張 毅任飛華

（1.上海交通大學(xué) 上海200240；中國船舶及海洋工程設(shè)計研究院 上海200011）

VLCC壓載艙防泥沙沉積措施與展望

張 毅1，2任飛華2

（1.上海交通大學(xué) 上海200240；中國船舶及海洋工程設(shè)計研究院 上海200011）

在我國，VLCC因?？吭诟吆沉看a頭而導(dǎo)致壓載艙沉積物大量積淀。為解決此問題，歸納總結(jié)了目前國內(nèi)外VLCC船型應(yīng)對壓載艙泥沙沉積的措施；根據(jù)VLCC船型升級發(fā)展的特點，提出目前比較有效的措施，并歸納總結(jié)了今后壓載艙防泥沙沉積措施的發(fā)展趨勢。

超大型油船；壓載艙；防泥沙沉積

引 言

根據(jù)我國最新的戰(zhàn)略原油儲備計劃，VLCC作為戰(zhàn)略船型，其數(shù)量仍有較大缺口。為此，發(fā)改委批復(fù)了一大批VLCC新造計劃，招商局和長航中外運合資成立了VLCC郵輪公司。

受碼頭吃水限制，我國VLCC需?？吭谥凵健幉ǖ雀吆沉看a頭，導(dǎo)致壓載艙沉積物大量積淀。每艘VLCC在卸下原油的同時，至少要把當(dāng)?shù)睾屑s1.5%泥沙的90 000 t左右海水注入壓載艙［1］。這些沉積物會對航速、載貨量、能耗帶來損失，更嚴(yán)重的是，壓載艙沉積物還可能損害船體結(jié)構(gòu)和影響船舶操作安全。VLCC壓載艙清淤工程量大，同時雙層底內(nèi)骨材密集，淤泥沉積在骨材之間，清理工作又非常困難，所以需要花費大量人力、物力，從而影響船舶正常運營。

為此，船東極為關(guān)注如何才能盡可能減少VLCC壓載艙沉積物，而這也正是目前船舶設(shè)計單位亟待解決的問題。

1 現(xiàn)有措施

解決VLCC壓載艙泥沙沉積的現(xiàn)有措施主要包括運營管理和設(shè)計調(diào)整結(jié)合運營管理兩種。

1.1 通過運營管理防泥沙沉積

VLCC運營管理中，控制壓載艙泥沙沉積的著重點在于采取操控手段減少泥沙進(jìn)入壓載艙和泥沙進(jìn)入壓載艙后的管理工作。

提高運營管理水平是目前國內(nèi)外VLCC船東控制泥沙沉積的主要手段，主要包括泥沙預(yù)防和泥沙治理兩個方面。

1.1.1 減少泥沙進(jìn)入壓載艙措施

泥沙預(yù)防采取措施通常包括控制壓載時間、地點等因素的選取等，見表1。

表1 VLCC防壓載艙泥沙沉積的運營管理措施

1.1.2 泥沙進(jìn)入壓載艙后的管理

目前，VLCC船隊普遍通過制定船員工作計劃，利用滿載航次，對壓載艙進(jìn)行定期下艙檢查，以便及時掌握壓載艙內(nèi)泥沙沉積狀態(tài)，根據(jù)檢查的狀態(tài)定期清淤。根據(jù)用船單位的實際情況，目前VLCC上人工清淤是直接控制壓載艙內(nèi)淤泥最有效的辦法［2］。同時，制定壓載水管理計劃，在清潔水域按計劃進(jìn)行壓載水置換，也是清除壓載艙內(nèi)泥沙的有效手段。

1.2 通過壓載艙設(shè)計調(diào)整防泥沙沉積

采取運營管理防壓載艙泥沙沉積，只是基于壓載操作控制、淤泥檢查清理、壓載水置換；但這些方法費時費力、代價大、成本高，有些方法甚至本身就會影響安全性。為此，國內(nèi)外研究開發(fā)了各種壓載艙優(yōu)化型VLCC。

大連遠(yuǎn)洋運輸公司進(jìn)而提出油船壓載艙抗泥沙型新構(gòu)想，結(jié)合防泥沙運營管理思路采取分設(shè)港內(nèi)壓載艙以及深海壓載艙的設(shè)計。港內(nèi)壓載艙約40 000 t，用于空載離崗時打壓載至船舶最小吃水，保證安全離港后，在清潔水域打壓載至深海壓載艙。此設(shè)計無需較高的船舶操作水平，便于運營使用。

