溢油回收作业船作业率分析范文

《船舶工程杂志》2016年第一期

摘要：

采用数值方法，结合作业海域波浪散布图以及相关耐波性衡准要求，针对不同尺度的船舶开展系列耐波性和作业率的计算，以此综合分析不同海域和耐波性衡准下主尺度对溢油回收作业船作业率的影响。计算结果显示，在考虑人员作业、直升机起降作业及溢油回收机回收作业这三个作业率的情况下，船长与人员作业率、直升机起降作业率基本成正相关性，而溢油回收机回收作业率与船长成负相关性，吃水对上述三个作业率指标影响较小。

关键词：

溢油回收作业船；主尺度；耐波性；作业率

深水油田环保作业船作为一种在深水海域进行作业的海洋工程辅助船，在海上风、浪、流的作用下，船舶的摇摆和升沉等运动会对人员活动、直升机起降以及收油机的收油作业带来影响。若在零航速或低速航行时船舶的耐波性不好，会直接影响人员和收油设备的作业安全和作业效率。因此，船舶零航速或低航速下耐波性能的好坏直接决定了作业功能能否实现。鉴于此，本文研究主尺度对溢油回收作业率的影响，主要从船长和吃水两方面加以分析。

1研究方法和计算模型

1.1研究方法采用数值方法研究主尺度对耐波性能的影响，具体方法是针对不同尺度的船舶开展系列耐波性计算，得到运动响应传递函数（RAO），同时结合作业海域波浪散布图以及相关耐波性衡准要求，进行作业率计算，以此综合分析不同海域和耐波性衡准下主尺度对运动性能的影响特性。耐波性计算采用成熟商业软件HydroStar进行，该软件基于三维频域势流理论。考虑到环保作业船的作业特点，计算均在零航速下进行。

1.2计算模型计算模型共两组，一组为不同船舶长度模型，共6个，表1列出了不同计算模型的主尺度及参数，不同长度船舶均采用某环保作业船进行母型变换得到；另一组为不同船舶吃水模型，共3个吃水，表2列出了其主尺度及参数。

1.3作业海域环境条件为了进行作业率的计算，需要指定船舶的作业海域以及不同作业类型时的耐波性衡准值。该船的主要作业海域为中国南海海域。根据文献[1]，中国南海相关区域被划分为10个区块，如图1所示。S1和S4海区聚集了较多的海洋油气田及相关设施，其中，S4海区波浪条件在10个区块中最为恶劣，因此，选取S1和S4海区作为该环保作业船的作业海域。此外，为了研究不同海域船型主尺度对耐波性的影响特性，本文还选取了国际船级社协会（IACS）推荐的一套标准波浪散布图[2]，该波浪散布图由北海若干海域综合分析得到，通常代表全球最恶劣海况。

2溢油回收船作业率衡准

研究采用的衡准包括人员运动的极限衡准和设备（直升机、内置式收油机）正常使用的衡准。表3列出了人员不同工作类型的运动极限衡准值，表4列出了直升飞机起降的运动衡准值，表中所列均为1/3单幅有义值。人员运动考核点为驾驶甲板驾驶位置和尾部1站处，直升机起降作业运动考核点为直升机甲板中心。舷侧内置式收油机进行收油作业时，存在一个最佳工作水线区域以及可工作水线区域，如图2所示。最佳工作水线区域为5900mm～6200mm，可工作水线区域为5340mm～7000mm。为了定量给出收油作业时的耐波性衡准，做出如下假定：因为主要作业海域的波浪平均周期约为6.5s，则一小时内遭遇的波浪次数约为553次，假设溢油回收门上边缘入水或者下边缘出水的次数总和占遭遇波浪次数的80%，即约442次，同时假设上边缘入水或下边缘出水次数相当，则上边缘入水或者下边缘出水的耐波性衡准值约为每小时221次。此外，溢油回收门的上边缘和下边缘中心的坐标分别为（8.49,±10.0,7.0）和（8.49,±10.0,5.34），其中，x坐标为船舯，z坐标为基线，不同主尺度计算模型的溢油回收门坐标值相同。

3计算结果

3.1不同船长作业率对比分析项目进行了不同长度船舶给定海域作业率的计算和对比分析。计算分别在浪向0°～180°、每隔15°情况下进行，作业率由各浪向加权得到，各浪向加权系数相等。不同作业类型的作业率比较如图3～图6所示。

