双壳油船液货泄漏机理及预防措施探究

张志斌，徐 敏，卢金树，李玉乐，朱发新

●（1．浙江海洋学院，浙江舟山 316000；2．广州广船国际股份有限公司，广州 510000）

双壳油船液货泄漏机理及预防措施探究

张志斌1，徐 敏2，卢金树1，李玉乐1，朱发新1

●（1．浙江海洋学院，浙江舟山 316000；2．广州广船国际股份有限公司，广州 510000）

针对双壳油船在恶劣海况下可能泄漏的问题，分别对泄漏发生在船底和舷侧进行了研究。并就此建立了实验平台，模拟了油船在晃动环境下的泄漏行为。最后，提出了减少溢油的方案。

双壳油船；泄漏；破损；溢油

0 引言

近年来，随着船舶溢油事故的日益增多，对海洋环境和世界经济都造成了巨大的损失。据相关统计，世界上海洋环境受到污染，所有污染物中由船舶造成的占35%，其中来自油船海损事故的污染物占了12%。油船所造成的污染已成为海洋的主要污染源之一[1-4]，海上溢油事故已逐渐成为一项重大的环境问题和社会问题。特别是 1989年3月，“埃克逊－瓦尔德兹”号油轮溢油在威廉王子海湾搁浅造成重大泄油事故为世所惊。从此，IMO通过不断出台限制油污染的修正案，特别是 1992年修订的MARPOL公约附则I第13F条规定，自1993年7月6日以后订造的5000DWT及以上油船，必须设置双层船体或IMO认可的其它替代结构形式[5-7]。

我国作为一个原油进口大国，自1993年成为石油净进口国以来，石油进口不断上升。资料显示我国进口石油90%是通过海上船舶运输来完成，油船特别是超大油船在我国水域出现频率不断增大。而其在航行途中会因触礁、碰撞和搁浅等意外情况引发溢油事故，给海洋生态环境及沿岸带来不可估计的灾难。因此，如何最大限度地减少海上溢油造成的污染，已成为一个日益迫切的社会问题。世界各国政府和学术团体都高度重视，加大治理和科研力度。近20年来，对船舶溢油污染的研究无论在广度还是深度上都有长足的发展。尤其是随着计算机技术和观测、试验条件的飞速发展，使人们全面了解船舶溢油动态成为可能。而据溢油的资料来看，人们的重心主要集中在对溢油的应急反应、污染控制、减少污染损失和及时清除污染等方面的研究，而对溢油泄漏的动态过程及如何减少溢油的泄漏量甚至控制在船体内的研究明显不足。基于以上说明，本文主要以研究双壳油船水下破舱原油特征，尤其为改进现有双壳油船结构的阻漏效果做出有益探索。

1 船舶破损部位溢油研究

船舶在航行途中常遇到各种预想不到的碰撞，会造成不同程度的损伤，进而产生溢油。由于不同部位的破损造成溢油过程及行为不同，因此对这些碰撞可大致分为两部分：在船底泄漏和船侧泄漏。然后分开对其进行溢油研究。

1.1 双壳油船底部破损

MARPOL附则I第23条规定，为了提供在碰撞或搁浅事故中防止油污染的保护，符合附则定义的在2010年1月1日或以后交付的油船须满足该条“意外泄油性能”的要求。该要求须对每个货油舱在底部和舷侧破损的可能性进行全面有效限制泄油的设计以满足其对意外泄油性能要求[2]。

