姚 飛 董 越 李 華 段玉龍 馬天帥

（1. 中國(guó)船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院 上海 200011； 2. 中國(guó)船級(jí)社江蘇分社 南京 210011； 3. 海裝裝備項(xiàng)目管理中心 北京 100071）

0 引 言

民用運(yùn)輸船舶研發(fā)過程中必須滿足入級(jí)規(guī)范的設(shè)計(jì)要求，其中與環(huán)保相關(guān)的船級(jí)符號(hào)是船舶滿足相應(yīng)環(huán)保要求的設(shè)計(jì)依據(jù)。DNVGL 中的CLEAN（DESIGN）符號(hào)就是其中的典型代表，對(duì)該符號(hào)的研究有著很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。

CLEAN（DESIGN）符號(hào)是CLEAN 符號(hào)的強(qiáng)化版，在過往的船舶設(shè)計(jì)和相關(guān)研究中，大多針對(duì)CLEAN 符號(hào)，而對(duì)CLEAN（DESIGN）符號(hào)的涉獵較少。王井豐等[1]對(duì)比研究了不同船級(jí)社環(huán)保符號(hào)對(duì)船舶制冷系統(tǒng)制冷劑使用的影響，李杰[2]研究了CLEAN（DESIGN）符號(hào)對(duì)艙底水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響，單興鵬等[3]研究了CLEAN（DESIGN）符號(hào)在深水海洋工程船上的應(yīng)用，蔡君等[4]研究了滿足CLEAN（DESIGN）符號(hào)的外置組合型艉管和軸系，陳佳君[5]研究了CLEAN（DESIGN）符號(hào)對(duì)船用制冷劑的要求，但目前尚無CLEAN（DESIGN）在集裝箱船輪機(jī)設(shè)計(jì)方面的系統(tǒng)研究。本文深入研究了DNVGL 最新規(guī)范中CLEAN（DESIGN）符號(hào)對(duì)集裝箱運(yùn)輸船輪機(jī)設(shè)計(jì)的影響，總結(jié)提煉了相較于CLEAN 符號(hào)的新變化和新要求，介紹了實(shí)船項(xiàng)目中滿足CLEAN（DESIGN）符號(hào)的設(shè)計(jì)方法，為該符號(hào)在后續(xù)船舶設(shè)計(jì)中的應(yīng)用提供了一定的參考和借鑒。

1 CLEAN（DESIGN）符號(hào)的設(shè)計(jì)要求

1.1 CLEAN符號(hào)的設(shè)計(jì)要求

CLEAN 符號(hào)提出了限制和減少船上能源供應(yīng)系統(tǒng)、貨物裝卸系統(tǒng)和日用系統(tǒng)等各種系統(tǒng)的排放要求，包括對(duì)排放到空氣中和排放到海水中的要求。

1.1.1 排放到空氣中

CLEAN 符號(hào)要求固定滅火系統(tǒng)和滅火器中使用的物質(zhì)不具有全球變暖潛勢(shì)，或使用的物質(zhì)符合全球變暖潛能值（global warming potential, GWP）小于4 000 且臭氧衰減指數(shù)（ozone depleting potential, ODP）為 0 的要求。

1.1.2 排放到海水中

（1）燃油加注站和其他油加注站的要求

所有燃油儲(chǔ)存艙均應(yīng)配備高液位報(bào)警以防止溢流。若燃油儲(chǔ)存艙設(shè)有通向另一個(gè)配備高液位報(bào)警的燃油儲(chǔ)存/日用艙，則該儲(chǔ)存艙無需設(shè)置高液位報(bào)警。若船舶設(shè)計(jì)有燃油溢流艙，則應(yīng)在溢流艙設(shè)置低液位報(bào)警以指示油艙處于溢流狀態(tài)。

燃油、滑油、其他油加注站以及其余可能發(fā)生溢油的位置均應(yīng)設(shè)置滴油盤，以防止油類外溢污染海洋。CLEAN 符號(hào)規(guī)定了滴油盤的最小容積：小于1 600 總噸的船舶為80 L，不小于1 600 總噸的船舶為160 L。

燃油艙、滑油艙、液壓油艙和溢流艙的透氣管和溢流管出口也應(yīng)布置滴油盤，其最小容積：小于1 600 總噸的船舶為40 L，不小于1 600 總噸的船舶為100 L。

