實用新型專利 2～3項。

(5)通過項目實施,培養高級工程師 4名,工程師8名。