通常来说，油船的体积庞大，且吃水深，在过狭窄航道或偏离航道时，有可能与海底岩石发生碰撞，使双壳油船破损发生泄漏。其模型示意图见图1。

图1 双壳油船底部破损示意图

由图1可以看出，当双壳油船底部发生碰撞破损时，由于双层底的外层先于内层破损，通常情况下时差在0.5s~1s范围，且外层破损面积大于内层。在这段时间内，海水优先进入双层底空间且流量大于油量。当海水在双层底空间的底部形成水层时，这时，油舱内的油泄漏到船体外的油量取决于ρ油gHi与ρ水gHo的大小（海水密度、货油密度和油水分界面到海面与油舱中油的高度有关）。当ρ油gHi＜ρ水gHo时，说明此时双层底的水层成为“水封水”，从而阻止货油泄漏到船体外。当然，在“水封水”水形成之前，由于双层底高度的存在，且油船的干舷普遍超过3m（对于万吨级油船）使得泄漏初始油压大于水压，从而产生油品的泄漏。而且在双层底内部空间，由于油、水、气多相流属于紊流，会造成一些油泄漏到船体外。因此，据现有的资料显示，自油船使用双壳结构后，因船体底部破损发生溢油事故的泄漏量比船侧破损的泄漏量相对较少，即对于不设中间货油舱的船舶，船舷侧破损溢油的权重较船底破损溢油概率大。

1.2 双壳油船舷侧破损

由于在装载油的情况下，压载舱多为空舱。当船侧破损时，海水、货油都进入到压载舱（双壳间），在泄漏的过程中，油、海水流动过程异常复杂，且较易受外界因素影响。根据已有资料分析，发现对于双壳油船的船侧溢油物理过程研究较少且研究差不多都基于静水环境或过于简单的假设，这些研究虽能帮助人们探索实际环境中油船溢油规律，但并不能准确估计双壳油船破损后的实际泄漏行为。因而存在明显的应用范围局限性，无法应用于实际最易发生大面积破舱的泄漏情况。由于已经对破舱进行了相关的数值模拟，因此，为了预测油船在真实的晃动环境中的溢油行为，本文作者建立了在晃动环境中的油舱溢油的实验平台。

图2 实验装置示意图

实验装置的原理图如图2所示，试验装置主要包括双壳油舱模型、水池（由钢化玻璃制成）、电动机、激振器（制造船模的摆动）等。水池的尺寸长5m，宽0.8m，高 1.0m。考虑到船模晃动过程中激起回波的影响，可将水池在船模晃动方向设置为斜面。因此，将水池在长度方向制作成梯形面（上底长为5 m，下底为4m），并在水池斜面上铺设软材料（如海绵或泡沫），从而减少水池回波对船模摆动的干扰。实验开始时，迅速拔掉测试孔（孔位置在油舱的中部，孔的直径为 23mm），并启动电动机，使船模在15°范围内摇摆。由于在实验初始，油与海水进入双壳空间，且他们的流动非常紊乱，无法看清油水的流动规律，但随着时间的延续，由于油水重力差，使得双壳空间底部基本上被水占据，更为有趣的是水也进入油舱模型内，并且随着时间的延长，在晃动的条件下，水不断地进入油舱，与油发生置换，油舱内的水位越来越高，这就意味着油不断的泄漏到船体外，直到水完全淹没破孔为止，从而到达平衡的动态过程，如图3所示。由图可知，船侧破损造成的溢油现象相对比较严重。因此，为了减少溢油，无论从船舶设计还是在人员管理方面，我们都应该做相应的改进。

图3 双壳油舱船侧破损实验图

2 减少溢油方法的探求

1）减少人为因素影响（正确操作）。据国际海事组织统计，80%的油船溢油事故是人为因素造成的，主要表现在：船员的素质及业务水准低；航运公司的管理水平低；过度疲劳和不良的工作生活环境；外部监管不力等。针对以上问题，首先应保证船舶工作人员的睡眠和休息时间，改善睡眠质量。其次，加强实践技能和各项能力的培养和训练且应严格执法。

