基于MARPOL Reg12A燃油舱保护计算的图解分析

,,,

(上海船舶研究设计院，上海 201203)

MARPOL Reg12A燃油舱保护虽已实施多年，其计算手段相当成熟，如EXCEL、NAPA[1]或者自行开发的程序，但纯文字的抽象描述对于初学者而言不便理解，同样对于有经验的设计者来说，每次计算都需要查阅规范，效率不高，因此，考虑针对Reg12A在常规船型上的运用，对基本定义、计算方法、计算流程和常见问题做出图解分析，以助对该规范有更直观的了解和掌握。

1 适用范围

1)适用于2010年8月1日或以后交船，总燃油装载量为600 m3及以上的所有船舶。包括以下船舶。

(1)在2007年8月1日或以后签订建造合同的船舶；

(2)无建造合同，在2008年2月1日或以后安放龙骨或处于类似建造阶段的船舶；

(3)在2010年8月1日或以后交船的船舶；

(4)经重大改建的船舶，包括以下船舶。

①在2007年8月1日以后签订改建合同；

②无改建合同，改建工程在2008年2月1日以后开工；

③改建工程在2010年8月1日以后完成。

2)适用于燃油的储存，日用和澄清舱，不适用于溢流舱。燃油系指重油、柴油和汽油等，不包括滑油。

2 定义

关于Reg12A中各项参数的定义，针对常规船型，注释见表1。船宽Bs和BB的定义见图1。

表1 参数定义注释

注：*Vnet系指考虑结构折扣系数的净容积。

3 计算流程

Reg12A中的第6、7、8条款对于h和w值做出了规定，即确定性计算方法。通常首先校核这两项值是否能满足规范要求，若否，则需要进行概率性计算。但需注意的是，概率性计算方法仅作为第6、7、8条款不满足时的替代，其余如燃油管路、阀件布置等要求仍需满足规范，具体计算流程参见图2。

4 确定性计算方法

4.1 h和w的定义

h系指燃油舱位于船底壳板型线以上的最小距离要求；w系指对于燃油舱位于舷侧壳板型线内侧的最小距离要求，计算公式见图2中的确定性计算方法部分。

①根据h与B的关系式(见图3)，可以看出，当B≤15.2 m时，h恒等于0.76 m；当B≥40 m时，h恒等于2.0 m。

②根据w与C的关系式(见图4)，可以看出：当C<5 000 m3时，单舱燃油以500 m3为边界条件，w值有所不同；当C≥5 000 m3时，w值完全相同；当C≥30 000 m3时，w恒等于2.0 m。

4.2 h和w的量取

例举Reg12A统一解释中的某些特殊布置的量取方法如下。

1)在舭部弯曲区域和舭部无明显弯曲的部位，燃油舱边界线应与船中平底线平行，见图5。

2)对具有艉鳍的船舶，艉鳍不视作对燃油舱提供保护。对在艉鳍宽度内的区域，距离h应在艉鳍和船底壳板型线的平行线量起，见图6。

3)对设计为固定纵倾的船舶，基线不应用作为参考点。距离h应在燃油舱的相关肋骨处垂直于船底壳板型线量起，见图7。

4)对设计为底部升高的船舶，距离1.5h应从船底壳板型线量起，但垂直于基线，见图8。

5)在舭部弯曲区域w的量取，见图9。

5 概率性计算方法

概率性计算方法的数学公式繁多，理解起来较为困难，现做出流程图(见图10)，可帮助对该计算方法有更直观和深刻的理解。

5.1 对于h和w的最小要求

需要注意的是：即使概率性方法计算能够满足规范值，但就维护和检查而言，所有与外壳板不接界的燃油舱与船底外板之间相距不应小于最小值h(0.76 m)，并与舷侧外板相距不应小于最小值w(0.76/1.0 m)。

5.2 参数定义

针对常规船型，就Reg12A第11条款中各项需要量取的参数定义，注释见表2。燃油舱与船壳底板接界的布置目前较为少见，不讨论。

表2概率性计算方法的参数定义注释m

注释定义纵向距离Xa 自L最后端至所计及舱室最后一点的纵向距离,如图11所示纵向距离Xf 自L最后端至所计及舱室最前一点的纵向距离,如图11所示边部破损垂向距离Zl垂向距离Zu水平距离yport水平距离ystar 自型基线至所计及舱室最低一点的垂直距离,必须≤Ds,如图12所示 自型基线至所计及舱室最高一点的垂直距离,必须≤Ds,如图12所示 在所计及舱室与船侧左舷外板之间垂直于中心线量取的最小水平距离,如图12所示∗ 在所计及舱室与船侧右舷外板之间垂直于中心线量取的最小水平距离,如图12所示∗底部破损横向距离Yp横向距离Ys垂直距离Z燃油液位高度hF潮汐变化tc 从位于水线dB处或以下舱室的最左的一点,至位于船舶中心线右舷BB/2处垂直平面的横向距离,如图15所示 从位于水线dB处或以下舱室的最右的一点,至位于船舶中心线右舷BB/2处垂直平面的横向距离,如图15所示 舱室长度范围内Z的最小值,在其中任一给定的纵向位置上,Z为该纵向位置处船底板下端至该纵向位置处舱室下端的垂直距离,如图15所示1.025 (dp∗∗+tc-Zl) 0/-2.5

