深水环保船新型设计研究

CCS广州分社 李广武 吴 刚

近年来，随着中海油深水战略实施进程的加快，以及深水钻/完井、石油开采等生产任务的逐年递增，保障深水油气田开发的安全环保显得尤为重要。深水环保船作为在海上深水区域石油勘探开发过程中环境保护的专用船舶，具有海面溢油回收、应急指挥、油污消除以及对外消防灭火等多项作业能力，主要用于我国深水海域石油勘探及开采过程中的测试井液和污油水接收及返送。深水环保船的孕育而生标志着中海油公司海上溢油应急防控网将布向深水，从而大大提升中海油在深水海域的溢油应急能力。

近十年来，中国船级社（CCS）先后承接了中海油13型25艘船舶检验和发证任务。特别值得一提的是，2013年底，双方再度携手，签订了2艘系列深水环保船船舶检验合同。近日，本系列首制船已在中船黄埔文冲船厂建造完工并交付使用，这是中海油建造的第8艘环保船，同时也是中海油首次建造的最新型的深水环保船。与国内现役的七艘环保船相比，不仅增大了主尺度、增强了载运能力，还融入了燃油舱双壳保护、二级动力定位和改进式溢油回收装置等多项较为先进的技术。

设计特点

该深水环保船除接收、返送海面油污等主要作业功能外，还具备以下四项主要辅助作业功能：一是具备营救作业功能，能搭载100名被救人员并及时撤离现场；二是具备水和泡沫两种介质的对外消防灭火作业功能；三是具备低速巡航于海上石油平台周围全天候执行海上石油平台的调遣与命令的作业功能；四是具备为海上石油平台供应钻井物资、散料、燃油、淡水等多种生产物资以及生活物资的作业功能，是真正意义上适用于深水作业的多功能环保船。

图1 深水环保船侧视图

该船总长79.8米，型宽16.4米，型深7.6米，设计吃水5.6米，最大吃水6.3米，2914总吨，最大载重量2700吨，主推进用柴油机功率1520×4千瓦，最大航速15.4节，燃油总量746.3立方米，自持能力30天。艏部主甲板以上设有可供船员18人，访客12人和获救人员100人使用的生活区，船后部设有溢油回收装置及852立方米溢油回收舱。

船上设有两套侧面内置式溢油回收装置，装置整体安装在船体两舷侧内部。能够在船舶行进过程中高效地将漂浮的小块垃圾和溢油进行回收，并用输油泵进一步将回收油输送到船上的溢油回收舱内，每一溢油回收舱内设有1台货油泵，用于将储存的溢油外输。在主甲板中部的回收油舱区两舷设有卸油站，可用于将溢油回收舱中的浮油驳运到岸上接收装置。每个溢油回收舱在主甲板设置有洗舱用的舱口盖，船上配置两套移动式洗舱机，以便在需要的时候由洗舱机通过洗舱口进行手动洗舱作业。设洗舱热水加热器，淡水经热油加热后通过洗舱水泵输送至洗舱机供溢油回收舱洗舱用，洗舱水由货油泵排出。设一台移动式水力驱动轴流风机给各溢油回收舱通风。主甲板左右舷各设有一个喷洒臂，消油剂通过消油剂喷洒泵和喷洒装置可进行消油剂喷洒作业。

该船由上海船舶研究设计院设计，黄埔文冲造船厂承建，无限航区，船体、轮机、电气及特殊设备等均按CCS现行规范和规则进行设计、建造，并受之检验发证，取得船级符号：★CSA Offshore Supply Ship/Stand-by Ship；Fire Fighting Ship 1（Water Spraying）；Oil Recovery Ship with Cargo Tank；PSPC(B)；BWMP(MEPC.127(53)) ★CSM MCC ；BRC ；DP-2 ；BWMS。即船级附加标志：近海供应船/守护船；一级消防船；浮油回收船；专用压载水舱保护涂层；压载水管理计划；机器处所集中控制；驾驶室遥控；二级动力定位系统；压载水管理系统。设计上，不仅考虑了布局的完整性和合理性，还在多项功能上不断提升，包括船舶性能、动力定位和溢油回收等多方面新型设计。

船舶性能

设计参照了国外同类船的优秀船型，以我国同类型海洋工程船的船型为基础，并结合本船实际作业需求，提出了多个较新型的设计。

快速性能。作为航速要求较高的工程船，设计状态最大持续功率（100%MCR）时航速为15.4节，从排水量船的流体动力学角度而言，是一艘中高速船。在船型参数上，通过选用较小的方型系数和中等棱形系数；在形状结构上，通过对首尾形状和水下部分的水线形状的优化和采用双艉鳍船艉结构，有效降低了船舶的总阻力，获得了良好的快速性能和节能指标。

