16万t级苏伊士型原油船新一代开发研究

罗亚萍

(江苏熔盛重工集团有限公司,江苏南通 226532)

1 项目研究背景

15.6 万 t苏伊士型油船是江苏熔盛重工集团有限公司品牌产品,由希腊CARDIFF航运公司委托建造。苏伊士型油船是世界原油运输的主力船型,通过2年多的努力,完成了首制15.6万t苏伊士型油船的研究、设计、制造、系泊试验、倾斜试验、航行试验,各项技术性能指标达到当前国际先进水平,具有广泛的社会效益和显著的经济效益,受到船东的好评,为后续船的建造提供了宝贵的经验和技术资料。

16万 t级苏伊士型原油船的开发研究重点是如何提高船舶的经济性、安全性、绿色环保性。整个新一代的研发设计需要考虑到油运码头参数有无较大变化,航运路线有无变化等各方面因素,同时也要保证苏伊士型油轮设计的延续性、完整性。在保持船长、船宽不变的基础上,通过增加吃水和方形系数达到增加载重量,并在主机功率不变的情况下,保持航速相同的目的,真正做到节能减排、绿色环保。

2 项目研究目的

通过对16万 t级苏伊士型原油船的船型及性能优化研究,分舱及稳性优化设计,提高船舶的经济性和安全性。通过结构优化设计对全船进行有限元分析,提高船舶的疲劳强度和振动性能。此外,经过专业综合平衡分析,解决机电系统优化配置和机舱综合布置优化、操作系统优化设计问题,满足柴油机最新排放标准(IMO MARPOL ANNEX VI),减少氮氧化物、硫化物、颗粒等,使柴油机包括主机、主发电机组等的氮氧化物排放从TIER I(17.0 g/kW◦h)减少至TIER II(14.36 g/kW◦h)。同时,增加压载水处理系统,杀死压载海水中的微生物,降低压载水排放破坏海域生态环境的风险。总之,通过不同的改进设计方案,真正做到节能减排、绿色环保,满足最新国际规范、公约要求。该项目取得的研究成果可在16万t级苏伊士型原油船等工程设计建造中应用,为我国批量设计建造 16万 t级苏伊士型原油船奠定了坚实的技术基础,具有良好的社会效益和经济效益。

3 国内外技术发展现状及趋势

3.1 国外发展现状

由于世界原油供应越来越依赖于中东地区,因此中东地区作为世界原油出口的主导地位将日益加强。而亚太地区又将是世界原油需求增长最为强劲的地区,消费量超过北美,成为世界第一大石油消费区;从亚太地区石油供应情况来看,主要产油国增产乏力,供需缺口将进一步加大,因此未来亚洲地区将成为世界原油进口的主要地区,中东至亚太航线运量和占中东地区的出口份额也将随之快速增长。

根据国际海事组织海洋环境保护委员会的要求,2010年前将淘汰所有单壳油轮。各造船企业未来 2年也将主要精力放在新订油船的建造上。根据世界油轮船队向大型化发展的趋势,16万 t级苏伊士型油船将成为各航运公司更新换代的主力船型。

3.2 国内发展现状

众所周知,石油是战略资源,稳定的石油供给是一个石油消费大国的安全保障,过多地依赖外轮运输石油对维护中国的石油安全很不利。因此,尽快改善中国油船船队规模小、吨位小、船型结构不合理等问题,大力发展16万DWT及以上的大型油船,加快油船船队规模结构的调整力度,以增强中国油船船队的竞争力成为当务之急。

4 必要性分析

16万 t级苏伊士型原油船精品船型是市场需求大、技术基础好的主流船型,以提高技术经济性指标、突出品牌效应、扩大市场占有率和增加效益为出发点,在15.6万t油船批量建造基础上,针对提高船舶安全性、绿色环保性、营运经济性和使用舒适性的系统设计,开展精细化设计、船型优化和系列化研究,满足新的行业规范和标准以及即将实行的设计能效指数EEDI等指标,将16万t级苏伊士型原油船打造成技术经济性能、质量、适造性、性价比等各方面指标都达到世界同类产品先进水平的精品船型。

5 主要研究内容

5.1 总体设计方案研究

(1)数字化开发设计标准研究

针对大型油船的特点,进行 16万t级苏伊士型原油船三维数字化总体研发设计,制定科学合理的管理标准、工作标准、数据库内部标准和统一数据交换的标准,在多平台上实现全面的产品数据共享与有效管理,形成设计集成平台,建立 16万 t级油船设计标准。

(2)主尺度优化研究

在收集分析国内外大型优良油船船型资料的基础上,以公司批量建造的15.6万t级油船为参考船型,综合船东的要求并通过性能分析和经济论证,确定16万t级苏伊士型油船的主尺度。

主尺度优化研究旨在保持母型船船长、船宽不变的情况下,通过增加吃水和方形系数,达到增加载重量的目标;并在主机功率不变的情况下,航速相同。

(3)型线设计优化

结合性能和船舶总布置要求开展线型优化设计,利用船型及性能数据库系统和船舶设计软件建立该船三维数字化船体线型,并完成线型优化设计工作。

(4)螺旋桨设计优化

本船螺旋桨设计应用环流理论,采用升力线理论计算程序进行设计。用该方法可以分别选择各半径处最适宜的螺距和切面形状,以考虑到船后伴流场不均匀性影响,因而对于螺旋桨的空泡和激振力问题能进行比较充分地考虑。并且对优化设计后的螺旋桨进行空泡、激振力测试试验。

