145 m飽和潛水支持船綠色船舶設(shè)計(jì)理念的實(shí)現(xiàn)

胡小林

(中國(guó)船舶與海洋工程設(shè)計(jì)研究院,上海 200011)

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145 m飽和潛水支持船綠色船舶設(shè)計(jì)理念的實(shí)現(xiàn)

胡小林

(中國(guó)船舶與海洋工程設(shè)計(jì)研究院,上海 200011)

針對(duì)DNV船級(jí)社的綠色船舶的附加船級(jí)標(biāo)志“CLEAN-DESIGN”，以上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司建造的145 m飽和潛水支持船為基礎(chǔ)，介紹了該標(biāo)志的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，其中既包括SOx排放控制、NOx排放控制、制冷劑控制、滅火物質(zhì)控制等防止大氣污染方面具體要求的滿足，也包括溢油控制、壓載水及生物污垢控制、艙底水排放控制、垃圾處理控制、污水處理控制等防止海洋污染等方面具體要求的滿足，對(duì)燃油艙保護(hù)、拆船公約等要求進(jìn)行說(shuō)明，確保該船在設(shè)計(jì)上完全滿足綠色船舶的要求。

設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)；CLEAN-DESIGN；綠色船舶

IMO的防污染公約(marine pollution prevention，MARPOL)是目前船舶防污染設(shè)計(jì)及檢驗(yàn)的基礎(chǔ)，各船級(jí)社在此基礎(chǔ)上又提出設(shè)計(jì)及檢驗(yàn)綠色船舶的各種附加船級(jí)符號(hào)，如CCS就有“CLEAN-”附加“FTP”，“GWC”“GPR”等8個(gè)類型12種用于綠色船舶的附加特殊標(biāo)志；DNV提供了“CLEAN”“CLEAN-DESIGN”“CLEAN-DESIGN Tier III”“RECYCLABLE”等用于綠色船舶的附加特殊標(biāo)志。船舶越環(huán)保，建造成本就越高，但租賃競(jìng)爭(zhēng)中的勝率也就越高[1-4]。以DNV的綠色船舶附加船級(jí)符號(hào)“CLEAN-DESIGN”在145 m飽和潛水支持船上的實(shí)現(xiàn)為例，介紹綠色船舶的設(shè)計(jì)內(nèi)容。

1 船舶概況

該船是上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司為英國(guó)SEALION航運(yùn)公司代表希臘Toisa船東建造的一艘具有多功能用途的海工作業(yè)和潛水支持工程船，其功能包括機(jī)動(dòng)式潛水支持、ROV 支持和海工作業(yè)，并預(yù)留鋪管/電纜作業(yè)、修井、井口作業(yè)和鉆井功能。

該船配有柴油機(jī)發(fā)電驅(qū)動(dòng)的推進(jìn)系統(tǒng)。電站由6臺(tái)2 800 kW的柴油發(fā)電機(jī)組供電，艉部配有3臺(tái)電力驅(qū)動(dòng)的全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器，艏部配有2個(gè)電力驅(qū)動(dòng)的側(cè)推和一個(gè)電氣驅(qū)動(dòng)的可伸縮式全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器。

全船使用的燃油為MGO。

全船包括月池(MOONPOOL)在內(nèi)一共有30個(gè)壓載艙，總艙容約9 498.5 m3。燃油艙共23個(gè)(其中12個(gè)儲(chǔ)藏艙)，總艙容2 452.8 m3。

該船主要技術(shù)參數(shù)如下。

總長(zhǎng)145.9 m；垂線間長(zhǎng)133.8 m；

型寬27 m；主甲板型深11.3 m；

最大吃水7.5 m；結(jié)構(gòu)吃水7.65 m；

設(shè)計(jì)乘員200人；入級(jí)DNV。

該船船級(jí)符號(hào)里與CLEAN-DESIGN相關(guān)的附加船級(jí)符號(hào)有：SPS、MODU、BWM-T、RECYCLABLE。