（2）艙底水系統(tǒng)

船舶應(yīng)配備油水分離器和油分計(jì)（艙底水油分報(bào)警器），還應(yīng)提供故障安全裝置，以防油水分離器和/或艙底水油分報(bào)警器在故障時(shí)發(fā)生排放。艙底水油分報(bào)警器應(yīng)滿足MARPOL 公約附則I 第14條和IMO Res.MEPC.107（49）的要求。

（3）生活污水系統(tǒng)

所有生活污水（黑水）在排放前均應(yīng)經(jīng)過船級(jí)社型式認(rèn)可的生活污水處理裝置處理，處理過程中產(chǎn)生的廢渣僅限船舶在航線上以不小于4 kn 的速度航行時(shí)才可排放。生活污水排放速率應(yīng)按照 MEPC.157（55）中關(guān)于未經(jīng)處理的生活污水排放速率標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

經(jīng)過處理的生活污水排舷外管應(yīng)與生活污水廢渣的排舷外管分開，或在每次使用排渣泵后對(duì)管路進(jìn)行適當(dāng)清潔。

（4）油/水分界面

滑油/油脂可能泄漏到海洋中的任何位置，以下位置都易產(chǎn)生油/水分界面，如艉管軸承、舵軸承、艏側(cè)推、甲板機(jī)械及液壓操作設(shè)備等。對(duì)油/水分界面應(yīng)保持密切監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)泄漏，應(yīng)立即啟動(dòng)糾正措施并記錄在油/水分界面日志中。

1.2 限定詞“DESIGN”的特殊要求

限定詞“DESIGN”給出了相較于CLEAN 符號(hào)更嚴(yán)格的減排限排要求，此外還規(guī)定了船舶設(shè)計(jì)方面的要求。一般情況下，擁有CLEAN（DESIGN）符號(hào)的船舶應(yīng)滿足CLEAN 符號(hào)的所有要求。

1.2.1 排放到空氣中

CLEAN（DESIGN）對(duì)船舶使用的滅火物質(zhì)有著更高要求，其GWP 的上限為2 000，同時(shí)還禁止使用全氟辛烷磺酸及其衍生物質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.001%的滅火泡沫。

1.2.2 排放到海水中

（1）燃油加注站和其他油加注站的要求

CLEAN 符號(hào)提出的高液位報(bào)警要求也需應(yīng)用于滑油艙、液壓油艙和其他油加注艙。直升機(jī)、救生艇、補(bǔ)給船及救援艇等輔助船舶均應(yīng)提供加注站和滴油盤，以便收集溢出的燃油并將其泄放到安全位置。油料加注裝置的滴油盤應(yīng)配備封閉式泄放裝置并通至甲板收集艙或油渣艙。

（2）生物污損

依據(jù)MEPC.207（62），應(yīng)向船舶提供生物污損管理計(jì)劃。

（3）艙底水和油渣系統(tǒng)

所有船舶均應(yīng)配備艙底水油水分離器、油分報(bào)警器以及自動(dòng)停止裝置，使得排舷外水中的油分和油燃燒后的污染物含量不超過0.000 5%體積分?jǐn)?shù)。

CLEAN（DESIGN）符號(hào)規(guī)定從超過0.000 5%體積分?jǐn)?shù)油分的艙底水排放到自動(dòng)停止裝置響應(yīng)的總時(shí)間（包括艙底水警報(bào)的響應(yīng)時(shí)間）應(yīng)小于20 s。油分報(bào)警器必須為不同來源的艙底水提供聯(lián)鎖，使之每次只能將1 個(gè)來源的含油艙底水排到舷外。

艙底水艙的最小總?cè)萘繎?yīng)如表1 所示。

表1 艙底水艙總艙容

表中：P為主機(jī)額定功率，kW。對(duì)于不配置主機(jī)的非常規(guī)推進(jìn)系統(tǒng)（如柴電推進(jìn)），P可以認(rèn)為是所有輔機(jī)或最高載荷工況（如正常海上航行工況、動(dòng)力定位和裝載等）的總和。

