朱光偉，曹 凱，喻正昌，夏討飯，李連亮

（中遠船務(wù)工程集團有限公司，遼寧大連 116600）

極地模塊運輸船防冰防凍措施

朱光偉，曹 凱，喻正昌，夏討飯，李連亮

（中遠船務(wù)工程集團有限公司，遼寧大連 116600）

文章簡要介紹模塊運輸船的船型功能和特點。中遠船務(wù)研發(fā)的經(jīng)濟型極地模塊運輸船，冰區(qū)加強等級為LR船級社冰級符號“1A”，滿足季節(jié)性極地冰區(qū)航行要求。以此船為例研究其防冰防凍措施，為該類船舶在極地安全運營提供有效保障。

極地；模塊運輸船；冰區(qū)；防冰；防凍

0 引言

極地模塊運輸船被業(yè)內(nèi)譽為海工重載運輸領(lǐng)域“皇冠上的明珠”，主要用于超大型、重型物件的海上運輸。一般的重貨運輸船是利用船上裝備的大型起重設(shè)備進行裝卸貨的。由于重貨運輸船的起吊能力有限，所以超過起重極限的重型裝備只能依靠模塊運輸船來完成運輸任務(wù)。該船型總體除采用短艏樓、方形船尾外，主尺度上一般型寬較大，型深較小。較大型寬的船體設(shè)計用于布置運輸大型海工模塊的艉部開敞甲板。開敞甲板用于模塊重貨的裝載、移動及卸載，采用滾裝的裝卸方式，對船體結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)性有較高的要求[1]。模塊運輸船最重要的功能是重貨裝卸，一般先從船的艉部開始，需要使甲板與碼頭的高度保持一致，在船舶與碼頭之間需要架設(shè)引橋，采用移動式帶有升降功能的臺車把重型裝備從碼頭移到船上。卸貨作業(yè)時，先割掉固定重貨的構(gòu)件，再用臺車把貨物移至碼頭。當(dāng)裝運超大型裝備時，有時還需要有海上浮吊配合，將貨物吊起，再用模塊運輸船自帶的起卸貨設(shè)備配合貨物的搬運工作。

極地模塊運輸船能確保在極地環(huán)境下全船保暖不受外界影響，滿足隨時裝卸貨物的需求，關(guān)鍵在于采取有效的防冰防凍措施[1]。本文以中遠船務(wù)建造的極地模塊運輸船為例，研究其防冰防凍措施，為該類船舶安全運營提供有效的保障。

1 極地模塊運輸船簡介

中遠船務(wù)研發(fā)的經(jīng)濟型極地大型模塊運輸船，全長168 m，型寬36 m，型深12 m，結(jié)構(gòu)吃水6.5 m，在港口裝卸載貨物的最大吃水為10 m。冰區(qū)加強等級為LR船級社冰級符號“1A”[2]，同時滿足季節(jié)性極地冰區(qū)航行要求，屬于具有冰級的 C類[3]極地船舶。該經(jīng)濟型極地甲板運輸船具有低油耗、綠色環(huán)保、高性能等特點，是特種船領(lǐng)域里非常具有競爭力的運輸類船舶。

2 極地環(huán)境條件的風(fēng)險和影響

2.1 環(huán)境條件風(fēng)險

船舶設(shè)計必須考慮預(yù)期的環(huán)境條件，船舶在極地寒冷水域操作存在各種額外風(fēng)險[4]。極地寒冷水域航行存在的主要風(fēng)險如圖 1所示。其中，海冰和低氣溫是最主要的兩大風(fēng)險，其應(yīng)對措施與船舶的設(shè)計和建造關(guān)系密切。

2.2 低氣溫環(huán)境影響

低氣溫環(huán)境將影響船舶結(jié)構(gòu)、設(shè)備和系統(tǒng)的功能以及船上人員績效，威脅船舶的操作安全，包括如下方面：

1）暴露的船體結(jié)構(gòu)和設(shè)備系統(tǒng)材料性能；

2）船舶積冰穩(wěn)性；

3）居住艙室和脫險通道暢通；

4）駕駛臺設(shè)計和航行設(shè)備保護；

5）機械裝置與管系；

6）錨泊系泊起貨設(shè)備；

7）安全設(shè)備和系統(tǒng)；

8）貨物系統(tǒng)；

9）壓載系統(tǒng)；

10）人員保護。

3 防冰防凍措施設(shè)計流程

確定船舶防冰防凍措施的實際流程如圖2所示。

1）確定預(yù)期操作溫度

預(yù)期操作溫度為預(yù)定極地水域操作區(qū)域和季節(jié)的最低日均低溫。

2）確定船舶設(shè)計溫度

極地船舶的設(shè)計溫度有極地服務(wù)溫度，指預(yù)期在低氣溫操作船舶規(guī)定的溫度。該溫度設(shè)為低于預(yù)定極地水域操作區(qū)域和季節(jié)的最低日均低溫至少10℃。設(shè)計服務(wù)溫度是指為船舶設(shè)定的用于衡量材料、設(shè)備和系統(tǒng)在低氣溫環(huán)境下服務(wù)性能的一個溫度指標，此溫度也是低于預(yù)定極地水域操作區(qū)域和季節(jié)的最低日均低溫至少10℃，與極地服務(wù)溫度一致。