适航和耐波性能。船舶具有良好的适航性能和耐波性能，能在1/3有义波高14米的海况下，蒲福氏12级风和相应的9级浪条件下安全航行。由于我国海域波浪波长的特殊性，在大多数情况下本船均能跨越两个波长，其抗纵摇性能较好。为了减少横摇，还设有总容积260立方米被动可控式减摇水舱，用以增强船舶抗横摇性能。

抗破损及抗污染性能。因具有近海供应燃料的能力，其燃油总装载容量超过600立方米，为满足MARPOL公约12A条燃油舱保护要求，全船均设置双底双壳，大大增强了船舶的抗破损能力及抗污染能力。

甲板载运性能。本船因具有油田守护和供应能力。在艏楼后的主甲板上中后部设有有效面积520m2的甲板载运区域，最大可装载钻井物资或平台供应物资700t，甲板均布负载可达到6t/m2。可见，本船的营救能力和甲板载货能力均得到较大提升。

操纵性能。本船采用四机双轴双可调螺距螺旋桨（以下简称可调桨），轴系驱动2台发电机的推进系统；并选用双悬挂式襟翼舵，配电动液压转叶式舵机二台，每台最大扭矩160kN·m。还设置操作综合控制台，可对主机转速和可调桨的螺距进行综合跟踪控制，使主机按照预定的最佳运行特性曲线运行，可使主机始终保持其最佳工作状态。为改善本船操纵性能和恶劣海况下的控船能力，满足海上二级动力定位和原地回转的特殊要求，该船共设三台电动机驱动可调螺距四叶桨管状侧向推进器，其中艏部一台侧向推力为9.5t，一台为6.5t，艉部一台侧向推力为6.5t。无论高速航行或低速巡航，回转或靠离码头时，都具有较高的操纵性。

动力定位

为了更好地适应深水海域作业需要，该船设有二级动力定位系统，并取得中国船级社船级附加标志：DP-2。这一系统在环保船上的使用属于首例，不仅提高深水环保船应对深水风浪的能力，也提升了先进技术在深水作业区域的应用空间。

动力定位控制系统原理是利用计算机对采集来的环境参数（风、浪、流）及船舶系统提供的位置等信息，自动地进行计算，并自动控制各推力器的推力大小，使船舶保持艏向和船位稳定。二级动力定位船舶不但能够通过自动化动力控制系统达到精确定位作业能力，而且其全船控制系统、推进动力系统、主机/辅机系统、燃油/滑油/冷却辅助系统、电力分配系统等均具有冗余能力。如此便能保证全船重要设备不会因为单一故障的发生而影响该船的定位能力。这一功能不仅可以解决船舶因在深水作业海域（一般超过200米)不能正常抛锚定位问题，还可以降低船员在平台执行巡航待命时的工作强度。

本船配有4台1520×4千瓦的主机装置、2台可调浆装置、2台悬挂式襟翼舵装置、1台630千瓦艏侧推装置、1台435千瓦艏侧推装置和1台435千瓦艉侧推装置；并设有对主机装置、可调桨装置、舵装置、侧推装置进行联合操纵的组合操纵系统。驾驶室在对组合操纵系统进行联合协同控制中出现单个故障时，系统可在规定的环境条件下，在规定的作业范围内自动保持船舶的位置和艏向，以满足DP-2控制要求。

根据中国船级社自动化附加“MCC+BRC”标志的要求。主推进装置还设有三个控制站，分别是驾驶室、机舱集控室和机旁。在每个控制站均能有效地操纵主推进装置，船舶正常航行时，主推进装置由驾驶室控制站进行遥控，机器处所连续有人值班，若驾驶室操纵系统失灵，可转至集控室操纵，若集控室操纵系统失灵或需在机旁操纵时，可方便地转至机旁进行应急操纵。根据SOLAS公约要求，还设有有效的各控制站联锁机构。在任何时候，只能在一个控制站有效地进行操纵，各控制站的控制权均能方便地转换，转换时满足机旁优于集控室，集控室优于驾驶室的优先转换原则。在驾驶室控制站，设有前、后两个控制台，两个控制台之间的控制权也能相互转换。

