38000 t 双相不锈钢化学品船总体设计

许峰，李晓峰，朱越星，陆琛亮

（上海船舶研究设计院，上海 201203）

0 前言

化学品船作为一种运送危险货物的液货船，技术要求严格，市场需求广泛。 近年来化学品的产地和消费地随着环保法规的要求在逐渐地发生变化，未来化学品船大型化、长距离运输的趋势越来越明显。与此同时，IBC 法规定义的有毒物质品种及化学品的特殊要求逐渐增加，加之特涂化学品船的涂层破损风险及商检要求越来越高，不锈钢化学品船的优势进一步凸显。 因此，中大型的不锈钢化学品船正在越来越受到船东和市场的欢迎。

1 船舶概况

38000 t 双相不锈钢化学品船单机单桨，低速柴油机推进，挂香港旗，入LR 和CCS 双船级，适合全球航行。 全船共30 个货舱，其中4 个货舱设计成满足I 型船舶的要求，可以装载IBC 规则（2012年修正案）第17 章752 种货品中的712 种、第18 章的全部46 种货品以及MARPOL 公约中除原油、沥青等特殊货品外的全部油类。 所有货舱及污油水舱表面为双相不锈钢，最大满载货物比重为1.55 t/m3。 货物系统设置30 根独立管系，采用的是一舱一泵模式，货泵为FRAMO 液压潜液泵，可同时装卸6 种货物。 配备热水/热油二次加热系统以及货物冷却系统。 首部设有电机驱动的可调螺距首侧推以提高操纵性。 货舱横舱壁采用水平槽型，以减轻结构重量。各舱均配备多级洗舱机，以满足频繁换装货品洗舱的需求。 船体结构满足油船结构共同规范（CSR）及MARPOL和IBC 的要求。 实船图片见图1。

图1 38000 t 双相不锈钢化学品船实船

主要尺度和参数如下：总 长 约182.80 m垂线间长 177.00 m型 宽 32.00 m型 深 15.70 m设计吃水 9.50 m结构吃水（立项） 10.80 m结构吃水（修改后） 11.10 m载重量（设计吃水） 31000 t载重量（立项） 38000 t载重量（修改后） 41000 t货舱舱容 43600 m3定 员 27 人主 机 MAN 6S50 ME-B9.51 台服务航速（设计吃水，CSR，15%S.M）14.5 kn续航力 18000 n mile

2 总体设计

作为大型不锈钢化学品船，需要满足较大密度化学品的长距离运输。 通过对化学品产业链及海运需求的调研，结合当时市场上已有的不锈钢化学品船载重量参数， 判断38000 t 及以上的不锈钢化学品船的需求将持续增大，因此载重量开发目标定为结构吃水下38000 t，具备大舱容，可以满足大宗化学品的远洋运输。 由于液体化学品的密度波动范围很大，设计吃水的载重量不能像油船按照拟装载货物的中位密度选取，考虑货品装卸港口的适应性及灵活性，最终确定设计吃水为9.50 m，设计吃水下载重量为31000～32000 t。按照设计吃水优化线型，在结构吃水为10.80 m 时可以达到38000 t。经性能核算，同时需考虑港口及航道的吃水限制，最大结构吃水可以取11.10 m，达到41000 t。

I 类化学品船具备多货舱特点，可以实现零担货物运输，对航速有较高要求，需要利用较高航速快速到达运输目的地。 将设计航速定为14.50 kn，在考虑高航速需求的同时，又兼顾了较低油耗的经济性。

因船东需求设置尾楼，为满足系泊布置要求将主甲板以上线型均做到全宽，同时为实现货舱舱容最大化目标，尽量压缩尾部机舱长度以加大货舱区长度。 这些因素使得尾部空船重量增加、重心后移，均质满载货物出港工况时的尾倾较大，不利于在限制吃水的港口装货。 同时，由于线型特点，加上为了提高续航里程在机舱内设置较多的燃油舱，在轻压载工况时尾倾也略大。 通过优化货舱、燃油舱的分舱布置，将货舱区整体往船首方向偏移并在首部侧推舱两侧设置燃油舱等措施， 解决了尾倾问题，实现压载或装载工况出港至到港过程中均可以不用调节各舱的压载水量来调整船舶浮态，即压载泵不必启动，在降低设备能耗的同时也减少了船员工作量，提高船舶营运经济性。

