大型穿梭油船的设计特点

李兴军　于智强　姚丹丹　冯可　郝清

【摘 要】 以船级符号为基础，分析载质量为15.2万t的穿梭油船在船体结构、主推进系统、动力定位系统、艏装载系统、货油装卸系统、消防系统、船舶舒适度、一人桥楼以及防污染等方面与普通油船不同的设计特点，证明此穿梭油船的设计有其特殊性，并为未来穿梭油船的设计提供有益借鉴。

【关键词】 货油舱；艏装载系统；动力定位系统

穿梭油船取代深水海域的海底输油管路将原油从海上油田运输至原油码头。为了实现海上安全装载，相较于普通油船，穿梭油船还装备了艏装载系统、动力定位系统（DPS）和直升机甲板等一些特殊装置和系统。

近年来，中远船务工程集团有限公司通过技术创新，先后设计和建造了载质量为1.0万t和5.9万t的穿梭油船，目前正在设计和建造载质量15.2万t大型穿梭油船，是迄今国内建造的最大和最先进的穿梭油船。本文结合载质量为15.2万t穿梭油船的船级符号，简要分析其与普通油船的不同设计特点，以期为穿梭油船的设计提供有益借鉴。

1 穿梭油船概况

1.1 主要参数

此油船的主要参数见表1。

表1 主要参数

1.2 船级符号

在建穿梭油船入级DNV船级社，其船级符号为：DNV 1A1，“Tanker for Oil ESP”，PLUS，CSR，E0，DYNPOS-AUTR，OPP-F，BOW LOADING，SPM，F-AMC，NAUT-AW，HELIDK-SH，T-MON，VCS-2，PSPC（B），BIS，BWM-T，CLEAN DESIGN，COMF V（3）C（3），CSA-FLS，CCO

1.3 适用的规范和规则

在建穿梭油船除与普通油船同样适用有关规范和规则以外，还适用特殊的规则和要求：CAP437；Marine Safety Criteria for Industry Vessels in Exxon Mobil Service；Basic Requirement for Dynamically Positioned Shuttle Tanker Issued by PETROBRAS；Guidelines for Design and Operation of Dynamic Positioned Vessels（IMAC M103）；Statoil Minimum Technical and Operational Req. for Offshore Loading Shuttle Tankers。

1.4 总体布置

在建的载质量15.2万t的穿梭油船为双壳、单甲板、球首、球尾、尾机型油船，采用DPS-2级系统，艏部设置艏装载系统；货油舱甲板舯部设置直升机甲板，设计走桥连接上层建筑甲板和艏楼甲板；艏部和艉部安装多个侧推器和方位推；分别设计12个货油舱、2个污油水舱、12个压载舱，其中，艏尖舱和艉尖舱用作压载舱。

2 穿梭油船的设计特点

2.1 总体布置的设计特点

在建穿梭油船总体布置设计特点如下：

（1）艏部布置防撞舱壁，增加了货油舱舱容；

（2）艏尖舱和艉尖舱的舱容较小；

（3）舵机舱下方设置空舱，降低拱距，相应地降低结构强度要求；

（4）货油舱底部高度和双壳宽度满足货油意外漏油检测的要求；

（5）货油舱甲板设置直升机甲板，满足CAP 437、巴西水域以及挪威水域的要求；

（6）艏部设置艏装载系统。

2.2 船体结构的设计特点

在建穿梭油船具有DNV船级符号PLUS和CSA-FLS。PLUS主要涉及船体结构低周期强度疲劳分析，需要对船体结构进行舱段有限元分析，对型材穿越孔、人孔和减轻孔等建立有限元模型，单元大小为50 mm 50 mm。同时，针对船底、内底、舷侧和内壳的纵骨穿越孔、顶筋、补板及船底板和舷侧板与强框相交的部位、水平桁的趾端和跟部等部位进行疲劳强度分析。

