超大型油船压载水舱分舱的优化研究

尚保国

（上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院 上海 200030）

0 引 言

VLCC船通常有一半的运行时间属于压载工况。为使压载航行时能达到适宜的船舶首尾吃水和浮态，保证船舶的耐波性、航行稳定性等航海性能，需要提供足够的可用压载水舱容积。压载水舱的分舱好坏，直接关系到全船的设计总纵强度，进而影响到结构重量及载重量指标。因此，对压载水舱分舱进行优化是VLCC设计的必要任务。

1 VLCC压载水舱分舱型式

VLCC船货舱区的双底、双舷侧通常设置为压载水舱，有时根据需要也会利用首尾尖舱。设计时，在满足MARPOL规范规定的双底高度、双舷侧宽度最小要求的前提下，根据压载工况的吃水要求来确定最小压载水舱的容积。

VLCC压载水舱主要的分舱型式有以下几种：

1.1 常规压载水舱型式

货舱区共设五对压载水舱，货油舱的边舱和底舱设为压载水舱。该方案在相同主尺度下可以使得压载舱容最大化。但在URS11规范生效后，这样的常规分舱方案中拱弯矩过大。

分舱示意如图1：

1.2 中压载水舱型式

货舱区共设五对压载水舱，一般在船舯前位置的两个货油舱之间隔离出两档强框空间，作为第三压载水舱的增加部分［1］。设置有中压载水舱的布置形式，可以减少压载边舱的宽度，相应增加在船舯的压载舱容积。这样的设计有利于减少压载状态下的中拱弯矩，为结构构件设计带来好处，但该型式增加了横舱壁的维护工作量。在压载舱涂层性能标准（PSPC）生效后，对船厂的施工也带来不便。七○八所为江南长兴造船基地设计的29.7万吨VLCC即采用此种型式。

分舱示意如图2：

1.3 设置空舱型式

货舱区共设五对压载舱，并在第一压载水舱内设置一个空舱。采用此种型式，在满足URS11规范情况下，可降低中拱弯矩。该型式是七○八所的创新，在URS11规范提出新的解释之前，成功解决了中拱弯矩过大的问题。该型式的缺点是可用总压载水量减少，布置形式超常规。七○八所为广州龙穴造船基地设计的30.8万吨VLCC即采用此种型式。

分舱示意如图3：

1.4 六对压载水舱型式

货舱区共设六对压载水舱，将常规的第五压载水舱划出一部分作为第六压载舱，增加了压载舱的数量。在满足URS11规范情况下，通过增加中途工况的方法，同样可降低中拱弯矩，并可提高调载的灵活性；其缺点是需增加一套压载管系及阀件。七○八所为广州龙穴造船基地最新设计的32万吨VLCC即采用此种型式。

分舱示意如图4：

2 URS11规范及最新建议案

URS11规范是国际船级社协会（IACS）针对船长90 m及以上在无限航区航行的钢质海船关于总纵强度的统一要求，适用于2004年7月1号以后建造的船舶。

其中S11.2.1.3条规定：在压载工况的总纵强度校核时，在出港、到港以及航行中间状态，如果首尾尖舱或其他压载水舱部分装载，则这样的装载工况不能作为设计工况考虑。对于设计而言，如果出港、到港及规定的任何中间状态存在压载水舱部分装载的情况，则必须校核该压载水舱从空到满时的船体总纵强度，不必考虑浮态及稳性。

在载货工况下，上述要求仅适用于首尾尖舱。

在压载水顺序置换工况下，上述要求不适用。

国际船级社协会于2007年6月发表了关于压载航行工况中压载水舱出现部分装载的建议案［2］（No.97 Recommendation for S11.2.1.3，Rev.5）， 该建议案中将压载水舱出现部分装载的情况分为几种类型，并按类给出了详细的计算要求，明确了可以增加中途工况来计算URS11。简要列出如下：

·情况A 压载航行中装载无限制（下页图5）；

·情况B 压载航行中设置中间工况，装载有限制（下页图 6）；

·情况C 压载航行中不允许出现压载水舱部分压载（下页图7）；

·情况D 针对典型的矿砂船。（略）

图中以*注明的工况用于强度校核，不必为实际装载工况。

情况A考虑一对压载水舱处于部分装载的情况可能会出现在压载航行的任何阶段。该舱在出港时为空舱，航行中途开始进行压载操作，直至打满，到港时保持满舱。必须增加的校核工况中该对舱的状态定为出港满舱和到港空舱。认定此两种状态可能为最危险，针对它们进行强度校核，对该舱（BWT6）的压载操作无限制，可在航行的任何阶段进行。