注：*①对于非对称布置的燃油舱，水平距离需考虑左右两侧分别破损的概率，并求平均值。②在舭部弯曲处，如图13和图14所示时，则在基线以上距离小于H(H为min(B/10,3)或者舱顶)的情况下无需考虑yport/ystar。**dp定义见表1。

5.3 数学意义

在确定完上述各项参数后，可以根据成熟的EXCEL模板填入数据或者直接由NAPA得出需要的计算结果。虽然概率性计算方法较为复杂，但仔细分析其公式，还是可以得出以下规律，以帮助在计算前有一个初步、快速的判断。

1)边部破损。

①根据y/Bs与PST的关系式(详见规范，此处不赘述)绘制图16。可以看出当y/Bs≥0.3时，边部的水平破损概率PST即为0，则该舱的边部破损概率PS为0[5]。

②在舭部弯曲处，若舱顶高度Zu低于H(min(B/10,3))时，无需考虑y，则可以理解为边部的水平破损概率PST为0，则该舱的边部破损概率Ps为0，如图14所示。

2)底部破损。

①根据z/Ds与PBZ的关系式(详见规范，此处不赘述)，绘制于图16。可以看出当z/Ds≥0.3时，底部的横向破损概率PBZ为0，则该舱的底部破损概率PB为0[2]。

②底部破损的泄油量以压力平衡原理为基础，能够看出当hF+Zl>Zu时，破损后的燃油油位高于该舱舱顶，即没有任何燃油泄露，则该舱底部破损的泄油量OB为0。

根据5.3.1～5.3.2分析可得，燃油舱保护计算前，如满足上述条件，可直接判断该舱平均泄油量为0，而无需再填写其他参数。如此可简化计算流程，提高计算效率，如图2燃油舱保护计算的流程图所示。

6 燃油管路阀件布置

1)与船底距离小于h，或与船舷的距离小于w的燃油管道，应在燃油舱内或紧邻燃油舱安装阀门或类似关闭装置，且距船底不小于h/2。

2)燃油舱内的吸阱可伸入由距离h所定义的边界线以下的双层底内，但这种吸阱应尽可能小，还应适合于吸管尺寸和覆盖的面积，且阱底与船底壳板的距离应不小于h/2。

3)对于采用概率性计算方法中允许布置在距船底或舷侧小于h或w位置的燃油舱，其阀门可分别位于小于h或w的位置。

4)燃油舱的空气透气管和溢流管不视为燃油管路，可位于距舷侧小于w的位置。

为便于理解以某采用概率性计算的集装箱船燃油输送原理图为例进行说明。如图17所示，燃油舱的驳运管路与船底距离小于h，因此管路内的遥控阀设为单作用，即故障安全型阀，且安装高度要求不小于h/2。

7 常见问题

1)概率性计算是否需要完工版。计算中用到空船重量对应的吃水dm，并得出dm越小、dp越小，hF越小、OB越大、OMB大、OM越大。进行燃油舱保护计算时，空船重量为初步估算，整船称重试验后，dm会有所变化。虽然还没有船级社要求完工版，但建议计算时适当减小dm，以提高平均泄油量参数OM，确保足够的余量[3]。

2)充装率与渗透率。规范中对于充装率和渗透率做出了明确的规定，分别为0.98和0.99。虽然这两项乘积对结果的影响甚微，但仍有必要对使用中的具体情况给出如下说明。

(1)净舱容Vnet，即考虑结构折扣系数后的舱容。根据实船情况调整，Reg12A并无规定。

(2)Reg12A中提到的燃油容量(满舱时)系指0.98Vnet，包括小燃油舱，总燃油量C以及单个燃油舱的容量要求，详见表1。

(3)边部破损的泄油量系指0.98×0.99×Vnet，此时需要考虑渗透率。

(4)底部破损的泄油量系指0.98×0.99×Vnet-破损后的燃油量。破损后的燃油量根据hF查舱容表。

3)位于机舱的燃油舱底部破损Yp、Ys和z的量取位于机舱的燃油舱底部破损Yp、Ys和z的量取如图18所示。位于机舱尾部的燃油舱，一般z值会大于0.3Ds，若先填写Yp和Ys值，会发现该舱完全位于dB水线以上，但若先行填写z值，则可规避这两项数值的填写，直接得出该舱底部破损概率为0。

8 结论

随着环保要求的日益严苛，燃油舱保护势必成为船东、船级社和港监在船舶设计、建造和营运时关注的重点[4]，如DNVGL Clean Design和LR ECO(P)入级符号的要求远高于Reg12A，尤其对滑油舱也有类似的保护要求，包括单个燃油舱容量不得大于1 500 m3等。此外，Reg12A在改装船上的应用[5]，以及对新型燃料如LNG、甲醇和行驶在极地水域的船舶如何适用等问题，还有待进一步探讨和研究。

[1] 杨博.概率燃油舱保护计算在NAPA中的实现[J].上海造船，2010(2)：15-18.

[2] 柳卫东.MARPOL公约经修订的附则I“第12A条：燃油舱保护”研究[J].船舶，2007(6)：17-22,47.

[3] 尹逊滨.有关燃油舱保护的探讨[J].上海造船，2006(4)：30-32.

[4] 潘峰.船舶防油污现状研究及展望[J].船舶工程，2013(A1)：1-4.

[5] 刘金刚.VLCC改装为VLOC时燃油舱保护的设计特点[J].船舶设计通讯，2011(1):8-11.