2）在船体内铺设软材料（软袋的应用）。该设计方案的要点[3]是：在每个货油舱内铺设一个软袋，以及填平或铺平货油舱内壁骨架及舱底骨架的可移动防护块。软袋是一个与货油舱尺度相近的内层可装油外层可装水的双层水密软袋，分别与泵油系统和压载水系统连接。可移动的防护块与货油舱内的内壁及舱底的船体结构轻微固定。当撞击物体穿透船体外板时，防护块随撞击物的深入而后斜。在防护块的保护下，软袋只挤压变形而不易被刺破。为防止软袋被挤破，另设计一个与油袋连接的由限压间、输油管及小型输油容器构成的输油系统。软袋采用以纤维织物为基体，双面为耐油的水密柔性材料，为防止静电的聚积，软袋的表面可喷涂一层导电的薄层。装油时，泵油系统将货油灌入内层油袋，泵满后外层的水袋处于空瘪状态，泄油时，泵油系统抽出货油，可同时通过压载水系统将水泵入内层水袋。

3）油舱上部负压或密封。众所周知，当氧气含量（以体积计算）低于11.5%时，不管可燃气体浓度为多少，油舱的货油均不能燃烧爆炸。因此现有油船基本上以向油舱内冲入惰性气体来防止油舱燃烧及爆炸，近年来此方法在油船上被广泛使用。

目前，本课题组已开发出漏油控制系统并获得相关专利。该系统是把带有盲板的各条管线穿过毗邻的各货油舱和专用压载舱之间的各舱壁，在压载舱中使用的管线末端要安装一个抬起的端面凸缘，用一个带有插销的盲板可以将其关掉。并把一根不加压的液压软管放在盲板和凸轮之间。并在油舱的上方加装真空泵把油舱上部的空气抽出，这样不仅可以保持油舱上部的含氧量低于规定值，并且还可使油舱内气体压力降低。当油舱破损时，会使液压压力管加压，在此压力下，软管将冲破插销，这时，盲板会自动脱离，从而使货油从破损口自动流到紧急援救舱（相连的压载舱）。并且在货油流出时，开动真空泵，保持油舱上部空间压力为低压，这时可以相应的减慢或阻止货油通过破损口溢入大海。

3 结束语

油船在航运过程中发生碰撞等意外事故不可避免，所导致的石油泄漏事故不容忽视，对船上的操作人员安全造成严重的威胁。本文通过对油船的泄漏行为进行实验模拟研究，通过对船底及船侧的泄漏模拟，总结出油船的溢油规律，并给出了防止溢油的对策。

[1]许颖. 船舶溢油过程及溢油量的精细计算的方法研究[D]. 大连: 大连海事大学, 2007.

[2]陈晓隆. 关于油船意外泄油性能的优化[J]. 广东造船, 2010(1): 32-35.

[3]建通. 迈入“绿色船舶”行列的油船——防止油船溢油污染的新概念[J]. 航海, 1998(3): 35-37.

[3]严志宇, 肖井坤, 殷佩海. 溢油蒸发过程的研究[J].大连海事大学学报, 2001, 26(4): 21-24.

[4]马友光, 杨雄文, 冯惠生, 等. 界面湍动对气液传质的影响[J]. 化学工程, 2004, 32(4): 1-4.

[5]赵济川. 破损油船溢油控制系统发展新动向[J]. 世界海运, 1992(3): 48-49.

[6]李有观. 破损油轮溢油控制系统[J]. 知识天地, 2008(2): 18.

[7]柳卫东. MARPOL公约新的附则I对油船总体设计的影响[J]. 上海造船, 2006(1): 28-30.

Exploration on Leakage Mechanism and Preventive Measures of Double Hull Tanker

ZHANG Zhi-bin1, XU Min2, LU Jin-shu1, LI Yu-le1, ZHU Fa-xin1
(1. Zhejiang Ocean University, Zhejiang Zhoushan 316000, China; 2. Guangzhou Shipyard International Company Limited, Guangdong Guangzhou 510000, China)

Aiming at the problem of which double hull tanker probably divulges in rough sea condition, the leakages in the bottom and side are studied. And an experimental platform is established. Divulging behavior under oil tanker moving environment is simulated. Finally, the scheme to reduce oil spilling is presented.

double hull tanker; leakage; damage; oil spilling

U676.3

A

张志斌（1982-），男，讲师，研究生。主要从事船舶溢油控制方面研究。