308 000 DWT超大型油船的开发设计

李晓峰

（上海船舶研究设计院，上海201203）

308 000 DWT超大型油船的开发设计

李晓峰

（上海船舶研究设计院，上海201203）

上海船舶研究设计院（SDARI）设计、广船国际股份有限公司建造的中远型308 000 DWT超大型油船完成了各种试验试航后，顺利交船。它是SDARI在大型液货船上取得突破的重要标志。该船前期开发恰逢航运市场剧烈波动、新规范密集实施及大量新设备推向市场的时期，使得船东对新船型的开发顾虑较多，对技术指标要求苛刻，设计难度大。详细介绍该船的开发设计过程和主要技术特征。

超大型油船；快速性；空船重量

0 前言

2008年的金融危机以及各国经济刺激政策的实施，给航运市场带来重大影响，原油价格在巨幅震荡中逐步走高，各种航运运价指数却逐步走低。高油价、低运价给航运企业带来了巨大的压力。

随着我国经济的发展，对原油消耗量迅速增加，原油进口量不断上升。从2003年的进口约9 000万吨，到2010年的24 000万吨，年均增长率超过了10%。原油是重要的生产物质和战略物质，我国原油消耗对进口的依存度超过50%后，原油的进口和存储成为保障经济安全和军事安全的重要因素。因此，国家提出了“原油储备”计划和“国油国运”计划。计划在国内沿海建设储油基地满足存储需求，国有的航运公司扩充超大型油船（VLCC）船队以满足运输需求。

我国航运公司当时拥有的VLCC，大多数由国外建造或设计。这些VLCC在性能指标上与我国实际需求有所差异，大部分关键图纸没有交付我方，为使用和改装带来隐患。我国船厂从国外引进的VLCC设计，大多是已经淘汰或者即将淘汰的产品，使我国的造船厂和航运企业在未来的竞争中处于不利地位。仅靠引进VLCC或其设计，不利于我国的经济安全以及航运业和造船业的发展。

此外，这些船龄较大的VLCC，其燃油舱采用单壳设计，在进港时拖轮顶推不当容易引起燃油泄漏，造成海洋环境污染；同时船上使用的较为老旧主辅机排放废气的氮氧化物含量高，运营油耗高。这与节能环保的大趋势不符。

因此，上海船舶研究设计院（SDARI）于2010年开始调研航道码头数据，了解国家储油基地的建设规划，进行了VLCC船型开发和升级，储备了几型适用于我国航运公司的船型，并积极向船东推介。SDARI船型开发的基本理念和主要性指标能获得了中国远洋集团的认可，遂与大连远洋运输公司（大连远洋）进行具体开发事宜的沟通联系工作。

1 中远型VLCC开发设计过程

在与船东就开发船型进行探讨后，我们发现了大量对目标船型有重大影响的因素，进而作深入的研究，并将成果应用于该船设计建造，打造出了具有船东特色的中远型VLCC。重大影响因素总结如下。

1.1 燃料油价格和运价指数

原油价格在2011年4月份已经超过每桶100美元，燃料油超过700美元/t，而且有继续上涨的趋势，运价和VLCC租金却在不断下跌。基于这些具体情况和专业咨询机构提供的数据，SDARI与船东共同就VLCC的经济航速进行研究分析，得到的结论是VLCC应运营在13 kn左右，设计航速应不超过14 kn。这与当时韩国某船厂正在洽谈的14 kn设计航速的VLCC不谋而合。

降低设计航速，同时降低主机选定的最大功率，有助于降低主机油耗，降低EEDI指数使之满足第一阶段的指数要求，这对船东有明显的吸引力。降低主机选定最大功率也有利于降低主机周边设备，螺旋桨和轴系的成本。在船价低迷，船厂利润微薄的情况下，对船厂也是利好。

但在讨论开发方案时有意见指出，油价不会像机构预测的那样持续上涨，在未来几年应该能回归正常水平，而建议设计航速按照VLCC传统的16 kn来选取。最后经多次讨论分析，将螺旋桨设计点选取在15.5 kn，主机功率按照16 kn航速选取。该船的主机功率点的选择方案在2012年各国的VLCC开发方案中具有明显特色，后来的事实证明这个策略是正确的。当时VLCC租金触及几年来的高位，原油价格也在盘中跌破每桶40美元，380燃料油价格跌破180美元/t（鹿特丹价格）。该船设置的较高设计航速获得了船东和市场的青睐。在交船前增加了成品油的各种适用文件，以便于更灵活使用。

1.2 众多即将生效的新规范以及大量新型设备的出现

在统一解释出台前，不同船级社对新规范的解释有所差异，新型设备的外形尺寸和技术参数也会随着技术的发展而变化。这些不确定性都增加了船型开发的难度。

新规范规则包括EEDI能效规范、原油船的货舱涂层性能标准（PSPC）要求和压载水处理设备的安装等。2013年以后签合同的船舶需要满足EEDI要求。而该船的签合同日期为2012年底，可以不满足这些新规范。但该船的线型优异，在设计之初就能满足EEDI第一阶段要求。在开发过程中，船东坚持用较大功率的主机和较大的航速储备，使得EEDI估算值仅能满足零阶段的排放要求。尽管EEDI对该船不是强制生效，但SDARI和船厂的技术人员尽量从各个环节进行控制。最终试航结果表明该船能够满足EEDI第一阶段的排放要求。