溢油回收

与众多溢油回收系统不同，本船采用的舷侧内置式溢油回收装置，是一种新开发的海面溢油回收设备。其更加适合深海作业，更适应对开阔水域和轻/中/重质溢油回收，具有收油速度快、回收效率高及海况适应性强等特点，尤其是适应水流速率大、粘度和厚度范围宽的溢油回收场合；同时还具备在溢油回收过程中对小块漂浮垃圾进行高效的回收。其配有7.5 ～12米长度范围的液压伸缩支撑装置具有输出扭矩大、调速范围宽、结构紧凑以及易于实现自动化等诸多的优点。

图2 舷侧内置式溢油回收原理示意图

本船主要用于船舶行进过程中的溢油回收。舷侧内置式溢油回收原理示意图如图2所示，主要由深水环保船、溢油回收舱、收油机室等几部分构成。5个溢油回收舱对称分布在船舶的舷侧（4个）和船舯（1个），总容积为：825立方米。2个收油机室分别位于两舷侧，室内各配置1台舷侧内置式溢油回收装置，单台回收能力100m3/h，适用溢油黏度范围：1 ～100000CST；最大溢油回收能力：200（中、轻油），+200（重油）m3/h；适用溢油厚度：≥0.5mm；回收效率（回收油水混合物中的含油率）不低于90%；适应海况：0 ～3.0米浪高；单侧最大围扫宽度10.034米。扫油栏设置在收油机室后部液压水密门内侧的卷栏筒上，并与浮筒相连，在舷侧门打开后，首先通过支撑装置端部设置的捕获装置捕获浮筒完成扫油栏与支撑臂的连接；再通过舷侧液压支撑装置的升降、旋转和伸缩以及扫油栏卷栏机协同作用完成充气式扫油栏曳出或卷入动作。液压动力站设置在船舶左舷，为两舷内置式溢油回收提供动力，如：刷式撇油器中驱使履带运转的卷筒，溢油回收泵，溢油返送泵等。海面发生溢油事故需要清理溢油时，深水环保船到达事发海域，首先布放扫油栏，收紧艏部牵引缆绳，使支撑臂向外展开角度大于90°，再以相对水流0.5 ～3.0节的速度前进；此时，扫油栏在水阻力和支撑臂及牵引缆绳牵引力的作用下将与船体近似“V”字形展开，并将分散的溢油围聚到一起导入收油机室；然后再利用收油机室内的溢油回收装置将溢油回收到船舶的溢油回收舱，通过转运和卸货以完成溢油接收及返送整个过程。

内置式溢油回收装置工作原理示意图如图3所示，装置主要由收油机室水密门、轻质油回收模块和刷式撇油器等几部分组成。作业时，扫油栏将舷侧海面溢油聚集并导入收油机室内的溢油回收装置，聚集的浮油由刷式撇油器向上牵引，进入约15m3集油槽中，比重较大的海水由撇油器下方的导水叶片泵排出舷侧，以形成溢油动态回收。集油槽中的污油由溢油回收泵（液压深潜螺杆泵）回收输送至深水环保船的溢油回收舱，再由溢油回收舱各设的一台100m3/h 返送泵（液压深潜螺杆泵）完成溢油的卸载。为了用于轻质溢油的回收，本系统根据需要还配有1套轻质油回收模块，即撬装式溢油回收阻截装置，其轻质油回收能力为50m3/h，并在主甲板设置相关接口。而海面小块漂浮物经集油槽上方的格栅进行收集，并通过人工进行处理。非作业时，舷侧海水进口的水密门和舷侧海水出口的液压蝶阀关闭，收油机室形成封闭舱室。

图3 内置式溢油回收装置工作原理示意图

该船除具有以上海面溢油回收作业能力外，还具有应急指挥、油污消除以及一级对外消防灭火等功能，可担任海上平台供应、守护、值班等任务。同时，该船还配备了最新的压载水处理系统，在《国际船舶压载水和沉积物控制和管理公约》强制生效前，提前满足相应公约第D-2条处理要求，可以说在海洋生态保护方面走在了公约的前面，体现了船东高度的责任意识。

该船作为目前国内航速最快、主尺度最大、功能最先进、装备最齐全、载运能力最大及回收能力最强的多功能专用船舶，即将服役于东海和南海深水海域。它的成功交付，不仅是中国船级社与船东及船厂三方共同努力、相互信任、相互合作的成果，更是中国船级社不断提升技术服务，深化客户合作，实现三方共赢的又一典范。