為方便后續(xù)的描述，先將文中的一些簡(jiǎn)稱和縮寫集中說(shuō)明見(jiàn)表1。

2 與防大氣污染有關(guān)的要求及實(shí)現(xiàn)

2.1 燃油管理計(jì)劃

燃油管理計(jì)劃一般由業(yè)主方/船東負(fù)責(zé)編寫并實(shí)施，涉及到的設(shè)計(jì)是加油站增加取樣閥，以及使用低硫MGO時(shí)的回油冷卻器，如圖1、2所示，圖1中的701424，701425即為取樣閥、圖2中的701-31即為回油冷卻器。

2.2 NOx排放控制

表1 簡(jiǎn)稱和縮寫

注：*為MEPC決議(括號(hào)中的阿拉伯?dāng)?shù)字表示會(huì)議屆號(hào))。

圖1 加油站管系

圖2 柴油機(jī)回油管系

該船柴油機(jī)排放已經(jīng)滿足了MARPOL附則VI第13條的Tier II要求。同時(shí)在煙囪中預(yù)留了SCR系統(tǒng)的加裝空間，將2號(hào)壓載艙(第一壓載艙，右)、3號(hào)壓載艙(第一壓載艙，左)預(yù)留為將來(lái)SCR系統(tǒng)中的尿素艙。這樣，將來(lái)加裝SCR系統(tǒng)后，該船還可獲得DNV的“CLEAN-DESIGN Tier III”附加船級(jí)符號(hào)。

2.3 制冷劑管理計(jì)劃

船上禁止使用消耗臭氧的制冷劑，可以使用HFC以及自然制冷劑如NH3、CO2等。制冷劑的使用應(yīng)滿足GWP<1890且ODP=0，GWP可以使用IPCC發(fā)布的最新的計(jì)算方法計(jì)算[5-6]。

該船冷庫(kù)制冷劑為R404a，冷水機(jī)組制冷劑為R134a，分體式空調(diào)制冷劑為R407c，R404a的GWP=3 922，R134a的GWP=1 430，R407c的GWP=1 774，盡管冷庫(kù)制冷劑的GWP超過(guò)了1 890限值，但由于其使用量少，全船制冷劑總的GWP值還是小于1 890。三者的ODP均為0，滿足了CLEAN-DESIGN的要求。

2.4 滅火物質(zhì)

固定滅火系統(tǒng)中的自然物質(zhì)(如Ar、N2、水噴淋、高倍泡沫及CO2等)被認(rèn)為對(duì)大氣無(wú)害，其他物質(zhì)的使用需滿足GWP<1 650且ODP=0。制冷劑及滅火物質(zhì)應(yīng)滿足1987年關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書(shū)(Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer)。

該船滅火物質(zhì)分布見(jiàn)表2。

其中，NOVEC 1230的GWP=1，ODP=0。

2.5 洗滌水

該船使用MGO，無(wú)EGC系統(tǒng)，不多贅述。

2.6 船用焚燒爐

焚燒爐應(yīng)具有處理以下油渣及垃圾的能力。

表2 全船滅火物質(zhì)及覆蓋區(qū)域

1)油渣。

Q=P(K·4 300+15)

式中：K=0.01，重油；K=0.005，餾出燃油；P為主機(jī)NCR點(diǎn)(沒(méi)有定義時(shí)使用80%MCR)的功率+正常航行時(shí)輔機(jī)的輸出功率，MW。

該船無(wú)主機(jī)，6臺(tái)主發(fā)電機(jī)組正常工況下使用5臺(tái)，P=2 800 kW×5÷1 000=14 MW，由此計(jì)算得Q=511 kg。