对于货舱的PSPC，船东要求提前满足。这对该船的开发设计带来了较大影响。当时船级社对此尚无指导意见，检验流程甚至有证书的检验人员，船厂也没有相关经验可以借鉴参考。如何保证货舱油漆的完整性，做好预舾装，提前焊接甲板上的各种支撑结构，是该船详细设计和生产设计中非常关键的地方。

新设备的大量推出，诸如新型主机（MAN的G型机和瓦锡兰的X系列主机）、各种压载水处理设备、主机废热回收设备等，为船型开发提供了更多选择，但须谨慎对待，综合考虑其经济性和适用性。例如：主机厂商推出的G型机和X型机，主要特点是在输出功率与传统主机一样时转速大幅降低，从而提高螺旋桨效率，降低油耗。提高螺旋桨效率的同时，螺旋桨直径也会响应增大。考虑到该船压载航行的时间约占运营时间的一半，压载时尾吃水较小，如采用更大直径螺旋桨，则会增加压载水量、油耗和压载水处理的成本，因此我们没有推荐新型低转速主机。船东认为主机厂商的电喷主机还没有经过实际检验，电喷的G型机可能存在更大的潜在风险。该船最终选择技术成熟的7S80ME主机，螺旋桨直径约10 m，与传统的VLCC接近。

在压载水处理设备方面，虽然规范没有强制要求安装，但船东考虑到近期压载水公约生效是大概率事件，运营后进坞安装较为复杂，改装费用大、耗时较长，故而决定提前安装。因油船的尾尖舱与货舱区域压载舱很难使用同一套压载水处理设备，为了控制建造成本，尝试取消尾压载水舱，从而减少一套压载水处理设备。经过大量的计算分析，结果表明：该船取消尾压载水舱在经济上不具有合理性［1］，但所做的尝试可供其他VLCC设计参考。

在设备选型上，经历了多次波折，直到开工后才明确设备形式，这对设计和施工提出了较高的要求。该船设备商第一次提供设备，在电缆等配件上经验不足，给详细设计和生产设计带来了很大困扰。SDARI与广船国际密切合作，精心设计，最终将处理设备完美地安装上船。

主机废热回收是当时比较热门的话题。该船选定的主机功率较大，有安装废热回收装置的可能性。主机选点使得发电量略低，有多种解决方案，后经过大量的对比设计和经济性分析，这套设备在燃油价格下跌到一定程度后，投资回收期过长，无法满足船东预定要求，最终没有安装。

1.3 我国沿海VLCC航行的特殊性要求

我国沿海VLCC航行有其特殊的要求，如：沿海航道吃水限制及潮差、舟山储油码头及附近航道的海水含沙量，这对视线有非常高的要求、对定员/通道/设备选型等均有特殊要求，需要对码头海水含沙较高的作特殊考虑。

舟山原油储存基地码头水深仅21 m左右，VLCC设计吃水20.5 m。当VLCC满载入港时，船体会扰动起海床沉积的泥沙，东海泥沙颗粒细小（甚至小于压载水处理设备滤器的可过滤直径），被扰动后沉降速度较慢。VLCC卸货时将吸入90 000 m3左右的压载水，泥沙将跟随压载水进入压载舱，沉积在船内。久而久之，大量沉积的泥沙会影响空船参数，减少载重量甚至影响船舶安全。

SDARI理解船东就此问题的关切，投入大量人力物力寻求解决途径。经过大量的理论研究和试验分析，验证了泥沙在压载舱的沉降规律，提出多种方案，与船东讨论后确定了最终的解决方案。

2 技术特征

2.1 主要尺度和参数

该船是双底双壳、单机单桨、柴油机直接推进固定螺旋桨的,满足新规范规则以及各大油公司和港口要求的新一代VLCC。

该船设计为倾斜首柱带球鼻首及方尾，机舱、起居处所和驾驶室位于尾部。货舱区设有单层连续甲板，分3列共15个货舱和2个污油水舱，双壳和双底共20个压载水舱，设置尾尖舱，首部为空舱。货舱区配置2个油管吊，机舱区配置2个备品吊，总布置图见图1。

该船的主要尺度和参数如下：

总长333.00 m

垂线间长320.00 m

型宽60.00 m

型深29.50 m

设计吃水20.50 m

结构吃水21.70 m

载重量（设计吃水）286 500 t

载重量（结构吃水）308 370 t

货舱容积345 700 m3

燃油舱舱容重油7 000 m3

柴油MDO280 m3

柴油MGO540 m3

淡水舱舱容750 m3

压载水舱容94 000 m3

主机MAN 7S80ME-C9.2，1台

功率SMCR26000 kW×72 r/min

服务航速15.5 kn

续航力25 000 n mile

定员37 P

入级和船级符号：CCS船级社

CCS★CSA Oil Tanker；Double Hull；CSR；F.P. <60℃；ESP；Loading Computer（S，I，D）；PSPC（B）；Single Point Mooring；Emergency Towering Arrangements；In Water Survey；CM；FTP；BWMP，★CSM AUT -0；SCM；VCS；IGS；PMS；COW；BWMS。

