基于MARPOL Reg12A燃油艙保護(hù)計(jì)算的圖解分析

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(上海船舶研究設(shè)計(jì)院，上海 201203)

MARPOL Reg12A燃油艙保護(hù)雖已實(shí)施多年，其計(jì)算手段相當(dāng)成熟，如EXCEL、NAPA[1]或者自行開發(fā)的程序，但純文字的抽象描述對(duì)于初學(xué)者而言不便理解，同樣對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者來說，每次計(jì)算都需要查閱規(guī)范，效率不高，因此，考慮針對(duì)Reg12A在常規(guī)船型上的運(yùn)用，對(duì)基本定義、計(jì)算方法、計(jì)算流程和常見問題做出圖解分析，以助對(duì)該規(guī)范有更直觀的了解和掌握。

1 適用范圍

1)適用于2010年8月1日或以后交船，總?cè)加脱b載量為600 m3及以上的所有船舶。包括以下船舶。

(1)在2007年8月1日或以后簽訂建造合同的船舶；

(2)無建造合同，在2008年2月1日或以后安放龍骨或處于類似建造階段的船舶；

(3)在2010年8月1日或以后交船的船舶；

(4)經(jīng)重大改建的船舶，包括以下船舶。

①在2007年8月1日以后簽訂改建合同；

②無改建合同，改建工程在2008年2月1日以后開工；

③改建工程在2010年8月1日以后完成。

2)適用于燃油的儲(chǔ)存，日用和澄清艙，不適用于溢流艙。燃油系指重油、柴油和汽油等，不包括滑油。

2 定義

關(guān)于Reg12A中各項(xiàng)參數(shù)的定義，針對(duì)常規(guī)船型，注釋見表1。船寬Bs和BB的定義見圖1。

表1 參數(shù)定義注釋

注：*Vnet系指考慮結(jié)構(gòu)折扣系數(shù)的凈容積。

3 計(jì)算流程

Reg12A中的第6、7、8條款對(duì)于h和w值做出了規(guī)定，即確定性計(jì)算方法。通常首先校核這兩項(xiàng)值是否能滿足規(guī)范要求，若否，則需要進(jìn)行概率性計(jì)算。但需注意的是，概率性計(jì)算方法僅作為第6、7、8條款不滿足時(shí)的替代，其余如燃油管路、閥件布置等要求仍需滿足規(guī)范，具體計(jì)算流程參見圖2。

4 確定性計(jì)算方法

4.1 h和w的定義

h系指燃油艙位于船底殼板型線以上的最小距離要求；w系指對(duì)于燃油艙位于舷側(cè)殼板型線內(nèi)側(cè)的最小距離要求，計(jì)算公式見圖2中的確定性計(jì)算方法部分。

①根據(jù)h與B的關(guān)系式(見圖3)，可以看出，當(dāng)B≤15.2 m時(shí)，h恒等于0.76 m；當(dāng)B≥40 m時(shí)，h恒等于2.0 m。

②根據(jù)w與C的關(guān)系式(見圖4)，可以看出：當(dāng)C<5 000 m3時(shí)，單艙燃油以500 m3為邊界條件，w值有所不同；當(dāng)C≥5 000 m3時(shí)，w值完全相同；當(dāng)C≥30 000 m3時(shí)，w恒等于2.0 m。

4.2 h和w的量取

例舉Reg12A統(tǒng)一解釋中的某些特殊布置的量取方法如下。

1)在舭部彎曲區(qū)域和舭部無明顯彎曲的部位，燃油艙邊界線應(yīng)與船中平底線平行，見圖5。

2)對(duì)具有艉鰭的船舶，艉鰭不視作對(duì)燃油艙提供保護(hù)。對(duì)在艉鰭寬度內(nèi)的區(qū)域，距離h應(yīng)在艉鰭和船底殼板型線的平行線量起，見圖6。

3)對(duì)設(shè)計(jì)為固定縱傾的船舶，基線不應(yīng)用作為參考點(diǎn)。距離h應(yīng)在燃油艙的相關(guān)肋骨處垂直于船底殼板型線量起，見圖7。

4)對(duì)設(shè)計(jì)為底部升高的船舶，距離1.5h應(yīng)從船底殼板型線量起，但垂直于基線，見圖8。

5)在舭部彎曲區(qū)域w的量取，見圖9。

5 概率性計(jì)算方法

概率性計(jì)算方法的數(shù)學(xué)公式繁多，理解起來較為困難，現(xiàn)做出流程圖(見圖10)，可幫助對(duì)該計(jì)算方法有更直觀和深刻的理解。

