挪威船级社CLEAN（DESIGN）的标准要求及其 在集装箱船轮机设计上的应用

姚 飞 董 越 李 华 段玉龙 马天帅

（1. 中国船舶及海洋工程设计研究院 上海 200011； 2. 中国船级社江苏分社 南京 210011； 3. 海装装备项目管理中心 北京 100071）

0 引 言

民用运输船舶研发过程中必须满足入级规范的设计要求，其中与环保相关的船级符号是船舶满足相应环保要求的设计依据。DNVGL 中的CLEAN（DESIGN）符号就是其中的典型代表，对该符号的研究有着很强的现实意义和应用价值。

CLEAN（DESIGN）符号是CLEAN 符号的强化版，在过往的船舶设计和相关研究中，大多针对CLEAN 符号，而对CLEAN（DESIGN）符号的涉猎较少。王井丰等[1]对比研究了不同船级社环保符号对船舶制冷系统制冷剂使用的影响，李杰[2]研究了CLEAN（DESIGN）符号对舱底水系统设计的影响，单兴鹏等[3]研究了CLEAN（DESIGN）符号在深水海洋工程船上的应用，蔡君等[4]研究了满足CLEAN（DESIGN）符号的外置组合型艉管和轴系，陈佳君[5]研究了CLEAN（DESIGN）符号对船用制冷剂的要求，但目前尚无CLEAN（DESIGN）在集装箱船轮机设计方面的系统研究。本文深入研究了DNVGL 最新规范中CLEAN（DESIGN）符号对集装箱运输船轮机设计的影响，总结提炼了相较于CLEAN 符号的新变化和新要求，介绍了实船项目中满足CLEAN（DESIGN）符号的设计方法，为该符号在后续船舶设计中的应用提供了一定的参考和借鉴。

1 CLEAN（DESIGN）符号的设计要求

1.1 CLEAN符号的设计要求

CLEAN 符号提出了限制和减少船上能源供应系统、货物装卸系统和日用系统等各种系统的排放要求，包括对排放到空气中和排放到海水中的要求。

1.1.1 排放到空气中

CLEAN 符号要求固定灭火系统和灭火器中使用的物质不具有全球变暖潜势，或使用的物质符合全球变暖潜能值（global warming potential, GWP）小于4 000 且臭氧衰减指数（ozone depleting potential, ODP）为 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

所有燃油储存舱均应配备高液位报警以防止溢流。若燃油储存舱设有通向另一个配备高液位报警的燃油储存/日用舱，则该储存舱无需设置高液位报警。若船舶设计有燃油溢流舱，则应在溢流舱设置低液位报警以指示油舱处于溢流状态。

燃油、滑油、其他油加注站以及其余可能发生溢油的位置均应设置滴油盘，以防止油类外溢污染海洋。CLEAN 符号规定了滴油盘的最小容积：小于1 600 总吨的船舶为80 L，不小于1 600 总吨的船舶为160 L。

燃油舱、滑油舱、液压油舱和溢流舱的透气管和溢流管出口也应布置滴油盘，其最小容积：小于1 600 总吨的船舶为40 L，不小于1 600 总吨的船舶为100 L。

（2）舱底水系统

船舶应配备油水分离器和油分计（舱底水油分报警器），还应提供故障安全装置，以防油水分离器和/或舱底水油分报警器在故障时发生排放。舱底水油分报警器应满足MARPOL 公约附则I 第14条和IMO Res.MEPC.107（49）的要求。

（3）生活污水系统

所有生活污水（黑水）在排放前均应经过船级社型式认可的生活污水处理装置处理，处理过程中产生的废渣仅限船舶在航线上以不小于4 kn 的速度航行时才可排放。生活污水排放速率应按照 MEPC.157（55）中关于未经处理的生活污水排放速率标准进行。

经过处理的生活污水排舷外管应与生活污水废渣的排舷外管分开，或在每次使用排渣泵后对管路进行适当清洁。

（4）油/水分界面

滑油/油脂可能泄漏到海洋中的任何位置，以下位置都易产生油/水分界面，如艉管轴承、舵轴承、艏侧推、甲板机械及液压操作设备等。对油/水分界面应保持密切监测，一旦发现泄漏，应立即启动纠正措施并记录在油/水分界面日志中。

1.2 限定词“DESIGN”的特殊要求

限定词“DESIGN”给出了相较于CLEAN 符号更严格的减排限排要求，此外还规定了船舶设计方面的要求。一般情况下，拥有CLEAN（DESIGN）符号的船舶应满足CLEAN 符号的所有要求。

1.2.1 排放到空气中

CLEAN（DESIGN）对船舶使用的灭火物质有着更高要求，其GWP 的上限为2 000，同时还禁止使用全氟辛烷磺酸及其衍生物质量分数超过0.001%的灭火泡沫。

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 符号提出的高液位报警要求也需应用于滑油舱、液压油舱和其他油加注舱。直升机、救生艇、补给船及救援艇等辅助船舶均应提供加注站和滴油盘，以便收集溢出的燃油并将其泄放到安全位置。油料加注装置的滴油盘应配备封闭式泄放装置并通至甲板收集舱或油渣舱。