同时满足MARPOL 公约以及IBC 规则对破舱稳性的要求， 从破损范围以及破损衡准来看，MARPOL 公约和IBC 规则要求的差别主要体现在化学品等级的分类以及船长的划分上。 作为I 类化学品船， 破舱稳性按照IBC 规则最高要求来核定，即在其长度范围内的任何部位都能经受破损。

2.1 主尺度

2.1.1 总长

在实现大载重量的同时需要匹配较大的货舱舱容，较大的总长对实现载重量及舱容指标更加有利，同时还可以相应提高长宽比，对减小剩余阻力也有利。 因在首部设置侧推舱和燃油舱，会压缩货舱区的长度， 较大的总长有利于总布置和性能优化。 参考同类型船舶总长范围，综合考虑船舶满载和压载工况下浮态与港口航道的限制条件，总长最终确定为182.80 m。

2.1.2 型宽

需满足老巴拿马运河的通航要求，按照以往船型经验，32.26 m 是可以通行的最大船宽。 但根据船东营运部门反馈巴拿马极限型船宽过运河时有造成船侧磨损的风险，例如在进出闸门时因船体与闸门对齐的误差或者横向水流影响，可能使得船体与闸门摩擦从而造成舷侧油漆磨损甚至钢板变形，最终选取的型宽为32.00 m。

2.1.3 型深

根据船东实际运营需求，既要考虑装载常规化学品也要兼顾装载石脑油等轻质货物，货舱舱容要达到43500 m3左右。 同时考虑到某些液货装卸港口的集管中心高度到水面有11 m 左右的垂向距离要求，经过计算及综合考虑，型深定为15.7 m，既达到了货舱舱容的需要，也满足集管高度的限制条件。

2.2 总体布置

38000 t 双相不锈钢化学品船为单机单桨推进，压载泵舱、机舱、上建、驾驶室均布置在尾部，并设置尾楼。 货舱区的甲板横梁及纵骨布置在甲板上，甲板上方设置步桥以连通首尾楼区域。 侧推及应急消防泵舱以及3 个燃油舱布置在货舱区前部，并设置首楼。 上层建筑前端与步桥相同的高度位置分别布置冷水机组间以及加热间。 总布置图如图2所示。满足LR 一人桥楼的规范要求，在驾驶室范围内达到360°的可视范围，除了导航工作台外的工作站或功能区取得自左舷90°至右舷往后22.5°的可视范围外， 海图区和报务区布置也兼顾了此项要求。

图2 38000 t 双相不锈钢化学品船总布置图

货舱区由内部舱壁分隔成30 个货舱， 这些内部舱壁包括中纵平板舱壁、12 道水平槽横舱壁和位于第4、第6 货舱的4 道水平槽型边纵舱壁。 其中4个舱为ship type 1 类舱，其余货舱为ship type 2&3类舱。 两道中纵平板舱壁形成隔离空舱，横舱壁为水平槽型便于施工焊接，装货限制少，提高了适货性， 同时既有利于货舱扫舱和洗舱时减少残留液体，又减少不锈钢使用量，降低营运和建造成本。 货舱区的双底双壳形成L 型， 用作6 对压载水舱和1对洗舱水舱。 双层底设置管弄。 在货舱与机舱之间设置压载泵舱，内置2 台压载泵及2 套压载水处理装置。 洗舱水舱布置于货舱区第六压载水舱之后。

根据IBC 规则的要求，I 型船货舱距舷侧外板的距离不小于横向破损范围，即B/5 或11.5 m 的小者，双壳宽度定为6.400 m。 距中心线处的船底外板型线不小于垂向破损范围， 即B/15 或6 m 的小者，考虑到IBC 规则对I 型船舶吸口阱的垂向高度要求， 结合吸口阱的布置， 最终将双层底高度定为2.250 m。 同时为了扫舱方便，满足MARPOL 公约对化学品船残余量的要求， 双层底自两侧向中部倾斜。 因舱容余量不大， 在第一货舱区设置了1 m 高的脊弧，以尽量增大舱容。

