李曉峰

（上海船舶研究設(shè)計院，上海201203）

308 000 DWT超大型油船的開發(fā)設(shè)計

李曉峰

（上海船舶研究設(shè)計院，上海201203）

上海船舶研究設(shè)計院（SDARI）設(shè)計、廣船國際股份有限公司建造的中遠(yuǎn)型308 000 DWT超大型油船完成了各種試驗(yàn)試航后，順利交船。它是SDARI在大型液貨船上取得突破的重要標(biāo)志。該船前期開發(fā)恰逢航運(yùn)市場劇烈波動、新規(guī)范密集實(shí)施及大量新設(shè)備推向市場的時期，使得船東對新船型的開發(fā)顧慮較多，對技術(shù)指標(biāo)要求苛刻，設(shè)計難度大。詳細(xì)介紹該船的開發(fā)設(shè)計過程和主要技術(shù)特征。

超大型油船；快速性；空船重量

0 前言

2008年的金融危機(jī)以及各國經(jīng)濟(jì)刺激政策的實(shí)施，給航運(yùn)市場帶來重大影響，原油價格在巨幅震蕩中逐步走高，各種航運(yùn)運(yùn)價指數(shù)卻逐步走低。高油價、低運(yùn)價給航運(yùn)企業(yè)帶來了巨大的壓力。

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對原油消耗量迅速增加，原油進(jìn)口量不斷上升。從2003年的進(jìn)口約9 000萬噸，到2010年的24 000萬噸，年均增長率超過了10%。原油是重要的生產(chǎn)物質(zhì)和戰(zhàn)略物質(zhì)，我國原油消耗對進(jìn)口的依存度超過50%后，原油的進(jìn)口和存儲成為保障經(jīng)濟(jì)安全和軍事安全的重要因素。因此，國家提出了“原油儲備”計劃和“國油國運(yùn)”計劃。計劃在國內(nèi)沿海建設(shè)儲油基地滿足存儲需求，國有的航運(yùn)公司擴(kuò)充超大型油船（VLCC）船隊以滿足運(yùn)輸需求。

我國航運(yùn)公司當(dāng)時擁有的VLCC，大多數(shù)由國外建造或設(shè)計。這些VLCC在性能指標(biāo)上與我國實(shí)際需求有所差異，大部分關(guān)鍵圖紙沒有交付我方，為使用和改裝帶來隱患。我國船廠從國外引進(jìn)的VLCC設(shè)計，大多是已經(jīng)淘汰或者即將淘汰的產(chǎn)品，使我國的造船廠和航運(yùn)企業(yè)在未來的競爭中處于不利地位。僅靠引進(jìn)VLCC或其設(shè)計，不利于我國的經(jīng)濟(jì)安全以及航運(yùn)業(yè)和造船業(yè)的發(fā)展。

此外，這些船齡較大的VLCC，其燃油艙采用單殼設(shè)計，在進(jìn)港時拖輪頂推不當(dāng)容易引起燃油泄漏，造成海洋環(huán)境污染；同時船上使用的較為老舊主輔機(jī)排放廢氣的氮氧化物含量高，運(yùn)營油耗高。這與節(jié)能環(huán)保的大趨勢不符。

因此，上海船舶研究設(shè)計院（SDARI）于2010年開始調(diào)研航道碼頭數(shù)據(jù)，了解國家儲油基地的建設(shè)規(guī)劃，進(jìn)行了VLCC船型開發(fā)和升級，儲備了幾型適用于我國航運(yùn)公司的船型，并積極向船東推介。SDARI船型開發(fā)的基本理念和主要性指標(biāo)能獲得了中國遠(yuǎn)洋集團(tuán)的認(rèn)可，遂與大連遠(yuǎn)洋運(yùn)輸公司（大連遠(yuǎn)洋）進(jìn)行具體開發(fā)事宜的溝通聯(lián)系工作。