2)垃圾。

干垃圾2 kg/(人·d)；濕垃圾：1 kg/(人·d)；日常保養(yǎng)垃圾11 kg/d。

3)熱值。

油渣：29 190 kJ/kg(7 000 kcal/kg)；干垃圾：18 765 kJ/kg(4 500 kcal/kg)；濕垃圾：5 671.2 kJ/kg(1 360 kcal/kg)；日常保養(yǎng)垃圾：16 680 kJ/kg(4 000 kcal/kg)。

4)焚燒爐容量。

511×7 000+200×(2×4 500+1×1 360)+11×4 000=5 693 000 kcal=23 739 810 kJ/d。

對(duì)于無(wú)人照看的垃圾焚燒，每天按14 h運(yùn)轉(zhuǎn)計(jì)算，每小時(shí)焚燒能力要求為

569 300÷14=406 643 kcal=1 695 701 kJ/h。

該船最終選用的焚燒爐焚燒能力為2 919 000 kJ/h(700 000 kcal/h)，約合814 kW。焚燒爐滿足IMO的MEPC.244(66)決議要求。

3 與防海洋污染有關(guān)的要求及實(shí)現(xiàn)

3.1 加油布置要求

船上所有的燃油、滑油、液壓油以及其他油艙必須配備高位報(bào)警裝置以防止過(guò)量加注。該船所有的燃油澄清艙、燃油日用艙、燃油溢流艙、燃油泄放艙、廢油艙、液壓油艙、滑油艙、油渣艙等以及含油的艙底水艙、艙底水澄清艙均設(shè)有具有高位報(bào)警功能的液位開(kāi)關(guān)，如圖3中的701505和711407。對(duì)于全船設(shè)置的6對(duì)燃油儲(chǔ)藏艙，則采用閉式溢流，每舷6個(gè)艙各溢流進(jìn)1個(gè)溢流報(bào)警柜后進(jìn)燃油溢流艙。

圖3 油艙管系

溢流艙的高位報(bào)警開(kāi)關(guān)應(yīng)設(shè)置在低位。該船液位開(kāi)關(guān)設(shè)置在艙高的30%位置。

同時(shí)具有溢流和高報(bào)警的液艙，其溢流管與液位開(kāi)關(guān)間的艙容應(yīng)能容納至少2 min的溢流量。該船燃油澄清艙注入流量為50 m3/h，2 min流量為1.67 m3，每200 mm艙高形成的艙容約為2.5 m3；燃油日用艙注入流量為2.5 m3/h，2 min流量為0.085 m3，每200 mm艙高形成的艙容約為0.9 m3。因此，設(shè)計(jì)要求燃油澄清艙溢流管內(nèi)壁下沿至少高于液位開(kāi)關(guān)高報(bào)警位置200 mm，燃油日用艙溢流管內(nèi)壁下沿至少高于液位開(kāi)關(guān)高報(bào)警位置100 mm。

船上燃油、滑油及其他油類可能會(huì)產(chǎn)生泄漏，加注站按要求設(shè)置油井，油井容量不小于160 L。這類油艙如有獨(dú)立的透氣管，則透氣管也應(yīng)設(shè)置油井，油井容量不應(yīng)小于100 L。油井中管子占據(jù)的容積均予以扣除。一個(gè)油井用于多根透氣管時(shí)，其容積不小于一根透氣管所需的容積。所有油井高度按不小于矩形長(zhǎng)邊的15%設(shè)置。

3.2 壓載水及生物污垢

船舶壓載水排放應(yīng)滿足IMO A.868(20)決議《船舶壓載水及沉積物控制和管理國(guó)際公約》，簡(jiǎn)稱2004壓載水管理公約的D-2(處理法)標(biāo)準(zhǔn)、附件及導(dǎo)則。

該船配備了1臺(tái)壓載水處理裝置，按壓載泵排量配置的處理能力為500 m3/h，處理方式為AOT(advanced oxidation technology)，活性物質(zhì)為紫外線。該裝置型式2007年7月獲IMO初步批準(zhǔn)，2008年6月獲得型式認(rèn)可。該系統(tǒng)同時(shí)滿足MEPC.169(57)(簡(jiǎn)稱“G9導(dǎo)則”)和MEPC.174(58) (簡(jiǎn)稱“G8導(dǎo)則”)。