主甲板上以及各货物透气相关的阀门管系将形成大片的危险区，危险区域划分图见图3。 从控制建造成本的角度考虑，应尽量使电气设备避开危险区以免采用防爆型式的设备。 甲板风机室、货物冷却间等设有较大功率电机的舱室，通过合理布置舱室位置及调整通风管的走向，使其成功避开了危险区，按照安全区来设计。

图3 38000 t 双相不锈钢化学品船危险区域划分图

2.3 型线及螺旋桨

基于前期分析确定的主尺度，选取成熟的母型进行匹配设计。 化学品船对操纵性要求较高，对尾垂线位置及螺旋桨前部线型进行调整以及加大舵的安装空间；在首部结构吃水以上的线型采取了外飘，扩大首楼甲板面积，利于系泊布置。

4 叶桨和5 叶桨方案主要参数见表1， 图4 为两个方案的空泡对比。 5 叶桨的方案在达到4 叶桨相同效率的前提下，增重并不明显，但实现了更好的空泡性能，最终采用了5 叶桨方案。

图4 空泡对比示意图

表1 4 叶桨和5 叶桨方案主要参数

船东考虑到东南亚等国家沿海渔网较多，导管存在浅吃水时挂带渔网的风险，因此螺旋桨设计需要在不使用导管的前提下达到设计航速的指标要求。 在不考虑使用导管的前提下，进行了常规毂帽和节能毂帽的对比设计，试验结果显示节能毂帽取得了2.1%的节能效果。图5 为两型毂帽的性能对比试验。

图5 毂帽设计性能对比试验

2.4 液货系统配置

2.4.1 液货系统

采用FRAMO 液压驱动潜液式液货泵系统，每个液货舱配有1 台潜液货泵（排量330 m3/h 液货泵14 台，220 m3/h 潜液泵16 台）。 全船最大装货速率可达到1980 m3/h，最大卸货速率1760 m3/h。 作为专用的化学品船适货性广，可同时装载30 种货品，为满足高黏度及高比重液货的装载需求，需配备安全可靠的液货泵。 液压电机驱动的潜液泵，短轴驱动可靠性高。 液压电机浸没在液压油中，散热性好，液压油同时为润滑和冷却介质。

2.4.2 氮气系统

制氮装置按照最大卸货速率选配，配有2 台碳分子筛氮气发生器， 总的氮气速率为2200 Nm3/h［纯度95%，约7 bar（1 bar=105Pa）］。 氮气发生器产生氮气用于液货泵和液货管的扫线，同时可以通过减压阀进入货舱惰化和补气。 另外配备了50 个200 bar 的50 L 氮气瓶，用于航行时补气。

2.4.3 洗舱系统

针对货舱横舱壁水平槽型结构，每个货舱配备1 台多级洗舱机。 泵舱内配备2 台洗舱泵分别用于淡水和海水洗舱以及1 台洗舱加热器用于热水洗舱。 图6 为货舱内的多级式洗舱机。

图6 水平槽型与分级洗舱机

2.4.4 货舱加热和冷却系统

除了配置常规蒸汽加热系统外，还配置了二次热水和二次热油功能，以满足大宗均质货、有毒货物以及憎水货物等不同的加热需求。

专门设计了一套通过冷却盘管的货舱冷却系统，在步桥平台设置冷水机组间以布置2 台冷水机组、2 台冷媒水循环泵等部件。 相较于FRAMO 液货冷却系统，该货舱冷却系统基于已经布置好的舱底盘管实现货舱冷却，无须额外配置冷却设备，成本更低，功能更加可靠。

3 结语

38000 t 双相不锈钢化学品船系列船作为大载重量双相不锈钢化学品船，代表了化学品船大型化、定制化的发展趋势，具有超强的适装性、操作便利性和优秀的绿色环保性能，共8 艘已成功交付，给船东带来良好的经济效益，具有广阔的市场前景，也为后续中大型化学品船的开发打下坚实基础。