3）操作風(fēng)險評估

通過分析船舶操作過程中的各種可能的危險源，確定需要保護的船舶結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、設(shè)備及材料，從而采取的相應(yīng)風(fēng)險控制措施。極地船舶應(yīng)配備《極地水域操作手冊》，此手冊應(yīng)包括船舶設(shè)計的冰級、極地服務(wù)溫度，以及任何操作限制和安全操作冰情。

4）選擇防寒防凍等級

防寒防凍水平的選擇取決于船舶預(yù)期操作模式，同時考慮船員預(yù)期技能、船舶類型；防寒防凍水平的選擇也基于船舶操作評估，決定船舶操作限制。

5）確定船舶防寒防凍方法

船舶防寒防冰措施如圖3所示。

4 具體防冰防凍措施

4.1 船體結(jié)構(gòu)防冰防防凍措施

結(jié)構(gòu)防冰防凍主要從材料選擇、結(jié)構(gòu)布置、結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)構(gòu)件涂層等方面分別采取相應(yīng)的措施：

1）船體結(jié)構(gòu)選擇適當(dāng)韌性材料[5]，以避免脆性斷裂。船體結(jié)構(gòu)材料選擇按照規(guī)范考慮冰級和極地服務(wù)溫度的匹配。暴露結(jié)構(gòu)一律不采用A級鋼。

2）結(jié)構(gòu)布置方面。

（1）艏部錨系泊設(shè)備采用遮蔽結(jié)構(gòu)布置，如圖4所示；

（2）主機及相關(guān)輔助艙室均采用雙底雙殼保護，所有單個類極地船舶的所有單個容量大于30 m3的燃油艙、殘油（油泥）艙和含油艙底水儲存柜均以不小于760 mm的間距與船體外殼進行分隔；

（3）結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸按照相應(yīng)的冰級符號的要求進行規(guī)范計算，在結(jié)構(gòu)布置允許的情況下盡量采用橫骨架式；

（4）壓載艙和/或淡水艙適當(dāng)?shù)牧艨杖莘e（一般為10%），以防止壓載水和淡水膨脹的影響，并且采用吹泡系統(tǒng)進行防冰保護；

（5）模塊運輸船采用襟翼舵，在舵的后上方裝有冰刀結(jié)構(gòu)，如圖5所示，減小在冰區(qū)倒車作業(yè)時舵（舵桿和舵的上部）直接與冰的接觸。

3）船體形狀設(shè)計充分考慮冰區(qū)和敞水性能的平衡。艏部采用鈍直艏，型線盡可能增大外傾角。艉部采用兩個導(dǎo)管可調(diào)螺距螺旋槳，中間設(shè)有艉鰭，保護螺旋槳過度撞擊冰塊。

4）考慮到極地水域富含溶解氧可能導(dǎo)致船體腐蝕率增加，位于冰帶區(qū)域的船體外板使用具有高附著力、耐剝落和低摩擦特性的耐磨涂層，如聚氨酯和環(huán)氧型。為減少冰雪堆積對船體結(jié)構(gòu)和設(shè)備的影響，船舶暴露表面（如甲板、甲板室和上層建筑兩端和側(cè)壁、欄桿、舷墻等）使用能夠防冰雪附著的涂層。

4.2 機電設(shè)備的防冰防凍措施

機電設(shè)備的防凍防冰措施包括下面4部分：

1）主推進裝置的防冰防凍措施：主推進裝置配有雙主機雙螺旋槳，采用柴油機通過軸系直接驅(qū)動可調(diào)螺距螺旋槳的推進形式，要求螺距改變盡可能迅速，并裝有導(dǎo)管有助于保護槳葉。主機冷卻水系統(tǒng)的海水閥箱，采用擋板將水和冰隔離開。

2）操舵裝置的防冰防凍措施：為保證在低氣溫環(huán)境下操舵裝置中液壓油的流動性，在每個動力單元附近設(shè)置了永久的電加熱裝置。

3）甲板設(shè)備的防冰防凍措施：除艏部錨系泊設(shè)備采用4.1節(jié)中提到的遮蔽保護，其他在露天的甲板設(shè)備提供罩蓋保護，如圖6所示。

4）電氣設(shè)備的防冰防凍措施：安裝在露天甲板和低溫處所的分電箱、配電板和控制設(shè)備設(shè)置加熱元件的防冷凝裝置。露天鋪設(shè)的電纜采用電纜槽保護。