（2）生物污损

依据MEPC.207（62），应向船舶提供生物污损管理计划。

（3）舱底水和油渣系统

所有船舶均应配备舱底水油水分离器、油分报警器以及自动停止装置，使得排舷外水中的油分和油燃烧后的污染物含量不超过0.000 5%体积分数。

CLEAN（DESIGN）符号规定从超过0.000 5%体积分数油分的舱底水排放到自动停止装置响应的总时间（包括舱底水警报的响应时间）应小于20 s。油分报警器必须为不同来源的舱底水提供联锁，使之每次只能将1 个来源的含油舱底水排到舷外。

舱底水舱的最小总容量应如表1 所示。

表1 舱底水舱总舱容

表中：P为主机额定功率，kW。对于不配置主机的非常规推进系统（如柴电推进），P可以认为是所有辅机或最高载荷工况（如正常海上航行工况、动力定位和装载等）的总和。

锅炉和经济器清灰的洗涤水需设置单独的水舱来收集，水舱的进水口应设有烟灰收集滤袋或等效装置。

（4）生活污水和灰水系统

船舶应设有生活污水收集舱及向岸上输送的装置和灰水收集舱。生活污水收集舱及灰水收集舱的舱容应充分考虑船员数量和预计的停港时间。对于重力式马桶，黑水量按每人每天70 L 计算；对于真空马桶，黑水量按每人每天25 L 计算。灰水量按每人每天110 L 计算。在港口停留的时间应不少于4 d。

黑水和灰水收集舱均应设置高液位报警和透气管路，且黑水系统透气管路应独立于其他系统的透气管路，以避免臭气污染其他系统。

灰水不可直接排至舷外，必须先经过生活污水处理装置的处理。对于船员和乘客总数超过30 人的船舶，厨房灰水系统的排水总管需安装撇油器，并接至合适的收集舱。撇油器与收集舱距离较远时，应设置伴热和足够坡度的管路以利于泄放。

（5）艉管润滑和密封设计

除水润滑外，艉管密封设计应保证润滑剂不与海水接触。如果使用生物降解滑油，应采取措施控制油的含水量，并确保密封材料与生物降解滑油相容；如果使用化石类滑油，则应安装有效且受监控的双重屏障密封系统。

1.2.3 建造和设计

（1）燃油舱保护

舱容低于10 m3的油舱可设置在双层底，但这些未受保护的油舱总舱容应小于40 m3；双层底之外的油舱单舱舱容不得超过1 500 m3。

舱底水沉淀舱及舱底水预置柜与船体外板的距离应不小于0.76 m（舱底水沉淀舱下游的舱底水预置柜或舱底水储存舱无此要求）。如果出于技术设计的考虑，可降低主机滑油循环舱下方所需的双层底高度。

油舱应位于船底外板型线以上h的高度。其中h为船宽（B）的1/20 或2.0 m 的较小值，h的最小值是0.76 m。在舭部区域以及舭部没有明显转弯的位置，燃油舱的边界线应平行于船底，如图1[6]所示。

图1 油舱底板与船底外板的高度示意图

油舱侧板与舷侧外板的距离示意参见图2[6]。

图2 油舱侧板与舷侧外板的距离示意图

油舱总容积低于5 000 m3的船舶，油舱应位于舷侧外板型线内侧。如图2 中的左侧图所示，其边界线定义为与舷侧外板垂直且距离不小于w的位置：

式中：C为燃油舱总容积的98%，m3；w为油舱侧板与舷侧外板的最小距离，其最小值是1.0 m，但对于舱容小于500 m3的单个油舱，w最小值为0.76 m。

油舱总容积不低于5 000 m3的船舶，油舱应位于舷侧外板型线内侧。如图2 中的右侧图所示，其边界线定义为与舷侧外板垂直且距离不小于w的位置：

式中：C为燃油舱总容积的98%，m3；w的最小值为 1.0 m。

（2）杂项

油管管路距船底小于h或距舷侧小于w的，应在舱内或紧邻舱的位置安装阀门或类似的关闭装置。阀门为故障安全型，在海上除燃油驳运的任何时候都应保持关闭且能从易于进入的封闭处所操作。

若油舱内设有吸油井，则吸油井可在距离h定义的分界线以下伸入双层底，但吸油井要尽量偏小，且井底与船底壳的距离不小于0.5h，如图3[6]所示。

图3 吸油井与船底壳的距离示意图

2 实船项目轮机设计

该型双燃料集装箱船由于总体尺寸较小且船体线型瘦削，因而机舱布置相较于万箱以上的集装箱船明显紧凑。在该船的设计过程中充分研究了DNVGL 规范中CLEAN（DESIGN）符号的设计要求，并结合实船特点和设计上的难点，提出了满足符号要求且行之有效的设计方法。

2.1 机舱液舱布置

在该型集装箱船废油舱的布置设计中，由于底层甲板有较多设备的燃/滑油泄放且均为重力泄放，因而废油舱（至少有1 个）必须设置在位置更低的双层底上。根据MARPOL 公约附则I 的要求，该船油渣舱的总舱容计算如下：