船上應(yīng)備有滿足MEPC.207(62)的《生物污垢管理計(jì)劃》。

3.3 艙底水

按規(guī)范要求，船舶應(yīng)設(shè)置艙底水存放艙以及相應(yīng)的艙底水排岸設(shè)施。艙底水系統(tǒng)、油渣系統(tǒng)的所有部件，包括管路、閥件、泵以及油水過(guò)濾/分離設(shè)備應(yīng)按ISO 14726:2008《船舶與海上技術(shù) - 管道系統(tǒng)的內(nèi)容用識(shí)別顏色》進(jìn)行標(biāo)記以方便區(qū)分。油份報(bào)警裝置應(yīng)設(shè)定為5 mg/L報(bào)警，且每2.5年校驗(yàn)一次，校驗(yàn)證書(shū)應(yīng)隨船且隨時(shí)可供查驗(yàn)。

機(jī)械處所及其他可能產(chǎn)生油污水的處所，如推進(jìn)器間、舵機(jī)間、泵艙以及布置有液壓動(dòng)力站的處所的放泄不得直接排海，這些油污水應(yīng)通過(guò)固定的管路排到合適的收集存放艙以便排到接收裝置或通過(guò)油份裝置排海。

除了艙底水存放艙之外，還應(yīng)設(shè)置艙底水澄清艙，該艙液面析出物應(yīng)通過(guò)漏斗導(dǎo)入油渣艙中。

對(duì)于主機(jī)功率在1 000～20 000 kW的船舶，艙底水艙容V=P/250 m3。

為此，該船的艙底水艙容要求為V=56 m3。

實(shí)際的艙底水存放艙艙容47 m3，艙底水澄清艙艙容12.4 m3，合計(jì)59.4 m3。

如果經(jīng)過(guò)5 mg/L油份報(bào)警裝置的排放水有多個(gè)來(lái)源(油水分離器、預(yù)處理艙底水泵等)，就應(yīng)設(shè)置連鎖，使得任一時(shí)刻只能排放處理一個(gè)來(lái)源的排放。

油水分離器分離出的油應(yīng)直接進(jìn)入油渣艙。

所有的船舶應(yīng)設(shè)有處理殘油(油渣、廢油、放泄油等)的艙柜和系統(tǒng)。該船按此要求設(shè)有油渣艙及相應(yīng)的管路系統(tǒng)，油渣艙艙容為

V=K·C·D

式中，K=0.015，主機(jī)使用前需分離的重油；K=0.005，柴油或使用前不需分離的重油；C為燃油日消耗，m3；D為航行天數(shù)，無(wú)指定時(shí)按30 d。

由此算得V=2.469 m3。

該船設(shè)置了1個(gè)油渣艙，艙容10.4 m3，滿足了規(guī)范要求。

油水分離器按常規(guī)選取，容積為2.5 m3/h，滿足MEPC.107(49)要求。

3.4 垃圾

船上應(yīng)備有滿足MEPC.201(62)的《垃圾管理計(jì)劃》，《垃圾管理計(jì)劃》一般由船東方負(fù)責(zé)制定。船東方還應(yīng)按MARPOL要求準(zhǔn)備《垃圾記錄簿》。

任何形式的食物垃圾不得排入污水處理裝置，船舶在禁排區(qū)時(shí)，經(jīng)粉碎的食物垃圾應(yīng)直接排入存放艙。為此，為禁排區(qū)操作設(shè)計(jì)2種方案：

方案一：食物垃圾進(jìn)灰水艙，通入壓縮空氣實(shí)現(xiàn)攪拌，同時(shí)另配一臺(tái)循環(huán)泵以確保垃圾不沉積。

方案二：另配一套食物垃圾處理系統(tǒng)。

經(jīng)船廠與船東協(xié)商，最終選擇另配一套食物垃圾處理系統(tǒng)，見(jiàn)圖4。

圖4 食物垃圾處理系統(tǒng)

