新型溢油回收船发展研究

新型溢油回收船发展研究

崔连正，郭家伟，蒋 敏

（武汉理工大学 交通学院，湖北 武汉 430063）

摘 要：海洋溢油事故将会给生态环境、沿岸经济、人类健康、公共安全等方面都会造成难以估量的严重损害，海上溢油防控及应急处置是石油工业需要关注解决的首要问题。为了提高溢油回收效率，国内外出现了一些异型溢油回收船舶，文章选取了部分国内外部分具有代表性的异型溢油回收船型予以介绍，分析了他们的技术指标与功能特点，并对未来溢油回收船的发展进行了展望。

关键词：溢油防控；异型溢油回收船；功能特点；结构型式

中图分类号：U698.7 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2018）07-0004-02

一、引言

21世纪被称为“海洋的世纪”，石油工业是最重要的海洋工业之一，但其每个环节都面临着风险与挑战。大型的溢油对海洋生态环境、沿岸经济、人类健康、公共安全等方面都会造成难以估量的损害。近年来，为了提高海洋溢油回收能力，一些异型溢油回收船型开始出现。该类船舶改变了传统船舶的设计型式以增加溢油回收面积，提高溢油回收效率。文章选取了部分具有代表性的船型予以介绍，并对其未来的发展进行了展望。

二、传统溢油回收船作业方案简介

传统溢油回收门布置方式主要分为两种：（1）船艏布置有溢油回收门（如图1所示），溢油回收门内部为溢油回收装置，在进行溢油回收作业时，船舶低速前进，溢油通过船艏门进入内部溢油回收装置；（2）舷侧布置有溢油回收门（如图2所示），船体伸出溢油回收辅助装置，进行溢油回收作业时，船舶低速前行，溢油在辅助装置的引导下进入舷侧溢油回收门。

图3 斜向破冰工况

“波罗的海”号独特的斜向航行模式，除了能够开拓出更宽的航道，在溢油回收方面也有着得天独厚的优势。

传统溢油回收船的受到型宽或者溢油回收装置的限制，吸油面积有限，在面对大规模溢油泄露事故时作业能力不足。“波罗的海”号在回收溢油的工况下，其舷侧扫油臂张开，同时船舶斜向航行，船体与扫油臂形成“V型开口”的结构型式。其向前航行时，溢油在V型开口底部不断累积，并被此处溢油回收装置回收。

该设计使整个船体发挥一个大型扫油臂的作用，吸油面

图1 船艏门溢油回收作业 图2 舷侧溢油回收作业 对于方案一，为了让更多的浮油经由艏门进入船舶内置回收模块，艏门的安装及强度问题都会凸现出来，同时将艏门打开之后，主甲板下方没有任何支承构件，会形成“悬臂梁式”的外伸结构，这些将会造成应力集中甚至船体破坏。

对于方案二，由于船舶航行方向与溢油回收门的朝向方向不在同一直线，船舶进行溢油回收作业前，需要布置好辅助溢油回收机械。该方法在处理大型溢油事故时，存在操作复杂，布置时间长的缺点，同时 ，辅助溢油回收装置在风浪中易发生破损，高海况下该种作业方式不宜选用。

收稿日期：2018-03-10

作者简介：崔连正，武汉理工大学 交通学院。

[1]

三、新型溢油回收船设计举例 1．可斜向航行式 （1）波罗地海号

由Aker Arctic Technology 公司设计的“Baltika”（波罗的海）号是一条能够倾斜航行进行收油的破冰船，其能进行破冰与溢油回收两种作业，该船破冰工况如图3所示。

积得到了大幅提升，其扫油臂打开后如图4所示。

图4 溢油回收作业

该种斜向航行回收溢油的作业方式打破了传统船舶直线航行的作业方式，并且可以根据海况与溢油状况合理选择斜向航行偏角，使得溢油回收作业速度更快，效率更高。

该船拥有非对称的船体型式，其左舷为充分前伸的弧形，

第7期 崔连正等：新型溢油回收船发展研究 5 适用于破冰作业，右舷为垂直并开有溢油回收门的平面，适用于收油作业。其通过内置油类回收系统在4节的航速下的回收速度为520m³/h。其主要参数如表1所示。

表1 主要参数表

项目 数值 总长 76.4m 垂线间长 72.1m 型宽 19.2m 设计吃水 6.3m 最大吃水 7.0m 型深 9.0m 推进功率 3×2.5MW 主机功率 9MW 系住拉力

75tons

“波罗的海”号的主要设计亮点有两方面，一是她能够以0~180°任意漂角倾斜航行，另一方面她拥有非对称型式的船体，可以通过不同形状的舷侧完成不同的海洋作业任务。 “波罗的海”号功能多元，性能指标优良，虽然其造价十分昂贵，但该类海洋特种作业船舶在人类加快深远海、极地地区探索的趋势下，有着良好的发展前景。

2．船体可展开式

（1）“Bottsand”级溢油回收船

“Bottsand”级溢油回收船是隶属于德国海军的用于海水污染控制的船舶，其特殊的设计对于未来溢油回收船舶的设计有着重要的参考价值。主要参数与性能指标如表2所示。