CSA-FLS需要通过水动力分析手段以求得船体结构实际载荷，并将其应用于有限元模型上。对船体结构作全船有限元、舱段有限元和局部有限元疲劳分析，需要进行疲劳强度分析的部位有：货舱区纵骨在强框处的端部连接；货舱区船底、舷侧板和强框/加强筋的连接；折角处；结构不连续处；货油甲板开孔处（含管子通舱件）和支座。

为了满足上述要求，甲板的剖面模数增加约30%，相应地空船重量增加较多，约1 000 t，因此对在建穿梭油船的空船重量控制构成巨大挑战。

2.3 主推进系统设计特点

在建穿梭油船的主机采用MAN 6S70ME-C8 Tier Ⅱ型号，其氮氧化合物（NOx）和硫氧化合物（SOx）的排放均满足DNV CLEAN DESIGN的要求。此油船轴系分为中间轴、中间轴承和尾轴管等，配备4叶镍铝青铜可调螺旋桨，使用1台具有阻力小、适航性好、舵效高、重量轻等优势的西林舵。艉轴监测系统符合DNVT-MON的要求。

2.4 DPS设计特点

在建穿梭油船的DPS是油船在海上通过海工装载终端（FPSO/FSO）装载原油时投入使用的，用以确保油船固定在设定的位置上，这是穿梭油船区别于普通油船的一个重要特征。在建穿梭油船DNV船级符号为DYNPOS-AUTR，系统设备的配置和冗余可保障单一故障不会导致船舶定位失效。推进器分为主机、螺旋桨和艏部NO.1侧推器为一组，艉部侧推器、艉部方位推和艏部NO.2侧推器为一组以及艏部方位推为一组等3组。

DPS控制系统包括动力定位控制计算机、传感器系统、显示系统、操作面板、定位参考系统和相关电缆等；控制方式有采用操纵杆手动控制推进器的手动模式和采用系统自动控制推进器的自动模式。

2.5 艏装载系统设计特点

艏装载系统的功能是将穿梭油船系泊连接到FPSO/FSO上并将原油装载到穿梭油船上，是穿梭油船区别于普通油船的一个重要特征。艏装载系统的设计、布置、控制和安全要求等应满足DNV BOW LOADING和挪威国家石油公司（Statoil）的要求，牵引绞车、软管绞车、止链器、万向悬架、导缆器、缆绳拖曳装置、舷内阀、装载总管、艏门、液压单元等主要设备分别布置于平台甲板、艏楼甲板和上甲板。

装载总管包括接头和旋轴。装载前，在液压油的作用下，接头在旋轴上向舷外旋转50 ，然后与FPSO/FSO上的输油软管末端接头相连接；连接完成后，在液压油的作用下打开装载总管接头内部的阀门，同时打开输油软管末端接头内的阀门。当待装载总管和船上货油管路处于“Green Line”状态时，即可进行装载原油作业。

2.6 货油装卸系统设计特点

货油装卸系统的作用在于为穿梭油船装卸货油：利用艏装载系统装载原油，利用船上的货油泵卸载原油。在建穿梭油船未设置泵舱，而是采用一舱一泵的货油装卸系统，即每个货油舱内安装1台液压驱动的深井式货油泵。货油系统管路分为3组，分别为12个货油舱和2个污油水舱提供服务。

货油装卸系统的总装载率取决于艏装载的装置集管，为8 000 m3/h；该系统可同时卸载6个货油舱和2个污油水舱的原油，总卸载率为12 000 m3/h，即每个货油舱为1 800 m3/h，每个污油水舱为600 m3/h。货油舱内的下降管（Drop Line）采用Knutsen公司的专利技术产品――KVOC管，可有效减少原油在装载时产生的蒸发气。

2.7 消防系统设计特点

在建穿梭油船消防系统主要包括货油舱甲板海水消防、货油舱甲板低倍泡沫灭火、机舱高倍泡沫灭火、机舱局部水雾灭火、住舱海/淡水灭火、艏装载区低倍泡沫灭火和喷淋及直升机甲板低倍泡沫灭火等系统。这些消防系统的设计不仅要满足《国际海上人命安全公约》（《SOLAS公约》）的要求，还要满足DNV船级社船级符号F-AMC（上层建筑、机舱、货油甲板和货油舱的消防）的要求，其中：艏装载区的消防系统要满足DNV BOW LOADING和Statoil的要求；直升机甲板的消防系统要满足DNV HELIDK-SH和CAP437的要求。