1 中遠(yuǎn)型VLCC開發(fā)設(shè)計過程

在與船東就開發(fā)船型進(jìn)行探討后，我們發(fā)現(xiàn)了大量對目標(biāo)船型有重大影響的因素，進(jìn)而作深入的研究，并將成果應(yīng)用于該船設(shè)計建造，打造出了具有船東特色的中遠(yuǎn)型VLCC。重大影響因素總結(jié)如下。

1.1 燃料油價格和運(yùn)價指數(shù)

原油價格在2011年4月份已經(jīng)超過每桶100美元，燃料油超過700美元/t，而且有繼續(xù)上漲的趨勢，運(yùn)價和VLCC租金卻在不斷下跌?；谶@些具體情況和專業(yè)咨詢機(jī)構(gòu)提供的數(shù)據(jù)，SDARI與船東共同就VLCC的經(jīng)濟(jì)航速進(jìn)行研究分析，得到的結(jié)論是VLCC應(yīng)運(yùn)營在13 kn左右，設(shè)計航速應(yīng)不超過14 kn。這與當(dāng)時韓國某船廠正在洽談的14 kn設(shè)計航速的VLCC不謀而合。

降低設(shè)計航速，同時降低主機(jī)選定的最大功率，有助于降低主機(jī)油耗，降低EEDI指數(shù)使之滿足第一階段的指數(shù)要求，這對船東有明顯的吸引力。降低主機(jī)選定最大功率也有利于降低主機(jī)周邊設(shè)備，螺旋槳和軸系的成本。在船價低迷，船廠利潤微薄的情況下，對船廠也是利好。

但在討論開發(fā)方案時有意見指出，油價不會像機(jī)構(gòu)預(yù)測的那樣持續(xù)上漲，在未來幾年應(yīng)該能回歸正常水平，而建議設(shè)計航速按照VLCC傳統(tǒng)的16 kn來選取。最后經(jīng)多次討論分析，將螺旋槳設(shè)計點(diǎn)選取在15.5 kn，主機(jī)功率按照16 kn航速選取。該船的主機(jī)功率點(diǎn)的選擇方案在2012年各國的VLCC開發(fā)方案中具有明顯特色，后來的事實(shí)證明這個策略是正確的。當(dāng)時VLCC租金觸及幾年來的高位，原油價格也在盤中跌破每桶40美元，380燃料油價格跌破180美元/t（鹿特丹價格）。該船設(shè)置的較高設(shè)計航速獲得了船東和市場的青睞。在交船前增加了成品油的各種適用文件，以便于更靈活使用。

1.2 眾多即將生效的新規(guī)范以及大量新型設(shè)備的出現(xiàn)

在統(tǒng)一解釋出臺前，不同船級社對新規(guī)范的解釋有所差異，新型設(shè)備的外形尺寸和技術(shù)參數(shù)也會隨著技術(shù)的發(fā)展而變化。這些不確定性都增加了船型開發(fā)的難度。

新規(guī)范規(guī)則包括EEDI能效規(guī)范、原油船的貨艙涂層性能標(biāo)準(zhǔn)（PSPC）要求和壓載水處理設(shè)備的安裝等。2013年以后簽合同的船舶需要滿足EEDI要求。而該船的簽合同日期為2012年底，可以不滿足這些新規(guī)范。但該船的線型優(yōu)異，在設(shè)計之初就能滿足EEDI第一階段要求。在開發(fā)過程中，船東堅持用較大功率的主機(jī)和較大的航速儲備，使得EEDI估算值僅能滿足零階段的排放要求。盡管EEDI對該船不是強(qiáng)制生效，但SDARI和船廠的技術(shù)人員盡量從各個環(huán)節(jié)進(jìn)行控制。最終試航結(jié)果表明該船能夠滿足EEDI第一階段的排放要求。