鍋爐和經(jīng)濟(jì)器清灰的洗滌水需設(shè)置單獨(dú)的水艙來收集，水艙的進(jìn)水口應(yīng)設(shè)有煙灰收集濾袋或等效裝置。

（4）生活污水和灰水系統(tǒng)

船舶應(yīng)設(shè)有生活污水收集艙及向岸上輸送的裝置和灰水收集艙。生活污水收集艙及灰水收集艙的艙容應(yīng)充分考慮船員數(shù)量和預(yù)計(jì)的停港時(shí)間。對(duì)于重力式馬桶，黑水量按每人每天70 L 計(jì)算；對(duì)于真空馬桶，黑水量按每人每天25 L 計(jì)算?；宜堪疵咳嗣刻?10 L 計(jì)算。在港口停留的時(shí)間應(yīng)不少于4 d。

黑水和灰水收集艙均應(yīng)設(shè)置高液位報(bào)警和透氣管路，且黑水系統(tǒng)透氣管路應(yīng)獨(dú)立于其他系統(tǒng)的透氣管路，以避免臭氣污染其他系統(tǒng)。

灰水不可直接排至舷外，必須先經(jīng)過生活污水處理裝置的處理。對(duì)于船員和乘客總數(shù)超過30 人的船舶，廚房灰水系統(tǒng)的排水總管需安裝撇油器，并接至合適的收集艙。撇油器與收集艙距離較遠(yuǎn)時(shí)，應(yīng)設(shè)置伴熱和足夠坡度的管路以利于泄放。

（5）艉管潤(rùn)滑和密封設(shè)計(jì)

除水潤(rùn)滑外，艉管密封設(shè)計(jì)應(yīng)保證潤(rùn)滑劑不與海水接觸。如果使用生物降解滑油，應(yīng)采取措施控制油的含水量，并確保密封材料與生物降解滑油相容；如果使用化石類滑油，則應(yīng)安裝有效且受監(jiān)控的雙重屏障密封系統(tǒng)。

1.2.3 建造和設(shè)計(jì)

（1）燃油艙保護(hù)

艙容低于10 m3的油艙可設(shè)置在雙層底，但這些未受保護(hù)的油艙總艙容應(yīng)小于40 m3；雙層底之外的油艙單艙艙容不得超過1 500 m3。

艙底水沉淀艙及艙底水預(yù)置柜與船體外板的距離應(yīng)不小于0.76 m（艙底水沉淀艙下游的艙底水預(yù)置柜或艙底水儲(chǔ)存艙無此要求）。如果出于技術(shù)設(shè)計(jì)的考慮，可降低主機(jī)滑油循環(huán)艙下方所需的雙層底高度。

油艙應(yīng)位于船底外板型線以上h的高度。其中h為船寬（B）的1/20 或2.0 m 的較小值，h的最小值是0.76 m。在舭部區(qū)域以及舭部沒有明顯轉(zhuǎn)彎的位置，燃油艙的邊界線應(yīng)平行于船底，如圖1[6]所示。

圖1 油艙底板與船底外板的高度示意圖

油艙側(cè)板與舷側(cè)外板的距離示意參見圖2[6]。

圖2 油艙側(cè)板與舷側(cè)外板的距離示意圖

油艙總?cè)莘e低于5 000 m3的船舶，油艙應(yīng)位于舷側(cè)外板型線內(nèi)側(cè)。如圖2 中的左側(cè)圖所示，其邊界線定義為與舷側(cè)外板垂直且距離不小于w的位置：

式中：C為燃油艙總?cè)莘e的98%，m3；w為油艙側(cè)板與舷側(cè)外板的最小距離，其最小值是1.0 m，但對(duì)于艙容小于500 m3的單個(gè)油艙，w最小值為0.76 m。

油艙總?cè)莘e不低于5 000 m3的船舶，油艙應(yīng)位于舷側(cè)外板型線內(nèi)側(cè)。如圖2 中的右側(cè)圖所示，其邊界線定義為與舷側(cè)外板垂直且距離不小于w的位置：

式中：C為燃油艙總?cè)莘e的98%，m3；w的最小值為 1.0 m。

（2）雜項(xiàng)