上述設(shè)計均依循減少泥沙進(jìn)入壓載艙的思路，對傳統(tǒng)VLCC進(jìn)行優(yōu)化，但并未取得實船應(yīng)用。

2014年，中國船舶及海洋工程設(shè)計研究院為招商局集團(tuán)下屬的香港明華船務(wù)公司設(shè)計32萬噸VLCC船型采用溢流式防泥沙壓載艙設(shè)計，并于2015年起陸續(xù)交付使用。此設(shè)計立足于泥沙進(jìn)入壓載艙后的管理，為VLCC放泥沙船型的設(shè)計拓展了新思路。

圖1是此型VLCC溢流式壓載艙防泥沙系統(tǒng)示意圖。通過對傳統(tǒng)VLCC壓載水艙作進(jìn)一步分隔，在原單一壓載艙結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，分割為被下壓載艙包圍的上壓載艙形式，上、下壓載艙僅在艙頂部連通，以便上壓載艙透氣及艙內(nèi)的水溢流至下壓載艙。打壓載時，壓載水先注入上壓載艙。壓載水緩慢至高位時通過上壓載艙的頂部溢流孔進(jìn)入下壓載艙。在緩慢注滿上壓載艙過程中，泥沙會大量沉積在上壓載艙內(nèi)，而較清潔的壓載水注入下壓載艙內(nèi)。經(jīng)CFD仿真結(jié)果分析，通過溢流并結(jié)合注入口布置型式和上壓載艙內(nèi)特殊開孔，可以將75%的泥沙（以質(zhì)量計）控制在上壓載艙內(nèi)。

上壓載艙地面為無骨材的光滑平面，在上甲板面配置專用消防閥，連接到設(shè)置在上壓載艙內(nèi)的沖洗管及軟管接頭。當(dāng)泥沙沉積到限定程度時，利用滿載工況，只需通過機艙中的消防泵或總用泵吸入海水后輸送至甲板面的消防總管，再通過專用消防閥、沖洗管和軟管接頭對壓載艙內(nèi)沉積的泥沙進(jìn)行有效地沖洗和稀釋，然后通過壓載噴射泵把壓載水泵至舷外，即可實現(xiàn)對壓載艙內(nèi)淤泥的清理。區(qū)別于傳統(tǒng)人工清淤，經(jīng)此優(yōu)化設(shè)計后，壓載水管理中的清理工作量大為減輕，既節(jié)省了人工費用，又節(jié)約了每次清理耗費的時間。同時，此船配置壓載水處理裝置，通過使用壓載水處理裝置配備的前置濾器，有效減少泥沙進(jìn)入壓載艙。

圖1 VLCC溢流式壓載艙防泥沙系統(tǒng)示意圖

2 VLCC壓載艙防泥沙沉積措施發(fā)展趨勢

2.1 IMO《船舶壓載水和沉積物控制與管理國際公約》帶來的影響

截止到2016年9月，已有52個國際批準(zhǔn)了IMO的壓載水公約［3］，遠(yuǎn)超公約所要求的國家數(shù)量，并且這些國家的總噸位已達(dá)到公約生效條件35%的要求。壓載水公約的生效，將使得船舶初期投資成本和運營成本增加，但對環(huán)境保護(hù)具有重要的積極意義，也為防止VLCC壓載艙泥沙沉積帶來積極影響。

2.1.1 壓載水處理裝置對控制泥沙的作用

根據(jù)IMO的壓載水公約第D-2條規(guī)定（見表2），適用于VLCC的壓載水處理裝置都配置了過濾精度在50 μm以內(nèi)的前處理裝置，主要包括預(yù)進(jìn)氣式氣體輔助自清濾器和水里旋流分離過濾器，這些型式的過濾器，對多種水質(zhì)水域的適應(yīng)性好，且已經(jīng)過實船驗證。相對于傳統(tǒng)的粗海水濾器3～5 mm的過濾孔徑，前處理裝置可以大大減少泥沙進(jìn)入壓載艙。