3.5 污水

船舶應(yīng)設(shè)置滿足MEPC.159(55)的具有型式認(rèn)可的污水處理裝置。對(duì)于在特殊區(qū)域營(yíng)運(yùn)的客船，2016年以后的新造船上裝置應(yīng)滿足MEPC.227(64)，已營(yíng)運(yùn)的客船2018年須滿足該要求。該船由于鋪龍骨日期已經(jīng)排到2016年1月1日以后，因此，直接要求廠家提供滿足MEPC.227(64)要求的污水處理裝置。

所有的黑水在排放前均經(jīng)過(guò)裝置處理，任何情況下不得存放未經(jīng)處理的黑水。船上配有黑水存放艙用于排岸，該艙應(yīng)有足夠的艙容，作為估算，重力式衛(wèi)生單元按每人每天70 L；真空式按每人每天25 L，持續(xù)時(shí)間按至少10 d計(jì)算。

該船乘員200人，采用真空式衛(wèi)生單元，按此計(jì)算得到黑水量為50 m3。

基本設(shè)計(jì)的黑水艙是一個(gè)獨(dú)立艙柜，艙容約20 m3?；驹O(shè)計(jì)的艙容顯然不合理，不能滿足CLEAN DESIGN的要求，實(shí)船將其更改為結(jié)構(gòu)艙柜，布置于雙層底，艙容47.7 m3。

廚房排水管路配按要求備有撇油器，撇油器的污油管路接到油渣艙。

船上配有灰水存放艙用于排岸，該艙應(yīng)有足夠的艙容，作為估算，按每人每天110 L，持續(xù)時(shí)間至少10天。

按此計(jì)算，得到灰水量為220 m3。

基本設(shè)計(jì)的灰水艙是一個(gè)結(jié)構(gòu)艙柜，艙容約190 m3，布置于雙層底。認(rèn)為基本設(shè)計(jì)的艙容不合理，不能滿足CLEAN DESIGN的要求，將其更改為2個(gè)艙，每個(gè)艙艙容109 m3。

黑水艙和灰水艙均配備了高位報(bào)警。

由于該船船體結(jié)構(gòu)限制，完全滿足船級(jí)社規(guī)范要求非常困難，經(jīng)與船級(jí)社商討，考慮到廚房食物垃圾不進(jìn)污水處理裝置和黑/灰水艙，黑水艙和灰水艙艙容略低于規(guī)范要求。

3.6 油水界面

該船涉及油水界面的是6臺(tái)推進(jìn)器。以可伸縮全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器為例，其潤(rùn)滑油和液壓油使用的是同一種油品，通過(guò)重力柜向系統(tǒng)補(bǔ)油，重力柜設(shè)平板液位計(jì)，可隨時(shí)了解滑油/液壓油的消耗，同時(shí)設(shè)低位報(bào)警，以防滑油/液壓油的突然泄漏。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 油艙保護(hù)

油艙保護(hù)涉及到包括燃油艙、滑油艙、液壓油艙、廢油艙、油渣艙以及溢流油艙在內(nèi)的所有油艙。位于雙層底的油艙視為未受保護(hù)，單個(gè)艙容不得大于10 m3，且雙層底所有油艙總艙容不得大于40 m3。其他區(qū)域受保護(hù)的油艙單個(gè)艙容不得大于1 500 m3。

該船雙層底區(qū)域布置了1個(gè)油渣艙、1個(gè)燃油泄放艙和1個(gè)廢油艙，艙容均為10.4 m3，雙層底油艙總艙容為31.2 m3，其他區(qū)域油艙艙容最大為269.6 m3。由于結(jié)構(gòu)原因，雙層底區(qū)域3個(gè)油艙單艙艙容均略微超過(guò)了10 m3，通過(guò)與船級(jí)社協(xié)商，在保證3個(gè)艙的裝載永遠(yuǎn)小于艙容95%的情況下滿足了該要求。