油管管路距船底小于h或距舷側(cè)小于w的，應(yīng)在艙內(nèi)或緊鄰艙的位置安裝閥門或類似的關(guān)閉裝置。閥門為故障安全型，在海上除燃油駁運(yùn)的任何時(shí)候都應(yīng)保持關(guān)閉且能從易于進(jìn)入的封閉處所操作。

若油艙內(nèi)設(shè)有吸油井，則吸油井可在距離h定義的分界線以下伸入雙層底，但吸油井要盡量偏小，且井底與船底殼的距離不小于0.5h，如圖3[6]所示。

圖3 吸油井與船底殼的距離示意圖

2 實(shí)船項(xiàng)目輪機(jī)設(shè)計(jì)

該型雙燃料集裝箱船由于總體尺寸較小且船體線型瘦削，因而機(jī)艙布置相較于萬箱以上的集裝箱船明顯緊湊。在該船的設(shè)計(jì)過程中充分研究了DNVGL 規(guī)范中CLEAN（DESIGN）符號(hào)的設(shè)計(jì)要求，并結(jié)合實(shí)船特點(diǎn)和設(shè)計(jì)上的難點(diǎn)，提出了滿足符號(hào)要求且行之有效的設(shè)計(jì)方法。

2.1 機(jī)艙液艙布置

在該型集裝箱船廢油艙的布置設(shè)計(jì)中，由于底層甲板有較多設(shè)備的燃/滑油泄放且均為重力泄放，因而廢油艙（至少有1 個(gè)）必須設(shè)置在位置更低的雙層底上。根據(jù)MARPOL 公約附則I 的要求，該船油渣艙的總艙容計(jì)算如下：

式中：Vs為油渣艙的總艙容，m3；K1為無量綱因數(shù)，適用于主機(jī)使用前需要用分油機(jī)凈化的重油；K2為無量綱因數(shù)，適用于柴油或主機(jī)使用前無需用分油機(jī)凈化的重油；C1為重油日消耗量，m3/d；C2為低硫柴油日消耗量，m3/d；D1為重油油渣可以排岸的港口間最大航行時(shí)間，d；D2為低硫柴油油渣可以排岸的港口間最大航行時(shí)間，d。

依據(jù)上述計(jì)算，設(shè)置燃油油渣艙容積25.9 m3、滑油油渣艙容積18.1 m3，其總?cè)莘e為44 m3，超過所需的34.8 m3。在燃油/滑油油渣艙總艙容44 m3的情況下，用于集中儲(chǔ)存油渣、設(shè)備泄放的廢油以及滴油盤收集的廢油等的廢油艙總艙容也應(yīng)不低于44 m3。由于該型箱船船東要求廢油艙盡量大（其萬箱以上的箱船廢油艙容積可 達(dá)100 m3以 上），根 據(jù)CLEAN（DESIGN）符號(hào)的要求，位于雙層底的單個(gè)油艙容積應(yīng)小于 10 m3，故在雙層底設(shè)置容積7.8 m3的2 號(hào)廢油艙，在高處的三甲板設(shè)置容積77.3 m3的1 號(hào)廢油艙。當(dāng)2 號(hào)廢油艙達(dá)到高液位時(shí)，通過油渣泵將油渣及廢油等泵送到三甲板的1 號(hào)廢油艙，也可靠港后泵至岸上或通過焚燒爐焚燒處理。

2.2 生活污水處理

為了進(jìn)一步降低船舶灰水對(duì)海洋水體造成的污染，CLEAN（DESIGN）符號(hào)不允許灰水直接排至舷外，必須先經(jīng)過生活污水處理裝置的處理。此舉提高了船舶對(duì)生活污水處理裝置的要求，不僅需要生活污水處理裝置具備灰水（包括廚房廢水）處理能力，還要求裝置的處理容量大幅增加。

以中國(guó)船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院（MARIC）設(shè)計(jì)的另一型集裝箱船為比較對(duì)象，該船同樣入級(jí)挪威船級(jí)社（DNVGL），同時(shí)擁有CLEAN 符號(hào)，上建生活區(qū)36 人，配備的生活污水處理裝置容量為 2 800 L/d。本型集裝箱船上建生活區(qū)35 人，配備的生活污水處理裝置容量為6 010 L/d。對(duì)比發(fā)現(xiàn)：在人數(shù)基本一致的情況下，滿足CLEAN（DESIGN）符號(hào)的集裝箱船生活污水處理裝置的處理能力（容量）是滿足CLEAN 符號(hào)的集裝箱船的2 倍以上，其根源就在于CLEAN（DESIGN）符號(hào)額外要求的灰水處理能力。

