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CCS海上可移動養殖工船設計相關要求淺析

2020-09-07 20:05:39
來源:中國船檢 編輯: 國際船舶網 我有話要說

海上可移動養殖工船作為全新的養殖載體,能夠實現自由游弋養殖,適應南北接力養殖的需要,將船舶海洋工程裝備與工業化養殖相融合,實現海洋養殖業綠色、持續、高質量發展。開發或改造適宜的海上可移動養殖工船,以全面適應我國養殖生產的需求已經迫在眉睫。中國船級社針對海上可移動養殖工船推出適用指南,本文對CCS海上可移動養殖工船相關規范指南應用進行淺析。

船型

本類船型主要用于國內某海域(沿海、近海、遠海)開展魚類船上養殖及加工,可在設計海域自由游弋航行(躲避臺風、選擇適宜養殖海域等),并在預定海域開展定點養殖及加工作業。根據設計功能,選擇適合的主尺度及養殖水體(載重噸從小到大可達10萬噸級),自持力一般至少30天,有的設計可達3個月,一般而言,船型越大,規模經濟效益越顯著。該船型一般具有魚類養殖、魚苗培育、餌料加工、餌料儲存、鮮魚冷藏、活魚運輸及餌料投送功能,通常配備低速主柴油機或采用電力推進方式,配備應急/養殖發電機,設置用于養殖作業定位的錨泊系統、起重機和貨物轉駁設施、養殖水循環交換系統或具備自然交換功能、養殖供氧系統或設施、養殖控制系統、成品魚儲藏庫等養殖加工設備系統。

CCS《海上漁業養殖設施檢驗指南》對可移動養殖工船定義為具有船形、排水型結構的,具備自航能力的,在漂浮狀態下采用定位系統,可抵御一定海況,在設定作業水深下能夠進行漁業養殖的設施?梢苿羽B殖工船對應主要狀態:航行狀態(含遷航)、養殖狀態(錨泊)?梢苿羽B殖工船具有單層連續甲板或多層甲板、雙層底、單殼或雙殼、機艙位于尾部、起居處所和駕駛室也布置在尾部,設置水密或通海養殖艙,目前可移動養殖工船主要有兩種形式:具有通海養殖艙的養殖工船和具有封閉養殖艙的養殖工船。具有通海養殖艙系指設置通海養殖艙即一個或多個養殖艙與海水連通,參見圖1;具有封閉養殖艙系指設置水密養殖艙即所有養殖艙與海水不連通,參見圖2。  

圖1

圖2

總布置

1、分艙布置

新建可移動封閉養殖工船不同于傳統貨船,其以養殖為目的兼有繁育、加工、運輸等附加功能,所以其布置基于前述目標,除遵循CCS《鋼質海船入級規范》(鋼規)的基本的要求(水密艙壁布置、防撞艙壁布置、尾尖艙及機器處所的艙壁布置、水密艙壁和內部甲板上的開口、圍壁通道的布置和水密性、開口及關閉裝置、雙層底布置、隔離空艙布置、首部干舷甲板及防撞艙壁布置、燃油艙布置等)外,還應盡量滿足功能需求如:養殖艙應設計為能夠實現易排污物、提供魚類生活的適宜流態環境,控制晃蕩影響,減少振動噪音等。養殖艙不宜過大,艙長和艙寬之比可定在1:1或經過流體勢流分析計算確定。養殖艙艙壁保證光滑,艙壁一般設計為雙層艙壁或其他形式。養殖艙艙壁底部采用斜凳板,內底板由四周向艙中央排水區域采用斜折形式,形成類似淺漏斗的形狀。

若采用干貨船(如散貨船、雜貨船等)改造養殖工船還應特別注意晃蕩影響,分艙布置盡可能避免晃蕩載荷對船體結構及魚類的影響。 

2、其他布置

新建封閉養殖工船一般為封閉甲板,但養殖艙均應設置適當的養殖艙口。正常養殖工況時,養殖艙口還有投入陽光、投飼飼料和起收魚功能,當海況環境不理想時,該艙口蓋可以關閉,以保證養殖工船安全并避免外界條件對魚類的不利影響。

養殖工船若設置魚類加工區,則該區應與起重機協調考慮。甲板起重機的作業區域應能覆蓋到養殖艙上方的主要作業區域,用于魚類、飼料、需維修/更換的設備等的起吊。轉運吊機用于養殖工船與漁船或供應船之間的魚類、飼料、補給物資等轉運。

艙室、消防、防污染、救生、信號等布置滿足掛旗國主管機關有關要求。

穩性

1、航行工況

船在預定航區內航行(含遷航)不受限制,自由航行時,應滿足“鋼規”第2篇相關要求,有限航區船舶適用于“鋼規”第10篇的相關規定,養殖艙如設置舷側通?,不計入浮力。對于非國際航行的養殖工船而言,完整穩性及破艙穩性還應滿足主管機關要求。