對于貨艙的PSPC，船東要求提前滿足。這對該船的開發(fā)設(shè)計帶來了較大影響。當(dāng)時船級社對此尚無指導(dǎo)意見，檢驗(yàn)流程甚至有證書的檢驗(yàn)人員，船廠也沒有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可以借鑒參考。如何保證貨艙油漆的完整性，做好預(yù)舾裝，提前焊接甲板上的各種支撐結(jié)構(gòu)，是該船詳細(xì)設(shè)計和生產(chǎn)設(shè)計中非常關(guān)鍵的地方。

新設(shè)備的大量推出，諸如新型主機(jī)（MAN的G型機(jī)和瓦錫蘭的X系列主機(jī)）、各種壓載水處理設(shè)備、主機(jī)廢熱回收設(shè)備等，為船型開發(fā)提供了更多選擇，但須謹(jǐn)慎對待，綜合考慮其經(jīng)濟(jì)性和適用性。例如：主機(jī)廠商推出的G型機(jī)和X型機(jī)，主要特點(diǎn)是在輸出功率與傳統(tǒng)主機(jī)一樣時轉(zhuǎn)速大幅降低，從而提高螺旋槳效率，降低油耗。提高螺旋槳效率的同時，螺旋槳直徑也會響應(yīng)增大?？紤]到該船壓載航行的時間約占運(yùn)營時間的一半，壓載時尾吃水較小，如采用更大直徑螺旋槳，則會增加壓載水量、油耗和壓載水處理的成本，因此我們沒有推薦新型低轉(zhuǎn)速主機(jī)。船東認(rèn)為主機(jī)廠商的電噴主機(jī)還沒有經(jīng)過實(shí)際檢驗(yàn)，電噴的G型機(jī)可能存在更大的潛在風(fēng)險。該船最終選擇技術(shù)成熟的7S80ME主機(jī)，螺旋槳直徑約10 m，與傳統(tǒng)的VLCC接近。

在壓載水處理設(shè)備方面，雖然規(guī)范沒有強(qiáng)制要求安裝，但船東考慮到近期壓載水公約生效是大概率事件，運(yùn)營后進(jìn)塢安裝較為復(fù)雜，改裝費(fèi)用大、耗時較長，故而決定提前安裝。因油船的尾尖艙與貨艙區(qū)域壓載艙很難使用同一套壓載水處理設(shè)備，為了控制建造成本，嘗試取消尾壓載水艙，從而減少一套壓載水處理設(shè)備。經(jīng)過大量的計算分析，結(jié)果表明：該船取消尾壓載水艙在經(jīng)濟(jì)上不具有合理性［1］，但所做的嘗試可供其他VLCC設(shè)計參考。

在設(shè)備選型上，經(jīng)歷了多次波折，直到開工后才明確設(shè)備形式，這對設(shè)計和施工提出了較高的要求。該船設(shè)備商第一次提供設(shè)備，在電纜等配件上經(jīng)驗(yàn)不足，給詳細(xì)設(shè)計和生產(chǎn)設(shè)計帶來了很大困擾。SDARI與廣船國際密切合作，精心設(shè)計，最終將處理設(shè)備完美地安裝上船。

主機(jī)廢熱回收是當(dāng)時比較熱門的話題。該船選定的主機(jī)功率較大，有安裝廢熱回收裝置的可能性。主機(jī)選點(diǎn)使得發(fā)電量略低，有多種解決方案，后經(jīng)過大量的對比設(shè)計和經(jīng)濟(jì)性分析，這套設(shè)備在燃油價格下跌到一定程度后，投資回收期過長，無法滿足船東預(yù)定要求，最終沒有安裝。

1.3 我國沿海VLCC航行的特殊性要求

我國沿海VLCC航行有其特殊的要求，如：沿海航道吃水限制及潮差、舟山儲油碼頭及附近航道的海水含沙量，這對視線有非常高的要求、對定員/通道/設(shè)備選型等均有特殊要求，需要對碼頭海水含沙較高的作特殊考慮。