2.3 燃油艙保護(hù)

集裝箱船的快速性體現(xiàn)在航行速度快和貨物裝卸速度快，本型集裝箱運(yùn)輸船最高航速為22 kn。高航速也意味著船舶在發(fā)生意外碰撞時(shí)的破損情況更為嚴(yán)重。CLEAN（DESIGN）符號(hào)考慮到該因素，在設(shè)計(jì)上加強(qiáng)了對(duì)燃油艙的保護(hù)，降低了因船體破損引發(fā)的油艙泄漏風(fēng)險(xiǎn)。

結(jié)合1.2.3 節(jié)CLEAN（DESIGN）符號(hào)的要求和本型集裝箱船的船寬、油艙總艙容等信息，本船型寬（B）42.80 m，B/20 = 2.14 m ＞ 2 m，因此h的計(jì)算值是2.0 m；燃油艙總艙容3 277.8 m3，小于 5 000 m3，依據(jù)公式（1），w的計(jì)算值為0.786 m。h≥w，對(duì)照前頁(yè)圖2 中左側(cè)圖的情形，燃油艙保護(hù)布置如圖4 和下頁(yè)圖5 所示。

圖4 典型機(jī)艙內(nèi)油艙布置

圖5 典型燃油深艙布置

艙底水預(yù)置柜布置在底層甲板面以上，如下頁(yè)圖6 所示，艙柜外壁距離舷側(cè)外板最近處0.82 m，超過CLEAN（DESIGN）符號(hào)要求的0.76 m。

圖6 艙底水預(yù)置柜布置

3 結(jié) 論

越來越嚴(yán)格的環(huán)保與排放要求是航運(yùn)界不可扭轉(zhuǎn)并加速演進(jìn)的大趨勢(shì)，而集裝箱船作為三大主力運(yùn)輸船型之一，在世界航運(yùn)市場(chǎng)有著舉足輕重的重要影響[7]。挪威船級(jí)社作為集裝箱船入級(jí)最多的船級(jí)社，是很多新造集裝箱船的重要入級(jí)選擇之一。在此背景下，研究挪威船級(jí)社CLEAN（DESIGN）符號(hào)在集裝箱船上的應(yīng)用有著很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義和參考價(jià)值。本文通過研究和總結(jié)得出如下結(jié)論：

（1）CLEAN（DESIGN）附加符號(hào)是此前應(yīng)用較多的CLEAN 符號(hào)的增強(qiáng)版本，對(duì)集裝箱船向空氣、海洋排放及其他方面的要求進(jìn)一步提高，同時(shí)針對(duì)因破艙導(dǎo)致燃油泄漏繼而引發(fā)的海洋污染提出了燃油艙保護(hù)設(shè)計(jì)，顯著提升了集裝箱船在突發(fā)極端情況下的防污染能力。

（2）本文系統(tǒng)研究了CLEAN（DESIGN）符號(hào)在集裝箱船輪機(jī)設(shè)計(jì)上的應(yīng)用，并結(jié)合實(shí)船項(xiàng)目的重點(diǎn)和難點(diǎn)介紹了廢油艙布置、生活污水處理裝置選型以及燃油艙保護(hù)等設(shè)計(jì)，對(duì)后續(xù)采用該符號(hào)的集裝箱船設(shè)計(jì)有一定參考價(jià)值。

（3）對(duì)CLEAN（DESIGN）符號(hào)的研究啟發(fā)了更高環(huán)保水平集裝箱船輪機(jī)設(shè)計(jì)的思路，通過進(jìn)一步提高向大氣、海洋排放的要求和標(biāo)準(zhǔn)（如將允許排舷外的含油艙底水要求提高到0.000 5%體積分?jǐn)?shù)以上）；通過對(duì)集裝箱船海上碰撞進(jìn)行仿真分析，確定燃油艙壁距離船體外板的理想距離（不低于該符號(hào)的最低要求）等，可以設(shè)計(jì)出更加環(huán)保的集裝箱運(yùn)輸船。