表2 主要要素表

项目 数值 排水量 650 tons 船长 46.3m 船宽 12m 吃水 3.1m 推进功率 759KW 设计航速 10kn 作业航速 2-3kn 收油能力 140m³/h 溢油回收舱舱容

790m³

“Bottsand”号的特点在于其船体能够分开构成一个夹角为65°的V型结构，如图6所示，从而两船体形成一个跨度约40m的清扫面。两个片体通过铰链连接，V型开口底部布置有溢油回收装置。当船舶以常规状态航行至溢油事故海域时，船体展开成V型结构并低速前行，溢油在V型结构底部累积并被回收。其常规航行工况如图5所示，溢油回收作业工况如图6所示。

图5 常规航行工况 图6 溢油回收作业工况 该设计能够增加溢油回收的有效面积，提高溢油回收效率，

并且无需布置其他溢油回收装置，适用于海上突发溢油事故。

该种可展开式船型相比于传统的溢油回收船型优势明显，但其船艉铰链的结构强度[2]问题也凸显出来。船体在横浪的作用下，会产生横摇和横荡运动，其在波浪的作用下频繁运动，且运动加速度方向不一致，对铰接机构产生剪力。且该船具有多种运动状态，此时铰接机构同时承受剪切力、垂向弯矩、横向弯矩等众多载荷，受力情况相当复杂，因此必须对铰链机构进行充分的强度校核及寿命分析。

目前，该船已经为德国海军服役30年之久，各项性能指标均处在正常范围内，该设计对于溢油回收船舶的建造具有重要的参考价值。

（2）“可折叠式W”溢油回收船设计综述

上文所述两种船型都是国外相对成熟并已经建造完成的异型溢油回收船，其对于该类船舶未来的发展具有重要的参考价值。目前，国内的部分高校与科研院所也逐步踏入到异型溢油回收作业船舶的研究领域。在目前我国的相关发明专利中，武汉理工大学所申请的可折叠式W型吸油船[3]比较具有代表性。

其主要参数如表3所示。

表3 主要参数表

项目 数值 项目 数值 总长 60m 型深 6m 总船宽 23.2m 储油容量 1,900m³ 吃水 4m 主机功率 7,000Kw 干舷 2m 最大航速 15.1kn 满载排水量

4,340t 工作航速

2-3kn 主体总长

15m

该种多片体组合式可展开溢油回收船设计方案，船身由首部片体，关于船中纵剖面对称分布的左舷外侧片体、左舷内侧片体、右舷内侧片体和右舷外侧片体5个片体组成，如图1.5所示，所述5个片体之间采用铰接机构连接，船体设计特点在于在进行溢油回收作业时，船体五个片体可展开成 w 型或者三叉型，片体之间夹角为60°，形成一个扇形区域，首部扫油宽度达到约 120m，且利用展开船体大大增加油污接触面积。当船舶向前行驶时，油污会在展开后的扇形区域内累积，使得油膜厚度增加，油水比例大大提高，这给快速回收海上溢油创造了条件，其示意图如图7所示，“W型”收油作业示意图如图8所示。

侧视 俯视

图7 船体示意图

图8 “W型”收油作业示意图

（下转第7页）

第7期 曹晓明等：船舶基于运动耦合的研究方法综述 7

船舶的六自由度操纵-摇荡运动实际上是相互影响的，船舶基于运动耦合的分析方法能够较准确地反映船舶运动的真实特征，是船舶分析技术发展的必然趋势。前人关于船舶运动耦合的研究使我们对运动耦合有了较深刻的认识，但是关于运动耦合还有很多问题等待我们去探究，相信随着分析方法和计算机技术的发展，这些问题都会得到很好地解决。

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该船的设计与“Bottsand”级溢油回收船比较类似，但其溢油回收面积更大，效率更高，在面对大规模溢油事故时处理能力更强。并且该船可以根据海况与溢油状况选择多种作业模式，适应环境的能力更强。但功能得到加强的同时，对于船体铰链处的强度要求也会更高[4]。

四、总结与展望

异型溢油回收船的有效收油面积得到了大幅提升，相较于传统溢油回收船优势明显。此外，异型溢油回收船在作业模式下，船体或者溢油回收装置之间能够形成V型结构，该结构有利于溢油在底部积累，并且可以在不同区域布置对油厚敏感程度不同收油机械，提高溢油回收效率。

溢油回收船正朝向安全、快速、智能的方向发展[5]，设计该类型船舶时，需要注意以下问题。首先收油船本身的结构强度需要经过充分的论证与校核，避免出现传统回收船当中的“悬臂梁”式船艏门结构以及承受剪力、弯矩较大的机

构，对受力复杂的的铰链等机构的强度进行充分论证；其次，溢油回收船要能够迅速赶往事故现场并在较短时间内回收处理溢油，这就要求船舶拥有良好的阻力性能、推进性能以及溢油回收处理能力，这对船舶的型线设计、溢油回收装置的布置要求都较高；再次，未来的海洋溢油回收作业需要更加智能化，例如传统双拖船拖带围油栏时，两船配合不佳以及围油栏与船体连接后随波性差等问题都需要得到妥善解决。

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