舟山原油儲存基地碼頭水深僅21 m左右，VLCC設(shè)計吃水20.5 m。當(dāng)VLCC滿載入港時，船體會擾動起海床沉積的泥沙，東海泥沙顆粒細(xì)?。ㄉ踔列∮趬狠d水處理設(shè)備濾器的可過濾直徑），被擾動后沉降速度較慢。VLCC卸貨時將吸入90 000 m3左右的壓載水，泥沙將跟隨壓載水進(jìn)入壓載艙，沉積在船內(nèi)。久而久之，大量沉積的泥沙會影響空船參數(shù)，減少載重量甚至影響船舶安全。

SDARI理解船東就此問題的關(guān)切，投入大量人力物力尋求解決途徑。經(jīng)過大量的理論研究和試驗(yàn)分析，驗(yàn)證了泥沙在壓載艙的沉降規(guī)律，提出多種方案，與船東討論后確定了最終的解決方案。

2 技術(shù)特征

2.1 主要尺度和參數(shù)

該船是雙底雙殼、單機(jī)單槳、柴油機(jī)直接推進(jìn)固定螺旋槳的,滿足新規(guī)范規(guī)則以及各大油公司和港口要求的新一代VLCC。

該船設(shè)計為傾斜首柱帶球鼻首及方尾，機(jī)艙、起居處所和駕駛室位于尾部。貨艙區(qū)設(shè)有單層連續(xù)甲板，分3列共15個貨艙和2個污油水艙，雙殼和雙底共20個壓載水艙，設(shè)置尾尖艙，首部為空艙。貨艙區(qū)配置2個油管吊，機(jī)艙區(qū)配置2個備品吊，總布置圖見圖1。

該船的主要尺度和參數(shù)如下：

總長333.00 m

垂線間長320.00 m

型寬60.00 m

型深29.50 m

設(shè)計吃水20.50 m

結(jié)構(gòu)吃水21.70 m

載重量（設(shè)計吃水）286 500 t

載重量（結(jié)構(gòu)吃水）308 370 t

貨艙容積345 700 m3

燃油艙艙容重油7 000 m3

柴油MDO280 m3

柴油MGO540 m3

淡水艙艙容750 m3

壓載水艙容94 000 m3

主機(jī)MAN 7S80ME-C9.2，1臺

功率SMCR26000 kW×72 r/min

服務(wù)航速15.5 kn

續(xù)航力25 000 n mile

定員37 P

入級和船級符號：CCS船級社

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 設(shè)計原則

該船的開發(fā)設(shè)計以“安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)”為原則。在安全方面，該船除了滿足已生效的各種規(guī)范規(guī)則，還提前滿足了與貨艙結(jié)構(gòu)防腐有關(guān)的貨艙P(yáng)SPC要求。在滿足CSR規(guī)范的基礎(chǔ)上，沒有過分追求鋼料重量最小化，而是在關(guān)鍵部位留有適當(dāng)?shù)挠嗔恳源_保結(jié)構(gòu)安全。對于人員進(jìn)出的通道，本著安全性優(yōu)先的設(shè)計原則，適當(dāng)增加中轉(zhuǎn)平臺，增加上層建筑高度以大大減少駕駛室盲區(qū)，提高了航行安全性。系泊布置方面參考多家航運(yùn)公司的經(jīng)驗(yàn)，盡量降低船員受傷概率等。通過采用以上措施，該船的安全性較同類船舶有所提高。

在環(huán)保方面，該船符合IMO海洋環(huán)境保護(hù)委員會的各項環(huán)保要求。其中，貨艙意外溢油指數(shù)比規(guī)定的指數(shù)值小10%左右，好于通常5%左右的余量。該船壓載水管理可采用處理法和順序排空法等。

在經(jīng)濟(jì)性方面，該船領(lǐng)先于同時期的其他VLCC。經(jīng)過多方案對比，該船在保證貨艙容積前提下盡量減小型深，有效地控制結(jié)構(gòu)重量。在載重量方面，該船主要用于原油進(jìn)口，航道特點(diǎn)決定其設(shè)計吃水載重量是最為重要的，被船東稱為有效的載重量，該船的有效載重量比其他船廠和設(shè)計公司開發(fā)的船型多1 000 t左右，配以較大的貨艙容積，可供船東靈活地營運(yùn)。