情况B考虑一对压载水舱处于部分装载的情况只出现在压载航行的中途阶段。该压载水舱在出港时为空舱，航行中途消耗品消耗到某一水平（如：50%）才开始对其进行压载操作，当消耗品继续消耗到一定水平（如：20%）时该舱打满，到港保持满舱。必须增加的校核工况中该对舱的状态定为中途1（消耗品50%）满舱和中途2（消耗品20%）空舱。采用此种压载操作时，装载手册中必须明确消耗品消耗到什么程度时开始压载水操作，并作为操船指南执行。

情况C不允许压载水舱处于部分装载状态（只允许较短的加载过程）。该舱在出港时为空舱，指定在航行中途（消耗品到某一水平）开始对其进行压载操作、直至打满，到港时保持满舱。

以上A、B、C三种情况都可以用于 VLCC。不过，情况C对装载及浮态的要求较高，不利于实船操作；情况A对装载操作没有限制，但为了减小最大弯矩，需设置空舱；情况B需设置中间工况，对装载操作影响不大，但需设置六对压载水舱。

以下针对几种分舱型式进行详细对比分析。

3 分舱型式的对比分析

VLCC压载水舱分舱型式的选择主要取决于如何降低最大中拱弯矩，降低装载工况的最大弯矩对结构设计和总纵强度是非常有好处的。通常VLCC最大的中拱弯矩发生在压载出港所有压载水舱打满的 URS11 工况，即上述 Cond.A2（Dep.）* 工况。 在满足URS11规范的情况下，若要降低中拱弯矩，最初唯一的方法是设置空舱，但在URS11实行新的建议案后，可以用设置六对压载舱的方法来有效降低中拱弯矩。

七○八所设计的30.8万吨VLCC采用的分舱方法是设置空舱，而最新设计的32万吨VLCC采用的分舱方法是设置六对压载舱。

通过设置六对压载舱，压载出港保持第六舱空，中途时才开始对第六舱加压载水。强度校核工况则可以在中途开始计算，即上述Cond.B4（Int.3）*工况，这就大大减小了最大中拱弯矩。

目前，设置中压载舱的型式很少采用。下面以32万吨VLCC为例，对其他几种分舱型式进行详细计算分析。通过初步的装载计算，得出表1～表3中数据：

表1 常规五对压载水舱型式压载工况及URS11工况

表2 设置空舱型式压载工况及URS11工况

表3 设置六对压载舱型式压载工况及URS11工况

对比以上结果可发现，设置六对压载水舱的最大中拱弯矩明显小于设置空舱的弯矩，而常规设置五对压载水舱的弯矩最大。因此，设置六对压载水舱型式对减小弯距效果最明显。三种分舱型式的压载水总容积对比见表4。

由上可知，设置空舱型式压载水容量损失约2 600 m3。而压载水总容量增加，会改善压载工况的浮态，包括吃水增加、螺旋桨浸没增大、纵倾减小、这都有利于压载工况的航行。压载水容量也是分舱优化必须考虑的问题。

此外，第五压载水舱优化后划分为第五、六压载水舱，在满载到港时，使用的第六舱更靠近燃油舱，对满载到港的浮态也有改善。见表5。

通过以上分析，将各种分舱型式对比列于表6。

表4 三种分舱型式的压载水总容积对比

表5 三种分舱型式的满载到港纵倾值对比

表6 不同分舱型式结果比对

4 结 语

船舶设计是一个不断优化的过程，需要我们随时关注规范的更新及影响。通过以上分析可以得知，VLCC设置六对压载水舱的分舱型式具有明显的优势。七○八所最新设计的32万吨VLCC即采用了此种型式。预计六对压载水舱的分舱型式，会成为未来VLCC的主流发展趋势。

［1］吴嘉蒙，蒋晔鹏．CSR对超大型油船装载及压载舱分舱的影响［J］．船舶，2006（6）：14-17．

［2］IACS No97 Recommendation for UR S11.2.1.3，Rev.5［S］．June 2007．