MR型油船的分艙布置優化設計

陳潔禮 朱成平

（廣船國際技術中心）

0 前言

隨著船級社新規范的不斷生效，船東要求柴油機NOx排放滿足TierⅢ、硫化物SOx排放區域要求，對壓載水處理裝置、污水處理系統和艙底水排放監控等環保的要求也越來越高，因此舊船型已經難以滿足各國船東的要求。如果舊船型只求滿足新規范的要求而不作優化，就會導致艉部機艙處的設備更多，重量更重，從而大大影響本船的靜水彎矩，進一步增加結構重量和建造成本。有見及此，公司致力于通過技術優化手段降低船舶的建造成本，對現有的 MR型化學品船/成品油輪研發更新，優化機型、船體線型、分艙布置和船體結構，并成功推出滿足市場要求的新船型。

1 船舶許用中拱和中垂靜水彎矩限值

船體結構在設計之初，都要考慮靜水彎矩對船舶的結構影響。根據結構共同規范CSR的要求，設計者應提供船體梁許用中拱和中垂靜水彎矩限值，對應航行工況是Msea,對應港內/遮蔽工況是Mhard。對于港內/遮蔽工況下，縱向任一位置處的船體梁最小中拱和中垂靜水彎矩Mharb=1.25Msea。

在貨艙區域的各個橫艙壁、貨油艙中部、防撞艙壁、機艙前壁以及機艙前后艙壁之間的中點位置處，應給出船體梁許用中拱和中垂靜水彎矩限值，如圖1所示。

但是對于船舶實際需要承受的中拱和中垂靜水彎矩，需要按照規范要求以及和船東約定的工況通過配載計算得出，也就是說設計者應提供船體梁許用中拱和中垂靜水彎矩限值，既要滿足結構共同規范CSR的要求，也要滿足船舶實際航行工況的要求。對于MR型的油船，其配載得出的中垂靜水彎矩，通常會比規范值小。在結構計算的時候采用規范值進行校核，中拱靜水彎矩卻會比規范值高出很多。因此，如何在初步設計之初就通過優化總體布置來降低中拱靜水彎矩，是降低船體結構重量比較有效的手段。

圖1 靜水彎矩分布圖

2 本船的總體性能要求

在分艙、浮態和穩性方面，本船的分艙和穩性設計需滿足有關規則規范的要求，適航于無限航區。本船的分艙按照船東的要求可裝載IBC Code2/3類化學品，首次采用3對大艙+5對小艙的分艙模式（大艙艙容為4000～5000立方米，小艙艙容不超過3000立方米），經過多次的穩性計算，最終把三對大艙定在中間位置，使本船在各種裝載狀態下，有足夠的穩性及合適的縱傾，而且必須有足夠的總縱強度以避免裝載上的限制。本船在貨油艙區域設置6對壓載水艙、機艙設置3個燃油深艙、2個低硫燃油深艙及燃油、低硫燃油日用柜、沉淀柜各1個，設置了1個MGO深艙及1個MGO日用柜，并按要求設置滑油艙、淡水艙、鍋爐水艙等。

船東要求，對于貨艙的結構設計需要滿足滿艙裝載重密度1.26t/m3的貨物要求（傳統的設計只需要滿足1.025t/m3），這個要求既是對結構設計的一大挑戰，也必然會導致空船重量的增加，從而導致靜水彎矩的增加，給結構設計帶來新的困難。另一方面，船東在設計之初要求本船必須滿足SCRUBBER READY，閉式循環的除硫系統在機艙區域增加將近400噸的重量，該要求大大增加了本船的中拱靜水彎矩，同時也增大對艏部壓載艙的需求，以保證艏部最小吃水的規范要求。

圖2 本船的簡要總布置圖

圖3 壓載出港工況的彎矩曲線圖

圖4 淡水艙設置于艉部

3 優化中拱靜水彎矩的方法

中拱，是指浮于水面的船舶重力和浮力縱向分布不對稱，在船舶中部浮力大于重力，艏艉部重力大于浮力情況下產生的船舶中部拱起的一種縱向彎曲狀態。

3.1 優化艏艉處的線型，減少艏艉處的重量

圖5 淡水艙設置于機艙內

本船的線型通過CFD優化，采用中間肥大艏艉瘦削的新線型，在型寬從母型船32.26m改為32m的情況下，仍能保證艙容滿足船東的要求。本船通過優化艏艉處的線型，大大減輕了艏部和艉部的重量，和母型船相比，本船的艏部重量減少了120噸，艉部和機艙區域重量減少了200噸，對減少本船的中拱彎矩起到顯著的作用。

3.2 優化壓載艙布置

增加船舶舯部的重力可以減少中拱，但增加船舶舯部的重力只能通過增加貨艙區域的壓載水來做到，這樣就會減少貨油艙的體積，與船東的利益背道而馳，因此不能盲目加大舯部壓載艙。通過配載規范及校核船東要求的每個工況，可以得知本船最大的中拱靜水彎矩出現在壓載出港的工況中。而在本船的壓載出港工況中，滿足規范對縱傾的要求只需要1號到5號壓載艙打水。查看該工況下的彎矩分布曲線可知（見圖3），本船的中拱峰值在肋位Fr85-FR140左右的地方，于是把5號壓載艙的后壁定在Fr85處，令本船的壓載出港工況既能滿足規范要求，也把壓載水都壓在中拱峰值的地方。此舉改變了一貫壓載艙的水密艙壁與貨油艙水密艙壁在同一位置的做法，通過調整雙層底處壓載艙的位置，達到減少最大的中拱值的目的。

圖6 優化前的最大中拱靜水彎矩

圖7 優化后的最大中拱靜水彎矩

3.3 優化淡水艙布置

優化船體內的液體分布同樣可以減少中拱靜水彎矩，傳統的設計都把淡水艙設置在艉部，本船的淡水艙按特殊的設計，將淡水艙的設置于機艙內，合理利用機艙邊角無法用于布置設備、空置浪費的區域，本船的淡水艙按規格書的要求設置為300立方，優化布置后令300立方的淡水的重心位置往船舯移動了11米，有效的減少了本船中拱彎矩。

傳統的油船都把淡水艙設置在艉部，如圖4所示，本船優化后的淡水分艙如圖5所示。

4 取得的成效

通過上述措施，本船的中拱靜水彎矩得到大大的改善。通過NAPA軟件計算，本船優化后的中拱靜水彎矩比原來降低了20000tm，計算結果如圖6、圖7所示。經過結構計算對比，兩種中拱彎矩下對應的結構重量相差可達3%，本船分艙布置的優化設計，對于結構的優化和降低船體空船重量以及降低建造成本減輕起到了明顯的作用。