超大型油船壓載水艙分艙的優化研究

尚保國

（上海交通大學 船舶海洋與建筑工程學院 上海 200030）

0 引 言

VLCC船通常有一半的運行時間屬于壓載工況。為使壓載航行時能達到適宜的船舶首尾吃水和浮態，保證船舶的耐波性、航行穩定性等航海性能，需要提供足夠的可用壓載水艙容積。壓載水艙的分艙好壞，直接關系到全船的設計總縱強度，進而影響到結構重量及載重量指標。因此，對壓載水艙分艙進行優化是VLCC設計的必要任務。

1 VLCC壓載水艙分艙型式

VLCC船貨艙區的雙底、雙舷側通常設置為壓載水艙，有時根據需要也會利用首尾尖艙。設計時，在滿足MARPOL規范規定的雙底高度、雙舷側寬度最小要求的前提下，根據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 常規壓載水艙型式

貨艙區共設五對壓載水艙，貨油艙的邊艙和底艙設為壓載水艙。該方案在相同主尺度下可以使得壓載艙容最大化。但在URS11規范生效后，這樣的常規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

貨艙區共設五對壓載水艙，一般在船舯前位置的兩個貨油艙之間隔離出兩檔強框空間，作為第三壓載水艙的增加部分［1］。設置有中壓載水艙的布置形式，可以減少壓載邊艙的寬度，相應增加在船舯的壓載艙容積。這樣的設計有利于減少壓載狀態下的中拱彎矩，為結構構件設計帶來好處，但該型式增加了橫艙壁的維護工作量。在壓載艙涂層性能標準（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計的29.7萬噸VLCC即采用此種型式。

分艙示意如圖2：

1.3 設置空艙型式

貨艙區共設五對壓載艙，并在第一壓載水艙內設置一個空艙。采用此種型式，在滿足URS11規范情況下，可降低中拱彎矩。該型式是七○八所的創新，在URS11規范提出新的解釋之前，成功解決了中拱彎矩過大的問題。該型式的缺點是可用總壓載水量減少，布置形式超常規。七○八所為廣州龍穴造船基地設計的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

貨艙區共設六對壓載水艙，將常規的第五壓載水艙劃出一部分作為第六壓載艙，增加了壓載艙的數量。在滿足URS11規范情況下，通過增加中途工況的方法，同樣可降低中拱彎矩，并可提高調載的靈活性；其缺點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計的32萬噸VLCC即采用此種型式。

分艙示意如圖4：

2 URS11規范及最新建議案

URS11規范是國際船級社協會（IACS）針對船長90 m及以上在無限航區航行的鋼質海船關于總縱強度的統一要求，適用于2004年7月1號以后建造的船舶。

其中S11.2.1.3條規定：在壓載工況的總縱強度校核時，在出港、到港以及航行中間狀態，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計工況考慮。對于設計而言，如果出港、到港及規定的任何中間狀態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度，不必考慮浮態及穩性。

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。

國際船級社協會于2007年6月發表了關于壓載航行工況中壓載水艙出現部分裝載的建議案［2］（No.97 Recommendation for S11.2.1.3，Rev.5）， 該建議案中將壓載水艙出現部分裝載的情況分為幾種類型，并按類給出了詳細的計算要求，明確了可以增加中途工況來計算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*注明的工況用于強度校核，不必為實際裝載工況。

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定為出港滿艙和到港空艙。認定此兩種狀態可能為最危險，針對它們進行強度校核，對該艙（BWT6）的壓載操作無限制，可在航行的任何階段進行。

情況B考慮一對壓載水艙處于部分裝載的情況只出現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%）才開始對其進行壓載操作，當消耗品繼續消耗到一定水平（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，并作為操船指南執行。

情況C不允許壓載水艙處于部分裝載狀態（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對裝載及浮態的要求較高，不利于實船操作；情況A對裝載操作沒有限制，但為了減小最大彎矩，需設置空艙；情況B需設置中間工況，對裝載操作影響不大，但需設置六對壓載水艙。

以下針對幾種分艙型式進行詳細對比分析。

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構設計和總縱強度是非常有好處的。通常VLCC最大的中拱彎矩發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規范的情況下，若要降低中拱彎矩，最初唯一的方法是設置空艙，但在URS11實行新的建議案后，可以用設置六對壓載艙的方法來有效降低中拱彎矩。

七○八所設計的30.8萬噸VLCC采用的分艙方法是設置空艙，而最新設計的32萬噸VLCC采用的分艙方法是設置六對壓載艙。

通過設置六對壓載艙，壓載出港保持第六艙空，中途時才開始對第六艙加壓載水。強度校核工況則可以在中途開始計算，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行詳細計算分析。通過初步的裝載計算，得出表1～表3中數據：

表1 常規五對壓載水艙型式壓載工況及URS11工況

表2 設置空艙型式壓載工況及URS11工況

表3 設置六對壓載艙型式壓載工況及URS11工況

對比以上結果可發現，設置六對壓載水艙的最大中拱彎矩明顯小于設置空艙的彎矩，而常規設置五對壓載水艙的彎矩最大。因此，設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容積對比見表4。

由上可知，設置空艙型式壓載水容量損失約2 600 m3。而壓載水總容量增加，會改善壓載工況的浮態，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化必須考慮的問題。

此外，第五壓載水艙優化后劃分為第五、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容積對比

表5 三種分艙型式的滿載到港縱傾值對比

表6 不同分艙型式結果比對

4 結 語

船舶設計是一個不斷優化的過程，需要我們隨時關注規范的更新及影響。通過以上分析可以得知，VLCC設置六對壓載水艙的分艙型式具有明顯的優勢。七○八所最新設計的32萬噸VLCC即采用了此種型式。預計六對壓載水艙的分艙型式，會成為未來VLCC的主流發展趨勢。

［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．