燃油艙應(yīng)布置在距離船底殼板型線以上不低于按下式算得的h高度處，取兩者之間較小者，最小值h=0.76 m。

該船B=27 m，由此，h=1.35 m。

該船h實(shí)際高度為1.4 m。

對(duì)燃油艙總艙容小于5 000 m3的船舶，燃油艙應(yīng)布置在舷側(cè)殼板內(nèi)側(cè)，在與舷側(cè)殼板垂直的任何剖面處測(cè)得的距離W值，應(yīng)不小于下式計(jì)算值，最小值W=1.0 m，但對(duì)單艙艙容小于500 m3的燃油艙，W可取0.76 m。

C是船舶燃油艙總艙容的98%，W=0.69 m。

該船W實(shí)際最小距離為1.4 m。

4.2 其他

所有船舶必須按照2009年香港國(guó)際安全與環(huán)境無(wú)害化拆船公約(Hong Kong International Convention for the Safe and Environmentally Sound Recycling of Vessels)及相關(guān)附則要求準(zhǔn)備并維護(hù)全船有害物質(zhì)清單(Inventory of Hazardous Materials)，該清單按照MEPC.197(62)要求編制。

一般情況下，船廠在船舶建造后期將建造過(guò)程中收集到的各種設(shè)備的有害物質(zhì)清單在船級(jí)社網(wǎng)站進(jìn)行上傳，船級(jí)社會(huì)按照上傳的內(nèi)容進(jìn)行審核，合格后船級(jí)社簽發(fā)《有害物質(zhì)清單符合證明》[9]。

5 結(jié)論

綠色船舶的概念應(yīng)該體現(xiàn)在包括船舶的設(shè)計(jì)、建造、營(yíng)運(yùn)、修理/改造直至拆解的整個(gè)壽命周期內(nèi)，上述設(shè)計(jì)僅僅是使得該船在設(shè)計(jì)層面完全滿足了“CLEAN DESIGN”船級(jí)符號(hào)的要求。防止船舶污染僅僅靠設(shè)計(jì)上的保證顯然是不夠的，還涉及防污法規(guī)的制訂和執(zhí)行、港口國(guó)的重視程度、船員素質(zhì)、船廠建造/修理/拆解水平等各方面因素。另外，目前各船級(jí)社涉及的綠色船舶的附加船級(jí)符號(hào)還是自愿性質(zhì)的，但隨著低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來(lái)，世界航運(yùn)界對(duì)船舶防污染的重視程度越來(lái)越高，綠色船舶將是制勝法寶，綠色船舶也會(huì)因技術(shù)的不斷發(fā)展而不斷注入新的內(nèi)涵。

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Achievement of Green Ship Design Philosophy for 145 m DSV

HU Xiao-lin

(Marine Design & Research Institute of China, Shanghai 200011, China)

Aimed at additional class notation “CLEAN-DESIGN”, for green ship from DNV rules, based on the vessel 145 m DSV built in Shanghai Zhenhua Heavy Industry Company Limited, the design achievement of this notation was introduced, including the requirements for prevention of air pollution such as SOxemission control, NOxemission control, refrigerant control, firefighting substances control, as well as the requirements for prevention of sea pollution such as FO overflow control, ballast water control and bio-fouling control, bilge water discharge control, garbage treatment control, sewage treatment control and etc. The relative design for requirements of oil tank protection and Hong Kong International Convention for the Safe and Environmentally Sound Recycling of Vessel were also describes.

design; achievement; CLEAN-DESIGN; green ship

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.04.025

2016-11-17

胡小林(1977—)，男，碩士，高級(jí)工程師

研究方向：船舶與海洋工程輪機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

U662.2

A

1671-7953(2017)04-0110-06

修回日期：2016-12-14