5.1 對(duì)于h和w的最小要求

需要注意的是：即使概率性方法計(jì)算能夠滿足規(guī)范值，但就維護(hù)和檢查而言，所有與外殼板不接界的燃油艙與船底外板之間相距不應(yīng)小于最小值h(0.76 m)，并與舷側(cè)外板相距不應(yīng)小于最小值w(0.76/1.0 m)。

5.2 參數(shù)定義

針對(duì)常規(guī)船型，就Reg12A第11條款中各項(xiàng)需要量取的參數(shù)定義，注釋見表2。燃油艙與船殼底板接界的布置目前較為少見，不討論。

表2概率性計(jì)算方法的參數(shù)定義注釋m

注釋定義縱向距離Xa 自L最后端至所計(jì)及艙室最后一點(diǎn)的縱向距離,如圖11所示縱向距離Xf 自L最后端至所計(jì)及艙室最前一點(diǎn)的縱向距離,如圖11所示邊部破損垂向距離Zl垂向距離Zu水平距離yport水平距離ystar 自型基線至所計(jì)及艙室最低一點(diǎn)的垂直距離,必須≤Ds,如圖12所示 自型基線至所計(jì)及艙室最高一點(diǎn)的垂直距離,必須≤Ds,如圖12所示 在所計(jì)及艙室與船側(cè)左舷外板之間垂直于中心線量取的最小水平距離,如圖12所示? 在所計(jì)及艙室與船側(cè)右舷外板之間垂直于中心線量取的最小水平距離,如圖12所示?底部破損橫向距離Yp橫向距離Ys垂直距離Z燃油液位高度hF潮汐變化tc 從位于水線dB處或以下艙室的最左的一點(diǎn),至位于船舶中心線右舷BB/2處垂直平面的橫向距離,如圖15所示 從位于水線dB處或以下艙室的最右的一點(diǎn),至位于船舶中心線右舷BB/2處垂直平面的橫向距離,如圖15所示 艙室長(zhǎng)度范圍內(nèi)Z的最小值,在其中任一給定的縱向位置上,Z為該縱向位置處船底板下端至該縱向位置處艙室下端的垂直距離,如圖15所示1.025 (dp??+tc-Zl) 0/-2.5

注：*①對(duì)于非對(duì)稱布置的燃油艙，水平距離需考慮左右兩側(cè)分別破損的概率，并求平均值。②在舭部彎曲處，如圖13和圖14所示時(shí)，則在基線以上距離小于H(H為min(B/10,3)或者艙頂)的情況下無需考慮yport/ystar。**dp定義見表1。

5.3 數(shù)學(xué)意義

在確定完上述各項(xiàng)參數(shù)后，可以根據(jù)成熟的EXCEL模板填入數(shù)據(jù)或者直接由NAPA得出需要的計(jì)算結(jié)果。雖然概率性計(jì)算方法較為復(fù)雜，但仔細(xì)分析其公式，還是可以得出以下規(guī)律，以幫助在計(jì)算前有一個(gè)初步、快速的判斷。

1)邊部破損。

①根據(jù)y/Bs與PST的關(guān)系式(詳見規(guī)范，此處不贅述)繪制圖16?？梢钥闯霎?dāng)y/Bs≥0.3時(shí)，邊部的水平破損概率PST即為0，則該艙的邊部破損概率PS為0[5]。

②在舭部彎曲處，若艙頂高度Zu低于H(min(B/10,3))時(shí)，無需考慮y，則可以理解為邊部的水平破損概率PST為0，則該艙的邊部破損概率Ps為0，如圖14所示。

2)底部破損。

①根據(jù)z/Ds與PBZ的關(guān)系式(詳見規(guī)范，此處不贅述)，繪制于圖16?？梢钥闯霎?dāng)z/Ds≥0.3時(shí)，底部的橫向破損概率PBZ為0，則該艙的底部破損概率PB為0[2]。

②底部破損的泄油量以壓力平衡原理為基礎(chǔ)，能夠看出當(dāng)hF+Zl>Zu時(shí)，破損后的燃油油位高于該艙艙頂，即沒有任何燃油泄露，則該艙底部破損的泄油量OB為0。

根據(jù)5.3.1～5.3.2分析可得，燃油艙保護(hù)計(jì)算前，如滿足上述條件，可直接判斷該艙平均泄油量為0，而無需再填寫其他參數(shù)。如此可簡(jiǎn)化計(jì)算流程，提高計(jì)算效率，如圖2燃油艙保護(hù)計(jì)算的流程圖所示。

