深水環保船新型設計研究

CCS廣州分社 李廣武 吳 剛

近年來，隨著中海油深水戰略實施進程的加快，以及深水鉆/完井、石油開采等生產任務的逐年遞增，保障深水油氣田開發的安全環保顯得尤為重要。深水環保船作為在海上深水區域石油勘探開發過程中環境保護的專用船舶，具有海面溢油回收、應急指揮、油污消除以及對外消防滅火等多項作業能力，主要用于我國深水海域石油勘探及開采過程中的測試井液和污油水接收及返送。深水環保船的孕育而生標志著中海油公司海上溢油應急防控網將布向深水，從而大大提升中海油在深水海域的溢油應急能力。

近十年來，中國船級社（CCS）先后承接了中海油13型25艘船舶檢驗和發證任務。特別值得一提的是，2013年底，雙方再度攜手，簽訂了2艘系列深水環保船船舶檢驗合同。近日，本系列首制船已在中船黃埔文沖船廠建造完工并交付使用，這是中海油建造的第8艘環保船，同時也是中海油首次建造的最新型的深水環保船。與國內現役的七艘環保船相比，不僅增大了主尺度、增強了載運能力，還融入了燃油艙雙殼保護、二級動力定位和改進式溢油回收裝置等多項較為先進的技術。

設計特點

該深水環保船除接收、返送海面油污等主要作業功能外，還具備以下四項主要輔助作業功能：一是具備營救作業功能，能搭載100名被救人員并及時撤離現場；二是具備水和泡沫兩種介質的對外消防滅火作業功能；三是具備低速巡航于海上石油平臺周圍全天候執行海上石油平臺的調遣與命令的作業功能；四是具備為海上石油平臺供應鉆井物資、散料、燃油、淡水等多種生產物資以及生活物資的作業功能，是真正意義上適用于深水作業的多功能環保船。

圖1 深水環保船側視圖

該船總長79.8米，型寬16.4米，型深7.6米，設計吃水5.6米，最大吃水6.3米，2914總噸，最大載重量2700噸，主推進用柴油機功率1520×4千瓦，最大航速15.4節，燃油總量746.3立方米，自持能力30天。艏部主甲板以上設有可供船員18人，訪客12人和獲救人員100人使用的生活區，船后部設有溢油回收裝置及852立方米溢油回收艙。

船上設有兩套側面內置式溢油回收裝置，裝置整體安裝在船體兩舷側內部。能夠在船舶行進過程中高效地將漂浮的小塊垃圾和溢油進行回收，并用輸油泵進一步將回收油輸送到船上的溢油回收艙內，每一溢油回收艙內設有1臺貨油泵，用于將儲存的溢油外輸。在主甲板中部的回收油艙區兩舷設有卸油站，可用于將溢油回收艙中的浮油駁運到岸上接收裝置。每個溢油回收艙在主甲板設置有洗艙用的艙口蓋，船上配置兩套移動式洗艙機，以便在需要的時候由洗艙機通過洗艙口進行手動洗艙作業。設洗艙熱水加熱器，淡水經熱油加熱后通過洗艙水泵輸送至洗艙機供溢油回收艙洗艙用，洗艙水由貨油泵排出。設一臺移動式水力驅動軸流風機給各溢油回收艙通風。主甲板左右舷各設有一個噴灑臂，消油劑通過消油劑噴灑泵和噴灑裝置可進行消油劑噴灑作業。

該船由上海船舶研究設計院設計，黃埔文沖造船廠承建，無限航區，船體、輪機、電氣及特殊設備等均按CCS現行規范和規則進行設計、建造，并受之檢驗發證，取得船級符號：★CSA Offshore Supply Ship/Stand-by Ship；Fire Fighting Ship 1（Water Spraying）；Oil Recovery Ship with Cargo Tank；PSPC(B)；BWMP(MEPC.127(53)) ★CSM MCC ；BRC ；DP-2 ；BWMS。即船級附加標志：近海供應船/守護船；一級消防船；浮油回收船；專用壓載水艙保護涂層；壓載水管理計劃；機器處所集中控制；駕駛室遙控；二級動力定位系統；壓載水管理系統。設計上，不僅考慮了布局的完整性和合理性，還在多項功能上不斷提升，包括船舶性能、動力定位和溢油回收等多方面新型設計。

船舶性能

設計參照了國外同類船的優秀船型，以我國同類型海洋工程船的船型為基礎，并結合本船實際作業需求，提出了多個較新型的設計。

快速性能。作為航速要求較高的工程船，設計狀態最大持續功率（100%MCR）時航速為15.4節，從排水量船的流體動力學角度而言，是一艘中高速船。在船型參數上，通過選用較小的方型系數和中等棱形系數；在形狀結構上，通過對首尾形狀和水下部分的水線形狀的優化和采用雙艉鰭船艉結構，有效降低了船舶的總阻力，獲得了良好的快速性能和節能指標。