在建穿梭油船的消防系统设计有其特殊性。

（1）上层建筑内部设置淡水（饮用水质）消防系统；

（2）机舱高倍泡沫系统设置2台泡沫泵，使用淡水供水；

（3）机舱本地水雾系统采用压力蓄能装置释放灭火介质；

（4）甲板低倍泡沫系统设置2台比例混合器和2台泡沫泵，部分泡沫炮遥控；

（5）甲板海水消防系统的管路为环形管路；

（6）艏装载区设置低倍泡沫和自动水喷淋系统（遥控泡沫炮和泡沫/喷淋喷嘴灭火）；

（7）直升机甲板设置低倍泡沫系统。

2.8 船舶舒适度的设计特点

DNV船级符号COMF V（3）C（3）是关于船舶舒适度的要求，涉及船舶的噪声和振动、室内环境。V（3）代表噪声和振动的第3级别，属最低要求；C（3）代表室内环境的第3级别，属最低要求。在建穿梭油船为了达到上述船级符号的要求，对船舶舒适度作了相应设计。

（1）将噪声级别控制要求较高的房间安排在远离机器处，例如将医务室布置在A甲板上；

（2）驾驶室窗户全部采用双层玻璃隔音窗；

（3）在生活区的后围壁上铺设吸音效果较好的隔音材料；

（4）风机放置在封闭的房间内；

（5）选用噪声分贝值低的设备；

（6）增加生活区风管尺寸，降低风阻和风速；

（7）空调系统末端设置再加热器，在设计温度的基础上对室内温度进行调节；

（8）中央控制室、主配电板室、应急配电板室等内部除了设有正常的空调送风以外，还配备了立柜式独立空调器。

2.9 一人桥楼设计特点

DNV船级符号NAUT-AW是对桥楼设计、桥楼仪表和工作站等的布置要求。在建穿梭油船为了达到该船级符号的要求，对加强室作了相关设计。

（1）驾驶室两翼超出最大船宽，扩大观察范围；

（2）驾驶室三面采用倾斜的大窗，将盲区总和控制在30 以内，窗户间的间距为90 mm；

（3）驾驶室的后围壁上无法设置窗户，可采用摄像头解决向后的视域；

（4）中央控制台前方的窗户安装了雨刮器和电加玻璃，所有窗户安装了暖风喷头，以保证在恶劣天气情况下具备良好的视线；

（5）为了提高夜间航行的安全性，驾驶室所有的窗户倾斜安装，以免玻璃反光影响视线；

（6）驾驶室内部的天花板、围壁板、地板以及控制台等的颜色均采用深色亚光材料，以免灯光或阳光造成反光，影响视线。

2.10 防污染设计特点

在建油船与防污染有关的DNV船级符号有CLEAN DESIGN，BWM-T和OPP-F。CLEAN DESIGN要求：货油蒸发气逸出的控制应满足VCS-2的要求；原油洗舱清洗到的面积至少96%；压载水的处理应满足压载水管理公约D-2标准；排油监控装置对污油水的排放符合规定；生活污水应经处理装置处理，不能直接排入大海。BWM-T要求安装2台浸没式压载泵（每台容量为2 500 m3/h，压力为0.3 MPa），并在上甲板安装1套压载水处理装置（容量为2 500 m3/h）。燃油舱底部距船舶底板的最小距离及燃油和柴油注油管路的采用遥控型阀门需满足OPP-F要求。

3 结 语

载质量15.2万t穿梭油船赋予的船级符号、适用的规范规则以及安装的特殊装置等数量众多，充分证明了此油船设计有其特殊性。本文基于DNV船级符号，对在建穿梭油船的设计特点进行简要分析，可为相似类型穿梭油船的设计提供参考。