6 燃油管路閥件布置

1)與船底距離小于h，或與船舷的距離小于w的燃油管道，應(yīng)在燃油艙內(nèi)或緊鄰燃油艙安裝閥門或類似關(guān)閉裝置，且距船底不小于h/2。

2)燃油艙內(nèi)的吸阱可伸入由距離h所定義的邊界線以下的雙層底內(nèi)，但這種吸阱應(yīng)盡可能小，還應(yīng)適合于吸管尺寸和覆蓋的面積，且阱底與船底殼板的距離應(yīng)不小于h/2。

3)對(duì)于采用概率性計(jì)算方法中允許布置在距船底或舷側(cè)小于h或w位置的燃油艙，其閥門可分別位于小于h或w的位置。

4)燃油艙的空氣透氣管和溢流管不視為燃油管路，可位于距舷側(cè)小于w的位置。

為便于理解以某采用概率性計(jì)算的集裝箱船燃油輸送原理圖為例進(jìn)行說明。如圖17所示，燃油艙的駁運(yùn)管路與船底距離小于h，因此管路內(nèi)的遙控閥設(shè)為單作用，即故障安全型閥，且安裝高度要求不小于h/2。

7 常見問題

1)概率性計(jì)算是否需要完工版。計(jì)算中用到空船重量對(duì)應(yīng)的吃水dm，并得出dm越小、dp越小，hF越小、OB越大、OMB大、OM越大。進(jìn)行燃油艙保護(hù)計(jì)算時(shí)，空船重量為初步估算，整船稱重試驗(yàn)后，dm會(huì)有所變化。雖然還沒有船級(jí)社要求完工版，但建議計(jì)算時(shí)適當(dāng)減小dm，以提高平均泄油量參數(shù)OM，確保足夠的余量[3]。

2)充裝率與滲透率。規(guī)范中對(duì)于充裝率和滲透率做出了明確的規(guī)定，分別為0.98和0.99。雖然這兩項(xiàng)乘積對(duì)結(jié)果的影響甚微，但仍有必要對(duì)使用中的具體情況給出如下說明。

(1)凈艙容Vnet，即考慮結(jié)構(gòu)折扣系數(shù)后的艙容。根據(jù)實(shí)船情況調(diào)整，Reg12A并無規(guī)定。

(2)Reg12A中提到的燃油容量(滿艙時(shí))系指0.98Vnet，包括小燃油艙，總?cè)加土緾以及單個(gè)燃油艙的容量要求，詳見表1。

(3)邊部破損的泄油量系指0.98×0.99×Vnet，此時(shí)需要考慮滲透率。

(4)底部破損的泄油量系指0.98×0.99×Vnet-破損后的燃油量。破損后的燃油量根據(jù)hF查艙容表。

3)位于機(jī)艙的燃油艙底部破損Yp、Ys和z的量取位于機(jī)艙的燃油艙底部破損Yp、Ys和z的量取如圖18所示。位于機(jī)艙尾部的燃油艙，一般z值會(huì)大于0.3Ds，若先填寫Yp和Ys值，會(huì)發(fā)現(xiàn)該艙完全位于dB水線以上，但若先行填寫z值，則可規(guī)避這兩項(xiàng)數(shù)值的填寫，直接得出該艙底部破損概率為0。

8 結(jié)論

隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)苛，燃油艙保護(hù)勢(shì)必成為船東、船級(jí)社和港監(jiān)在船舶設(shè)計(jì)、建造和營(yíng)運(yùn)時(shí)關(guān)注的重點(diǎn)[4]，如DNVGL Clean Design和LR ECO(P)入級(jí)符號(hào)的要求遠(yuǎn)高于Reg12A，尤其對(duì)滑油艙也有類似的保護(hù)要求，包括單個(gè)燃油艙容量不得大于1 500 m3等。此外，Reg12A在改裝船上的應(yīng)用[5]，以及對(duì)新型燃料如LNG、甲醇和行駛在極地水域的船舶如何適用等問題，還有待進(jìn)一步探討和研究。

[1] 楊博.概率燃油艙保護(hù)計(jì)算在NAPA中的實(shí)現(xiàn)[J].上海造船，2010(2)：15-18.

[2] 柳衛(wèi)東.MARPOL公約經(jīng)修訂的附則I“第12A條：燃油艙保護(hù)”研究[J].船舶，2007(6)：17-22,47.

[3] 尹遜濱.有關(guān)燃油艙保護(hù)的探討[J].上海造船，2006(4)：30-32.

[4] 潘峰.船舶防油污現(xiàn)狀研究及展望[J].船舶工程，2013(A1)：1-4.

[5] 劉金剛.VLCC改裝為VLOC時(shí)燃油艙保護(hù)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)[J].船舶設(shè)計(jì)通訊，2011(1):8-11.