適航和耐波性能。船舶具有良好的適航性能和耐波性能，能在1/3有義波高14米的海況下，蒲福氏12級風和相應的9級浪條件下安全航行。由于我國海域波浪波長的特殊性，在大多數情況下本船均能跨越兩個波長，其抗縱搖性能較好。為了減少橫搖，還設有總容積260立方米被動可控式減搖水艙，用以增強船舶抗橫搖性能。

抗破損及抗污染性能。因具有近海供應燃料的能力，其燃油總裝載容量超過600立方米，為滿足MARPOL公約12A條燃油艙保護要求，全船均設置雙底雙殼，大大增強了船舶的抗破損能力及抗污染能力。

甲板載運性能。本船因具有油田守護和供應能力。在艏樓后的主甲板上中后部設有有效面積520m2的甲板載運區域，最大可裝載鉆井物資或平臺供應物資700t，甲板均布負載可達到6t/m2。可見，本船的營救能力和甲板載貨能力均得到較大提升。

操縱性能。本船采用四機雙軸雙可調螺距螺旋槳（以下簡稱可調槳），軸系驅動2臺發電機的推進系統；并選用雙懸掛式襟翼舵，配電動液壓轉葉式舵機二臺，每臺最大扭矩160kN·m。還設置操作綜合控制臺，可對主機轉速和可調槳的螺距進行綜合跟蹤控制，使主機按照預定的最佳運行特性曲線運行，可使主機始終保持其最佳工作狀態。為改善本船操縱性能和惡劣海況下的控船能力，滿足海上二級動力定位和原地回轉的特殊要求，該船共設三臺電動機驅動可調螺距四葉槳管狀側向推進器，其中艏部一臺側向推力為9.5t，一臺為6.5t，艉部一臺側向推力為6.5t。無論高速航行或低速巡航，回轉或靠離碼頭時，都具有較高的操縱性。

動力定位

為了更好地適應深水海域作業需要，該船設有二級動力定位系統，并取得中國船級社船級附加標志：DP-2。這一系統在環保船上的使用屬于首例，不僅提高深水環保船應對深水風浪的能力，也提升了先進技術在深水作業區域的應用空間。

動力定位控制系統原理是利用計算機對采集來的環境參數（風、浪、流）及船舶系統提供的位置等信息，自動地進行計算，并自動控制各推力器的推力大小，使船舶保持艏向和船位穩定。二級動力定位船舶不但能夠通過自動化動力控制系統達到精確定位作業能力，而且其全船控制系統、推進動力系統、主機/輔機系統、燃油/滑油/冷卻輔助系統、電力分配系統等均具有冗余能力。如此便能保證全船重要設備不會因為單一故障的發生而影響該船的定位能力。這一功能不僅可以解決船舶因在深水作業海域（一般超過200米)不能正常拋錨定位問題，還可以降低船員在平臺執行巡航待命時的工作強度。

本船配有4臺1520×4千瓦的主機裝置、2臺可調漿裝置、2臺懸掛式襟翼舵裝置、1臺630千瓦艏側推裝置、1臺435千瓦艏側推裝置和1臺435千瓦艉側推裝置；并設有對主機裝置、可調槳裝置、舵裝置、側推裝置進行聯合操縱的組合操縱系統。駕駛室在對組合操縱系統進行聯合協同控制中出現單個故障時，系統可在規定的環境條件下，在規定的作業范圍內自動保持船舶的位置和艏向，以滿足DP-2控制要求。

根據中國船級社自動化附加“MCC+BRC”標志的要求。主推進裝置還設有三個控制站，分別是駕駛室、機艙集控室和機旁。在每個控制站均能有效地操縱主推進裝置，船舶正常航行時，主推進裝置由駕駛室控制站進行遙控，機器處所連續有人值班，若駕駛室操縱系統失靈，可轉至集控室操縱，若集控室操縱系統失靈或需在機旁操縱時，可方便地轉至機旁進行應急操縱。根據SOLAS公約要求，還設有有效的各控制站聯鎖機構。在任何時候，只能在一個控制站有效地進行操縱，各控制站的控制權均能方便地轉換，轉換時滿足機旁優于集控室，集控室優于駕駛室的優先轉換原則。在駕駛室控制站，設有前、后兩個控制臺，兩個控制臺之間的控制權也能相互轉換。