2.3 快速性指標(biāo)

在該船在開發(fā)之初，經(jīng)過詳盡的分析判斷，結(jié)合船東的特定要求，提出了在設(shè)計吃水下，以服務(wù)航速為15.5 kn的主機(jī)日油耗低于80 t的技術(shù)目標(biāo)。SDARI提出的油耗指標(biāo)打破了VLCC日油耗超過百噸的傳統(tǒng)觀念。這個指標(biāo)提出時受到了許多知名設(shè)計單位和船廠的質(zhì)疑。

設(shè)計團(tuán)隊以整體優(yōu)化為目標(biāo)，各個專業(yè)緊密合作，在保證主要技術(shù)參數(shù)前提下努力降低油耗，最終優(yōu)化的線型在德國漢堡水池進(jìn)行設(shè)計槳帶指定節(jié)能裝置的船模試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明SDARI提出的油耗指標(biāo)不僅可以實(shí)現(xiàn)，還略有余量。

試驗(yàn)結(jié)果表明該船在CSR、含15%風(fēng)浪裕度時能到達(dá)到15.55 kn的航速。

雖然最終船東出于各種考慮沒有采用節(jié)能裝置，但該船的快速性指標(biāo)依然為新型VLCC的設(shè)計樹立了標(biāo)桿。SDARI推出新型VLCC方案后，國內(nèi)其他設(shè)計公司和船廠也相繼開發(fā)出類似指標(biāo)的船型，眾多國有大型船廠為中遠(yuǎn)、中海和招商輪船建造了大量節(jié)能環(huán)保型VLCC用于原油進(jìn)口的國油國運(yùn)計劃，從而實(shí)現(xiàn)了VLCC設(shè)計的升級，使得我國的VLCC技術(shù)水平跨越了一個臺階，推進(jìn)了我國造船工業(yè)的進(jìn)步。

圖1 總布置圖

2.4空船重量重心控制

該船的規(guī)格書簽訂后，船東出于營運(yùn)靈活性的考慮，追加了一部分技術(shù)要求。經(jīng)開發(fā)人員校核，發(fā)現(xiàn)這些要求對該船的設(shè)計具有非常重大的影響。為了不影響建造合同的順利實(shí)施，我們與船東、船級社共同尋找解決途徑，最終將問題的焦點(diǎn)集中在空船的重量和重心縱向位置控制上。

如果該船空船重量出現(xiàn)超過空船重量的1.5%的偏差，或者重心縱向位置出現(xiàn)超過船長的0.2%的偏差，將無法全部實(shí)現(xiàn)船東追加的要求。

在該船詳細(xì)設(shè)計和生產(chǎn)設(shè)計過程中，設(shè)計人員與廣船國際技術(shù)人員共同密切跟蹤空船鋼料、設(shè)備、管系等數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整，最終傾斜試驗(yàn)表明該船空船重量偏差小于200 t，重心位置偏差僅90 mm，較好地實(shí)現(xiàn)了船東的要求。該船交船的空船重量與國內(nèi)外知名船廠最新交船的數(shù)據(jù)相比，居于領(lǐng)先的地位。

3 結(jié)語

308 000 DWT中遠(yuǎn)型VLCC是SDARI首次承接的大型液貨船開發(fā)設(shè)計，是SDARI開拓大中型液貨船市場的一個重要里程碑。該船的順利交船，標(biāo)志著SDARI正式進(jìn)入高端大型液貨船設(shè)計領(lǐng)域。

［1］李曉峰，陸紅干.取消超大型油船（VLCC）尾壓載水艙的探索［J］.船舶設(shè)計通訊，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

李曉峰（1978—），男，研究員，長期從事液貨船研究設(shè)計工作。