3.1.1智力工作和重手工劳动从图3和图4可以看出，对于智力工作和重手工劳动而言，其作业率随船长的变化趋势基本相同，随着船长的增加，作业率逐渐上升，在船长80m～85m附近达到一个局部峰值，随后作业率开始下降，在船长90m附近达到局部谷值，随着船长的继续增加，作业率开始增加。对于产生这一变化趋势的原因，笔者认为可以从以下两方面加以考虑：首先，随着船长的增加，纵向运动总体呈现减缓的趋势，这对提高作业率是有利的；其次，从智力工作和重手工劳动的作业衡准来看，其作业主要受作业位置的垂向/横向加速度和横摇的影响。本次研究中横摇计算均采用相同的参数，因此横摇的影响可以暂不考虑，而作业位置的加速度不仅与船体的运动有关，还与该位置船体重心的离有关[5]。例如，对于驾驶室垂向加速度而言，其与纵摇、垂荡和重心纵向离有关。由于溢油回收船型的驾驶室位置通常位于艏楼，因此随着船长的增加，驾驶室与船舶重心的纵向距离也会随之加大，这对增大作业率是不利的。因此，对于此类作业而言，随着船长的增加，作业率出现了上述变化趋势。

3.1.2直升飞机起降作业从图5来看，对于直升飞机起降作业，其作业率变化趋势与上述智力工作和重手工劳动不同，并未出现波动现象，而是随船长增加逐渐增大，但增加的速度不尽相同。例如，对于S1和S4海区而言，船长在60m～80m之间变化时，作业率增加速度相对较快，而在80m～90m之间变化时，其增加速度则放缓；但对于IACS推荐海区而言，船长在80m～90m之间变化时，作业率则有相对较快的增加速度。由此可见，不同作业海区的作业率变化形式不尽相同。

3.1.3浮油回收作业对于浮油回收作业而言，其作业率随船长增加的变化趋势与上述三种作业形式截然不同。从图6中可以看出，随着船长的增加，浮油回收作业率逐渐降低。出现这一变化趋势主要是因为浮油回收作业主要受收油门的出水或入水所限制，而船体结构的出水或入水是由船体和波浪的相对运动决定的。对假定的船舶零航速计算而言，当船长相对波长较小时，船舶运动形式更接近于“随波逐流”的状态。因此，虽然船体的绝对运动可能较大，但船体结构与波面的相对运动却较小，这也使得收油门出水或入水更不容易发生，有利于浮油回收作业的进行。此外，从图6中还可看出，船长在80m～90m之间变化时，作业率的下降趋势略有增加，IACS海区更是如此，对于S1和S4海区，当船长位于90m～100m时，其作业率几乎不受影响。

3.2不同吃水作业率对比分析项目同时进行了不同吃水船舶在给定海域作业率的计算和对比，计算分别在浪向0°～180°、每隔15°下进行，作业率由各浪向加权得到，各浪向加权系数相等。不同作业类型的作业率比较如图7～图9所示。从图中结果来看，总体而言，吃水对作业率影响不大。对于智力工作和重手工劳动而言，随着吃水的增加，作业率略有下降趋势，IACS海域较S1和S4海区明显。对于直升飞机起降作业，随着吃水增加，S1和S4海区作业率有下降趋势，而IACS海区则不明显。

4结论

综上所述，作业率随船长的变化趋势因作业类型的不同而不同，作业海域对作业率变化的缓急程度也有一定影响。在考虑人员作业、直升机起降作业及溢油回收机回收作业这三个作业率的情况下，船长与人员作业率、直升机起降作业率基本成正相关性，而溢油回收机回收作业率与船长成负相关性，吃水对上述三个作业率指标影响较小。本研究中，对于智力工作和重手工劳动，船长位于80m～85m之间时，作业率有一个局部峰值；对于直升飞机起降，船长位于80m～90m时的作业率较60m和70m时的作业率明显增大，且在该范围内作业率变化平稳；浮油回收作业时，作业率随船长增加而逐渐下降，当船长在80m～90m之间变化时，作业率的下降趋势略有增加。由此可见，当船长在80m～85m附近时，各种作业形式均能获得较为合理的作业率。

参考文献：

[1]方钟圣,金承仪,缪泉明.西北太平洋波浪统计集[M].北京:国防工业出版社,1995.

[2]DNV.EnvironmentalConditionsandEnvironmentalLoads[S].2010.

[3]NORDFORSK.AssessmentofShipPerformanceinaSeaway[M].NORDEN,1987.

[4]GJB4000—2000.舰船通用规范[S].2000.

[5]冯铁城,朱文蔚,顾树华.船舶操纵与摇荡[M].北京:国防工业出版社,1989.

作者：邰宜峰 单位：上海船舶研究设计院