溢油回收

與眾多溢油回收系統不同，本船采用的舷側內置式溢油回收裝置，是一種新開發的海面溢油回收設備。其更加適合深海作業，更適應對開闊水域和輕/中/重質溢油回收，具有收油速度快、回收效率高及海況適應性強等特點，尤其是適應水流速率大、粘度和厚度范圍寬的溢油回收場合；同時還具備在溢油回收過程中對小塊漂浮垃圾進行高效的回收。其配有7.5 ～12米長度范圍的液壓伸縮支撐裝置具有輸出扭矩大、調速范圍寬、結構緊湊以及易于實現自動化等諸多的優點。

圖2 舷側內置式溢油回收原理示意圖

本船主要用于船舶行進過程中的溢油回收。舷側內置式溢油回收原理示意圖如圖2所示，主要由深水環保船、溢油回收艙、收油機室等幾部分構成。5個溢油回收艙對稱分布在船舶的舷側（4個）和船舯（1個），總容積為：825立方米。2個收油機室分別位于兩舷側，室內各配置1臺舷側內置式溢油回收裝置，單臺回收能力100m3/h，適用溢油黏度范圍：1 ～100000CST；最大溢油回收能力：200（中、輕油），+200（重油）m3/h；適用溢油厚度：≥0.5mm；回收效率（回收油水混合物中的含油率）不低于90%；適應海況：0 ～3.0米浪高；單側最大圍掃寬度10.034米。掃油欄設置在收油機室后部液壓水密門內側的卷欄筒上，并與浮筒相連，在舷側門打開后，首先通過支撐裝置端部設置的捕獲裝置捕獲浮筒完成掃油欄與支撐臂的連接；再通過舷側液壓支撐裝置的升降、旋轉和伸縮以及掃油欄卷欄機協同作用完成充氣式掃油欄曳出或卷入動作。液壓動力站設置在船舶左舷，為兩舷內置式溢油回收提供動力，如：刷式撇油器中驅使履帶運轉的卷筒，溢油回收泵，溢油返送泵等。海面發生溢油事故需要清理溢油時，深水環保船到達事發海域，首先布放掃油欄，收緊艏部牽引纜繩，使支撐臂向外展開角度大于90°，再以相對水流0.5 ～3.0節的速度前進；此時，掃油欄在水阻力和支撐臂及牽引纜繩牽引力的作用下將與船體近似“V”字形展開，并將分散的溢油圍聚到一起導入收油機室；然后再利用收油機室內的溢油回收裝置將溢油回收到船舶的溢油回收艙，通過轉運和卸貨以完成溢油接收及返送整個過程。

內置式溢油回收裝置工作原理示意圖如圖3所示，裝置主要由收油機室水密門、輕質油回收模塊和刷式撇油器等幾部分組成。作業時，掃油欄將舷側海面溢油聚集并導入收油機室內的溢油回收裝置，聚集的浮油由刷式撇油器向上牽引，進入約15m3集油槽中，比重較大的海水由撇油器下方的導水葉片泵排出舷側，以形成溢油動態回收。集油槽中的污油由溢油回收泵（液壓深潛螺桿泵）回收輸送至深水環保船的溢油回收艙，再由溢油回收艙各設的一臺100m3/h 返送泵（液壓深潛螺桿泵）完成溢油的卸載。為了用于輕質溢油的回收，本系統根據需要還配有1套輕質油回收模塊，即撬裝式溢油回收阻截裝置，其輕質油回收能力為50m3/h，并在主甲板設置相關接口。而海面小塊漂浮物經集油槽上方的格柵進行收集，并通過人工進行處理。非作業時，舷側海水進口的水密門和舷側海水出口的液壓蝶閥關閉，收油機室形成封閉艙室。

圖3 內置式溢油回收裝置工作原理示意圖

該船除具有以上海面溢油回收作業能力外，還具有應急指揮、油污消除以及一級對外消防滅火等功能，可擔任海上平臺供應、守護、值班等任務。同時，該船還配備了最新的壓載水處理系統，在《國際船舶壓載水和沉積物控制和管理公約》強制生效前，提前滿足相應公約第D-2條處理要求，可以說在海洋生態保護方面走在了公約的前面，體現了船東高度的責任意識。

該船作為目前國內航速最快、主尺度最大、功能最先進、裝備最齊全、載運能力最大及回收能力最強的多功能專用船舶，即將服役于東海和南海深水海域。它的成功交付，不僅是中國船級社與船東及船廠三方共同努力、相互信任、相互合作的成果，更是中國船級社不斷提升技術服務，深化客戶合作，實現三方共贏的又一典范。