式中：Vs为油渣舱的总舱容，m3；K1为无量纲因数，适用于主机使用前需要用分油机净化的重油；K2为无量纲因数，适用于柴油或主机使用前无需用分油机净化的重油；C1为重油日消耗量，m3/d；C2为低硫柴油日消耗量，m3/d；D1为重油油渣可以排岸的港口间最大航行时间，d；D2为低硫柴油油渣可以排岸的港口间最大航行时间，d。

依据上述计算，设置燃油油渣舱容积25.9 m3、滑油油渣舱容积18.1 m3，其总容积为44 m3，超过所需的34.8 m3。在燃油/滑油油渣舱总舱容44 m3的情况下，用于集中储存油渣、设备泄放的废油以及滴油盘收集的废油等的废油舱总舱容也应不低于44 m3。由于该型箱船船东要求废油舱尽量大（其万箱以上的箱船废油舱容积可 达100 m3以 上），根 据CLEAN（DESIGN）符号的要求，位于双层底的单个油舱容积应小于 10 m3，故在双层底设置容积7.8 m3的2 号废油舱，在高处的三甲板设置容积77.3 m3的1 号废油舱。当2 号废油舱达到高液位时，通过油渣泵将油渣及废油等泵送到三甲板的1 号废油舱，也可靠港后泵至岸上或通过焚烧炉焚烧处理。

2.2 生活污水处理

为了进一步降低船舶灰水对海洋水体造成的污染，CLEAN（DESIGN）符号不允许灰水直接排至舷外，必须先经过生活污水处理装置的处理。此举提高了船舶对生活污水处理装置的要求，不仅需要生活污水处理装置具备灰水（包括厨房废水）处理能力，还要求装置的处理容量大幅增加。

以中国船舶及海洋工程设计研究院（MARIC）设计的另一型集装箱船为比较对象，该船同样入级挪威船级社（DNVGL），同时拥有CLEAN 符号，上建生活区36 人，配备的生活污水处理装置容量为 2 800 L/d。本型集装箱船上建生活区35 人，配备的生活污水处理装置容量为6 010 L/d。对比发现：在人数基本一致的情况下，满足CLEAN（DESIGN）符号的集装箱船生活污水处理装置的处理能力（容量）是满足CLEAN 符号的集装箱船的2 倍以上，其根源就在于CLEAN（DESIGN）符号额外要求的灰水处理能力。

2.3 燃油舱保护

集装箱船的快速性体现在航行速度快和货物装卸速度快，本型集装箱运输船最高航速为22 kn。高航速也意味着船舶在发生意外碰撞时的破损情况更为严重。CLEAN（DESIGN）符号考虑到该因素，在设计上加强了对燃油舱的保护，降低了因船体破损引发的油舱泄漏风险。

结合1.2.3 节CLEAN（DESIGN）符号的要求和本型集装箱船的船宽、油舱总舱容等信息，本船型宽（B）42.80 m，B/20 = 2.14 m ＞ 2 m，因此h的计算值是2.0 m；燃油舱总舱容3 277.8 m3，小于 5 000 m3，依据公式（1），w的计算值为0.786 m。h≥w，对照前页图2 中左侧图的情形，燃油舱保护布置如图4 和下页图5 所示。

图4 典型机舱内油舱布置

图5 典型燃油深舱布置

舱底水预置柜布置在底层甲板面以上，如下页图6 所示，舱柜外壁距离舷侧外板最近处0.82 m，超过CLEAN（DESIGN）符号要求的0.76 m。

图6 舱底水预置柜布置

3 结 论

越来越严格的环保与排放要求是航运界不可扭转并加速演进的大趋势，而集装箱船作为三大主力运输船型之一，在世界航运市场有着举足轻重的重要影响[7]。挪威船级社作为集装箱船入级最多的船级社，是很多新造集装箱船的重要入级选择之一。在此背景下，研究挪威船级社CLEAN（DESIGN）符号在集装箱船上的应用有着很强的现实意义和参考价值。本文通过研究和总结得出如下结论：

（1）CLEAN（DESIGN）附加符号是此前应用较多的CLEAN 符号的增强版本，对集装箱船向空气、海洋排放及其他方面的要求进一步提高，同时针对因破舱导致燃油泄漏继而引发的海洋污染提出了燃油舱保护设计，显著提升了集装箱船在突发极端情况下的防污染能力。

（2）本文系统研究了CLEAN（DESIGN）符号在集装箱船轮机设计上的应用，并结合实船项目的重点和难点介绍了废油舱布置、生活污水处理装置选型以及燃油舱保护等设计，对后续采用该符号的集装箱船设计有一定参考价值。

（3）对CLEAN（DESIGN）符号的研究启发了更高环保水平集装箱船轮机设计的思路，通过进一步提高向大气、海洋排放的要求和标准（如将允许排舷外的含油舱底水要求提高到0.000 5%体积分数以上）；通过对集装箱船海上碰撞进行仿真分析，确定燃油舱壁距离船体外板的理想距离（不低于该符号的最低要求）等，可以设计出更加环保的集装箱运输船。