4.3 安全設(shè)備的防冰防凍措施

安全設(shè)備有消防安全系統(tǒng)、救生設(shè)備、航行設(shè)備和通信設(shè)備。根據(jù)上述設(shè)備的不同特點，極地模塊運輸船配備了不同的防冰防凍措施，保障船舶在極地通行的安全。

1）消防安全系統(tǒng)的防冰防凍措施：消防泵包括應(yīng)急消防泵安裝在正溫處所。位于露天甲板的隔離閥和真空閥采用遮罩蓋保護。消防員裝備安放在駕駛臺和消防控制站。

2）逃生通道的防冰防凍措施：逃生通道的寬度按照SOLAS II-2所要求的逃生通道寬度的1.25倍設(shè)計，并且所有的逃生通道采用電伴熱保護。所有逃生通道的欄桿扶手部分采用電伴熱方式保護。

3）救生設(shè)備的防冰防凍措施：極地船舶的救生設(shè)備配備、布置和撤離，除滿足SOLAS III及《國際極地水域操作船舶規(guī)則》（極地規(guī)則）要求外，還應(yīng)基于操作評估，配備適當(dāng)?shù)膫€人和集體求生器具，考慮了預(yù)期操作區(qū)域和季節(jié)的岸基應(yīng)急響應(yīng)能力、冰狀態(tài)、氣溫和氣候狀況的影響，以及棄船后船上人員可能撤離到冰上或陸地上在最大預(yù)期待救時間（MaxETR）內(nèi)的求生需求。

5）航行設(shè)備的防冰防凍措施：配備兩臺獨立的回聲測深裝置，和一臺GNSS羅經(jīng)。航行設(shè)備和通信設(shè)備的天線采用電伴熱保護。

6）通信設(shè)備的防冰防凍措施：按照極地規(guī)則配備了如下通信設(shè)備：

（1）與有關(guān)搜救協(xié)調(diào)中心進行語音和/或數(shù)據(jù)通信的設(shè)備；

（2）121.5 MHz和123.1 MHz頻率與飛機進行語音通信的設(shè)備；

（3）遠程醫(yī)療援助服務(wù)（TMAS）的通信設(shè)備。

5 結(jié)論

隨著全球經(jīng)濟的逐漸好轉(zhuǎn)，中國、印度、俄羅斯等化工能源領(lǐng)域大型成套設(shè)備的需求不斷高漲，能夠在極地季節(jié)航行的模塊運輸船因其運營區(qū)域廣泛，將會激發(fā)航運公司對極地模塊運輸船的訂造熱情。為保護極地地區(qū)脆弱的生態(tài)環(huán)境，盡最大可能降低事故的發(fā)生，有效的防冰防凍措施對極地航行的船舶更為重要，因此建議采取如下措施：

1）積極與航運公司溝通，了解現(xiàn)有極地航行船舶在運營過程中出現(xiàn)的問題和經(jīng)驗，針對反饋問題制定更加有效的防冰防凍措施，優(yōu)化現(xiàn)有設(shè)計；

2）加強與設(shè)備廠商的合作，掌握主流設(shè)備的性能指標，在滿足防冰防凍要求的前提下，盡可能節(jié)約成本。

[1]陸煊.船舶防凍除冰技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展[J].船海工程, 2016, 45(2): 37-39.

[2]LR.Provisional Rules for the Winterization of Ships[S].2015.

[3]中國船級社.極地船舶指南[S].2016.

[4]IMO.International Code for Ships Operating in Polar Waters[S].2015.

[5]中國船級社.鋼質(zhì)海船入級規(guī)范 第8篇第23章[S].2016.

Anti-icing and Anti-freezing Measures of Polar Module Carrier

ZHU Guangwei, CAO Kai, YU Zhengchang, XIA Taofan, LI Lianliang
(COSCO Shipyard Group Co., Ltd., Liaoning Dalian 116600, China)

The paper briefly introduces the ship type functions and characteristics of module carrier.COSCO shipyard develops an economical polar module carrier.The vessel has LR classification ice class "1A", satisfying with the navigation requirements of seasonal polar ice area.Taking the ship as an example, the anti-icing and anti-freezing measures are researched, which provides effective protection for the ship safety operation in the polar area.

polar; module carrier; ice class; anti-icing, anti-freezing

U672.72

A

10.14141/j.31-1981.2017.04.005

朱光偉（1976—），男，工程師，研究方向：船舶涉冰技術(shù)研究和管理。