表2 IMO D2標(biāo)準(zhǔn)對壓載水排放的要求

2.1.2 針對壓載水公約開發(fā)的新船型對控制泥沙的作用

針對壓載水公約開發(fā)的新船型，一類是少壓載水船型。

大連船舶重工集團(tuán)、大連遠(yuǎn)洋運輸公司和英國勞氏船級社聯(lián)合研發(fā)“Clear Advantage”系列油船，旨在實現(xiàn)VLCC船型壓載水最小化，可減小40%的壓載水需求。此項目在2013年已取得項目階段成果鑒定。

2013年，日本名村造船宣布其設(shè)計的超低壓載水VLCC船型（MIBS）滿足所有國際船體強度和安全性要求，已取得日本船級社的原則性認(rèn)可［4］。

少壓載水型VLCC通過減少壓載水量，具備節(jié)能環(huán)保的作用，可以解決VLCC壓載艙泥沙沉積的老大難問題。

另一類是無壓載水船型。

2004年美國密西根大學(xué)提出了用貫通流船體（Through Flow System Hull）技術(shù)設(shè)計無壓載水船型［5］；荷蘭科學(xué)家提出了單一結(jié)構(gòu)船身型船舶并試造成功［6］，而日本造船研究中心（SRC）提出了V型船的日本無海水壓載船（NOBS），其假想對象正是蘇伊士油船和VLCC。

基于NOBS設(shè)計的VLCC船體的下半部分細(xì)長，呈明顯向下突出的V型，使得此型VLCC吃水深度足以支撐船舶空載時的重量。經(jīng)水池試驗，此種VLCC可在不使用壓載水的情況下航行于遠(yuǎn)洋環(huán)境中（正常海況），相當(dāng)于傳統(tǒng)船型壓載艙處于30～40%艙容狀況［7］。但這種無壓載VLCC仍設(shè)有備用壓載艙，遇惡劣天氣仍需使用備用壓載艙以保證船舶的安全穩(wěn)性。

無壓載水船型的開發(fā)既可解決壓載水污染問題，并能提高能效，又可解決壓載艙泥沙沉積問題，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié) 論

采用溢流式壓載艙是現(xiàn)階段能夠?qū)崿F(xiàn)且效果較理想的防泥沙型VLCC，而通過配合使用壓載水處理裝置的前處理過濾裝置，能夠達(dá)到更加理想的防泥沙效果，節(jié)省了壓載水系統(tǒng)的維護(hù)、清理成本，具有較高經(jīng)濟(jì)效益。隨著技術(shù)的發(fā)展，無壓載水船型等新型VLCC必將成為現(xiàn)實，并達(dá)到更理想的防泥沙效果。

［1］徐華.中國船檢［J］.防泥沙船型的奇思妙想，2010（9）：62-63.

［2］姜偉.VLCC壓載艙淤泥控制操作［J］.世界海運，2012（12）：32-35.

［3］IMO.International Convention for the Control and Management of Ships’ Ballast Water and Sediments［R］.2004.

［4］沈蘇雯.中國船檢［J］.超低壓載水船舶設(shè)計，2013（4）：54-56.

［5］Kotinis M D.Development and Investigation of the Ballast Free Ship Concept ［D］.USA： University of Michigan，2005.

［6］張榮忠.國外關(guān)于無壓載水艙船舶的探索［J］.航海技術(shù)，2005（5）： 64-66.

［7］祁斌.中國船檢［J］.無壓載水船舶設(shè)計理念， 2011（2）：46-48.

Methods and prospects of sediment deposition prevention for the ballast water tank in VLCC

ZHANG Yi1,2REN Fei-hua2
(1.Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China; 2.Marine Design & Research Institute of China, Shanghai 200011, China)

The VLCC in China docked at hyper-concentrated sediment harbor, often results in a large amount of the sediment deposition in the ballast water tank.Therefore, this paper summarizes the prevention methods of the sediment deposition for VLCC at home and abroad.According to the characteristics of the development of VLCC, the existing effective methods are put forward, and the development trend of the sediment deposition prevention for the ballast water tank is summarized.

VLCC(very large crude carrier); ballast water tank; sediment deposition prevention

U664.83

A

1001-9855（2016）06-0056-04

2016-07-01；

2016-07-29

張 毅（1985-），男，碩士在讀，工程師，研究方向：輪機設(shè)計。任飛華（1981-），男，工程師，研究方向：輪機設(shè)計。

10.19423/j.cnki.31-1561/u.2016.06.056