(5)快速性、操纵性及适航性优化试验研究

应用在船舶快速性能、阻力性能和推进性能的研究成果,通过阻力及推进理论,对该船的水动力性能进行数值分析和计算,得到相应的航海性能预报数据,并结合船模试验,对该船设计性能进行验证和进一步优化。

5.2 结构设计方案研究

在16万t级油船的结构设计方面,控制空船重量既能减少钢材消耗,降低造价,又能增加载重量,提高航运经济效益,意义重大。本船在母型船的基础上,将通过增大型深和吃水,经过结构优化设计,增加新船的载重量。

结构设计方案研究采用直接计算法,结合数字化建模和规范要求,在综合考虑弯曲强度、剪力、稳定性及疲劳强度的情况下,使增加的空船重量最小化。

5.3 轮机系统优化设计研究

苏伊士油轮是比较成熟的油轮,但随着船舶技术的更新,国际法规和地方法规关于节能、环保、绿色造船的要求越来越严格,对船舶设备及系统有更高的要求。16万 t级在轮机方面主要有以下改进,使该船更具有环保性、经济性和实用性。

(1)机舱和泵舱空间布置的优化研究

对于机舱和泵舱的布置,应从增大使用面积的角度出发,在相同主机和航速的条件下尽可能增加船舶载重量。

16万 t级油轮通过对机舱和泵舱布置的优化处理,机舱和泵舱内的设备布置更便于操作,更加紧凑;系统布置更符合原理,更简洁,达到减少机舱和泵舱空间,增加货舱容积的效果。在不增加主机功率情况下,增加船舶运输能力,提高运输效率,促进经济效益。

(2)船舶减排研究

随着国际海事组织IMO减排行动提速,如何从各方面能最经济有效和最大程度地避免或减少和控制各种污染,成为急需解决的问题。减少船舶 SOX排放量的最有效的途径是使用低硫燃油或替代燃料。16万 t级油轮为船用汽油进入主机、辅机和锅炉时的黏度等问题确定了解决方案。

(3)压载水处理研究

船舶压载水是船舶离岸时携带用于船舶稳定平衡的压载物,船舶到岸时为空出吨位,必须将压载水排入到岸国的海域中,由船舶排放压载水引发的外来生物入侵已成为海洋中有害生物传播的主要途径。

随着世界航运业的发展,船舶压载水问题给全球海洋环境带来一定程度的威胁,引起人们高度重视,配置有效处理船舶压载水系统将成为船舶进入他国港口的“通行证”。16万 t级油轮研究采用高效、低成本、不产生二次污染的压载水处理系统。

5.4 环保材料选型研究

目前世界日益重视对环境的保护。在船舶行业,IMO于2003年 12月提出了一份关于船舶拆解纲领文件(A962(23)Guidelines on Ship Recycling),旨在减少拆船过程中对环境的污染。设计 16万 t级油轮时,充分考虑船舶的建造、营运以及拆解等整个生命过程中对环境产生的影响,引入“绿色造船”的设计理念,即对造船的材料、零部件按照IMO、国际航运工会、国际劳工组织等相关要求进行严格的选型研究。这些选型由船级社认证,尽可能减少船舶在整个生命周期过程中对环境的污染。

在保证船舶安全性能的基础上,尽可能选择安全环保和可回收的材料以及减少选择已知的对健康和环境构成潜在危害的物质。遵守国际公约及规范,凡是《关于持久性有机污染物(POPs)的斯德哥尔摩公约》、《关于破坏臭氧层物质的蒙特利尔议定书》以及《控制船舶有害防污底系统国际公约》等禁止或限制使用的有害物质,都绝对禁止选用。

6 16万t级原油船主要技术指标

本项目的研发采取船厂、院所、专业设备公司结合的新的模式,坚持“产、学、研、用”相结合,坚持船型开发和关键设备开发相结合,充分发挥各自优势,全面掌握新一代 16万 t级主流苏伊士型原油轮设计关键技术,并达到当前世界先进水平。16万 t级原油船总布置图如图 1所示。其主要技术指标为:

图1 16万t级原油船总布置图

7 研究成果及成果形式

本项目针对目标船型的优化方案分别进行计算、分析,通过试验比较,选择了一个较优方案,完成了规格书要求的所有内容。研究成果包括:

(1)建立 16万 t级油船设计标准。通过总体、结构、轮机、电气、环保等方面的设计标准的研究,建立完整的16万t级油船设计标准。

(2)完成 16万 t级油船送审图纸设计,并通过船级社审查。

(3)撰写 16万 t级苏伊士型原油船主尺度选择、线型优化、水动力计算、结构强度和疲劳分析、自动化系统配置等方面的专题研究报告。

(4)申请发明专利 1～2项,实用新型专利 2～3项。

(5)通过项目实施,培养高级工程师 4名,工程师8名。