2.2 设计原则

该船的开发设计以“安全、环保、经济”为原则。在安全方面，该船除了满足已生效的各种规范规则，还提前满足了与货舱结构防腐有关的货舱PSPC要求。在满足CSR规范的基础上，没有过分追求钢料重量最小化，而是在关键部位留有适当的余量以确保结构安全。对于人员进出的通道，本着安全性优先的设计原则，适当增加中转平台，增加上层建筑高度以大大减少驾驶室盲区，提高了航行安全性。系泊布置方面参考多家航运公司的经验，尽量降低船员受伤概率等。通过采用以上措施，该船的安全性较同类船舶有所提高。

在环保方面，该船符合IMO海洋环境保护委员会的各项环保要求。其中，货舱意外溢油指数比规定的指数值小10%左右，好于通常5%左右的余量。该船压载水管理可采用处理法和顺序排空法等。

在经济性方面，该船领先于同时期的其他VLCC。经过多方案对比，该船在保证货舱容积前提下尽量减小型深，有效地控制结构重量。在载重量方面，该船主要用于原油进口，航道特点决定其设计吃水载重量是最为重要的，被船东称为有效的载重量，该船的有效载重量比其他船厂和设计公司开发的船型多1 000 t左右，配以较大的货舱容积，可供船东灵活地营运。

2.3 快速性指标

在该船在开发之初，经过详尽的分析判断，结合船东的特定要求，提出了在设计吃水下，以服务航速为15.5 kn的主机日油耗低于80 t的技术目标。SDARI提出的油耗指标打破了VLCC日油耗超过百吨的传统观念。这个指标提出时受到了许多知名设计单位和船厂的质疑。

设计团队以整体优化为目标，各个专业紧密合作，在保证主要技术参数前提下努力降低油耗，最终优化的线型在德国汉堡水池进行设计桨带指定节能装置的船模试验。试验结果表明SDARI提出的油耗指标不仅可以实现，还略有余量。

试验结果表明该船在CSR、含15%风浪裕度时能到达到15.55 kn的航速。

虽然最终船东出于各种考虑没有采用节能装置，但该船的快速性指标依然为新型VLCC的设计树立了标杆。SDARI推出新型VLCC方案后，国内其他设计公司和船厂也相继开发出类似指标的船型，众多国有大型船厂为中远、中海和招商轮船建造了大量节能环保型VLCC用于原油进口的国油国运计划，从而实现了VLCC设计的升级，使得我国的VLCC技术水平跨越了一个台阶，推进了我国造船工业的进步。

图1 总布置图

2.4空船重量重心控制

该船的规格书签订后，船东出于营运灵活性的考虑，追加了一部分技术要求。经开发人员校核，发现这些要求对该船的设计具有非常重大的影响。为了不影响建造合同的顺利实施，我们与船东、船级社共同寻找解决途径，最终将问题的焦点集中在空船的重量和重心纵向位置控制上。

如果该船空船重量出现超过空船重量的1.5%的偏差，或者重心纵向位置出现超过船长的0.2%的偏差，将无法全部实现船东追加的要求。

在该船详细设计和生产设计过程中，设计人员与广船国际技术人员共同密切跟踪空船钢料、设备、管系等数据，发现问题及时调整，最终倾斜试验表明该船空船重量偏差小于200 t，重心位置偏差仅90 mm，较好地实现了船东的要求。该船交船的空船重量与国内外知名船厂最新交船的数据相比，居于领先的地位。

3 结语

308 000 DWT中远型VLCC是SDARI首次承接的大型液货船开发设计，是SDARI开拓大中型液货船市场的一个重要里程碑。该船的顺利交船，标志着SDARI正式进入高端大型液货船设计领域。

［1］李晓峰，陆红干.取消超大型油船（VLCC）尾压载水舱的探索［J］.船舶设计通讯，2013（1）：14-17.

Development and Design of a 308 000 DWT VLCC

LI Xiao-feng
（Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute，Shanghai 201203，China）

Designed by SDARI and constructed by GSI，COSCO type 308 000 DWT VLCC series were successfully delivered after different tests and sea trials，marking a great breakthrough in large size tanker design of SDARI. During the early stage of development when the shipping market remained volatile and a large number of new regulations entered into force and also quantities of new equipments were available，the owner concerned much about the development of the new ship type and requested strict requirement over design index accordingly.The main characteristics and course of development and design were introduced in the paper.

VLCC；fast speed；light weight

U674.13+3.1

A

1001－4624（2016）02－0010－05

2016-02-10；

2016-10-15

李晓峰（1978—），男，研究员，长期从事液货船研究设计工作。