2、養殖工況

船在漂浮狀態下較長時間養殖作業,定位養殖時,在漂浮狀態下的完整穩性應滿足《海上移動平臺入級規范》(移規)第3篇對水面式平臺的相關規定,在漂浮狀態下的破損穩性應滿足“移規”第3篇對水面式平臺的相關規定,養殖艙如設置舷側通?,不計入浮力。

養殖工況完整穩性衡準如下:

(1)如圖3,至第2交點或進水角處的復原力矩曲線下的面積中的較小者,至少應比至同一限定角處風傾力矩曲線下面積大40%;

(2)復原力矩曲線從正浮至第2交點的所有角度范圍內,均應為正值。且在所有漂浮作業工況的整個吃水范圍內,經自由液面修正后的初穩性高度應不小于 0.15m。

圖3  典型完整狀態靜水力曲線圖

養殖工況破損穩性衡準如下:

應具有足夠的干舷、儲備浮力和穩性,以便在任何作業工況下,任何艙室受到破損范圍規定的破損,并在來自任何方向,風速為25.8 m/s(50kn)的風傾力矩作用下,計及下沉、縱傾和橫傾的聯合影響后,破損水線應低于可能導致發生繼續進水的任何開口的下緣。

結構

1、通海養殖艙附加標志

具備通海養殖艙的可移動養殖工船突破常規,為區分于封閉養殖工船,對其安全進行特別評估并授予“通海養殖艙”附加標志“Free-flooding Fishery Holds Nos(X1,X2,……)”,其適用于一個或多個養殖艙通過舷側開孔的形式與外海相通,并在括號內標明具體的通海養殖艙。該附加標志僅適用于有通海養殖艙的可移動養殖工船。

2、結構尺寸

(1)結構尺寸依據指南引用的“鋼規”第2篇適用要求,建議考慮養殖水體腐蝕環境影響,來初步確定,如必要,主要支撐構件可根據直接計算結果進行調整。

(2)有限航區航行的船舶可以根據“鋼規”第10篇相關規定進行折減。

(3)通海養殖工船的船體內部僅一側與外海鄰接的水密邊界艙壁應滿足對深艙的要求,根據通海養殖艙的海水載荷特點,可以要求增加其構件尺寸。如果通海養殖工船的養殖工況比航行工況吃水大,水密邊界外板應滿足“鋼規”對外板的要求;兩邊始終承受相等壓力的養殖艙橫艙壁,其結構尺寸可按對水密艙壁的要求評估;如必要,可根據直接計算結果和實際環境條件對構件尺寸進行調整。

(4)總縱強度根據“鋼規”相關規定進行評估,考慮各工況最危險載荷,波浪載荷可以通過直接預報或模型試驗獲得。

3、直接計算

應對該船型進行直接計算評估,直接計算考慮航行工況(含遷航)和養殖工況。航行工況的直接計算根據“鋼規”第2篇適用要求,養殖工況的直接計算根據“移規”對水面式平臺的適用要求。

(1)航行工況直接強度計算

計算載荷:靜水彎矩可取許用靜水彎矩,波浪彎矩根據“鋼規”第2篇或水動力分析計算獲得。計算評估及建模范圍:有限元建模選取(圖4)包含左舷及右舷全艙的中間三個艙(四個艙)作為艙段有限元分析的建模區域,中間艙的計算結果作為艙段有限元分析的應力讀取區域。裝載工況的選。喊囱b載手冊中航行工況(壓載、滿載、隔艙<如有時>等)。屈服屈曲強度校核按CCS“鋼規”要求。

圖4

(2)養殖工況直接強度

環境條件:根據特定作業場地和作業季節,確定環境條件;可適當考慮設計方設定的撤離條件。計算載荷:根據技術規格書中要求的養殖工況波浪條件相關參數進行波浪載荷預報。波浪載荷計算軟件可按公認軟件,采用設計波方法進行載荷計算,波浪主控參數仍選擇垂向彎矩,垂向彎矩可由所在海域的短期統計(短期統計超越概率10%)得出。計算評估及建模范圍:同航行工況。裝載工況的選。貉b載工況選取裝載手冊中實際的裝載工況。屈服屈曲強度校核按“移規”要求。

(3)疲勞強度分析

可按CCS《海洋工程結構物疲勞強度評估指南》要求建模分析,考慮不同工況(航行含遷航、養殖)下的疲勞強度。根據不同工況在服役期間所占時間比例不同,應對每一種需考慮的載荷工況分別計算損傷度,然后按照各個工況在評估目標服役期中的比例加權計算總的疲勞損傷。設計疲勞壽命一般不小于20年,也可按照船東要求增加設計壽命。對于主船體疲勞熱點除常規船型要求外還應考慮其特有結構節點。

4、其他問題

(1)晃蕩評估

① 養殖艙進行晃蕩載荷下的結構強度計算,晃蕩載荷及養殖艙的結構尺寸評估應滿足《液艙晃蕩載荷及構件尺寸評估指南》適用要求,其中的晃蕩載荷也可以通過模型試驗獲到。

② 若設置有效的防晃蕩措施,并能提供相應的試驗、理論依據、使用經驗,經CCS同意,可以接受作為上述①的代替和等效方法。

(2)試驗驗證

通海養殖工船:設置通海養殖艙,通?(包括魚類的攔阻裝置)的進水/出水速度或時間周期對船體運動參數及載荷會產生一定影響,應進行必要的模型試驗,確定如下要素:

① 航行工況時,確定水動力載荷(含晃蕩)、總縱強度計算載荷的影響以及船舶運動參數的影響;

② 養殖工況時,確定水動力載荷(含晃蕩)、總縱強度計算載荷、錨泊系統的系泊力以及對養殖工船的影響。

(3)腐蝕問題

封閉養殖工船:封閉艙養環境需要不斷補充氧氣,養殖艙水體內含氧量較大,設計時應尤其關注其腐蝕問題,應結合其所在部位,處所的環境條件以及所采用的防腐措施,考慮合適的腐蝕余量。

(4)振動和噪聲

除滿足公約或法規基本要求外,還應關注振動和噪音對魚的生活的影響,滿足魚類對對振動噪聲的耐受度。

(5)船上人員

養殖工船上一般工作人員較多,而可移動養殖工船航行或遷移時,若養殖人員(非船員)不撤離,且人數超過12人,則本船的設計還應考慮特殊用途船的要求。

系泊定位

1、形式

傳統系泊定位系統包括:多點系泊、單點系泊(深水為轉塔形式、淺水為軟鋼臂形式)、單錨鏈系泊(重力式或吸力式錨/樁等)、動力定位等,但這些方式要么造價高,要么無法保證可移動養殖工船自主起拋錨,影響其應急避臺的功能實現,因此,業界一般采取一套拖曳式大抓力錨,拋單錨在指定海域定位使用。

2、評估

建議采用水動力數值模擬、數字水池技術驗證或模型試驗驗證等方法對養殖工船系泊系統進行安全評估。系泊養殖工況時,定位系泊系統參照“移規”第8篇第8章的相關規定,對于遠離其他結構物作業的養殖工船,其系泊系統需使用重現期不少于5年的最大設計條件。對于靠近其他結構物作業的養殖工船,其最大設計條件應具有不小于10年的重現期。設計環境條件可基于操作手冊中限定的作業區域的季節性特點(規定作業季節)考慮,并滿足設計方指定的環境條件,計算工況結合實際作業考慮。

養殖作業時,養殖工船若設計為單根錨鏈時,應考慮其風險因素,系泊索安全系數按動力分析法或按靜力分析法選擇對應合適的數值。應盡最大可能避免走錨并設置有關監測系統監控系泊變化情況。惡劣天氣出現時,如加大走錨風險或破壞魚類的生存條件,應根據天氣預報及時采取有效措施避開惡劣天氣;躲避惡劣天氣的限制工況條件應在養殖操作手冊中明確。

其他系統

1、動力系統

本船可按“鋼規”要求配置,但本船功能是以養殖與加工為主,動力系統的配備以滿足養殖為主的經濟性為主要考慮因素,航速并無嚴格要求,也暫無EEDI限制,該類船的航速一般不超過10kn,主推進主機選型有別于常規貨船。

2、養殖系統

養殖系統設計以滿足設計規格書或行業標準為準,但循環水處理系統(若有)、飼料處理單元、魚飼料投喂單元、死魚處理裝置、監控系統、捕魚裝置、輸送系統(若有)應至少有制造廠證明并適合海上使用。封閉式養殖系統:用于魚類的海上艙內養殖,該系統配備循環水處理、水質監控、死魚搜索、養殖照明、魚飼料儲存、魚飼料投飼、水溫調控、視頻監控、生物監測、捕撈系統、輸送系統、和集中控制,實現智能化養殖。通海式養殖系統:上述封閉式養殖系統的循環水系統和水溫調控系統不考慮,其他類似。

小結

可移動養殖工船是一種不同于常規船型的新穎船型,既能自主航行又能定點養殖作業(維持錨泊狀態),對其研究和認識也在不斷進行中,本文對一些設計要求進行初步探討,以期對可移動養殖工船的設計有所參考和幫助,設計要求還應以船級社發布的指南為準。主要結論如下:

1、可移動養殖工船按養殖艙類型可分為具有通海養殖艙養殖工船(設置通海養殖艙暨一個或多個養殖艙與海水連通)和具有封閉養殖艙養殖工船(設置水密養殖艙暨所有養殖艙與海水不連通),兩種不同形式的養殖工船對應的設計要求特別是穩性和結構設計要求有很大差異。

2、可移動養殖工船的設計要求應涵蓋航行狀態和錨泊狀態。

3、可移動養殖工船是定制型功能性船型,布置、動力、電氣等系統的設計應主要考慮養殖需要。

4、系泊定位系統是可移動養殖工船設計的一個關鍵技術,應結合項目設計任務書如擬養殖區域,季節、天氣等各方面因素,保證其安全和功能。

5、可移動養殖工船設計要求需要考慮魚類生活習性的要求,其艙壁形式、振動、噪音、晃蕩、涂料等應給予關注。

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