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CCS海上可移动养殖工船设计相关要求浅析

2020-09-07 20:05:39
来源:中国船检 编辑: 国际船舶网 我有话要说

海上可移动养殖工船作为全新的养殖载体,能够实现自由游弋养殖,适应南北接力养殖的需要,将船舶海洋工程装备与工业化养殖相融合,实现海洋养殖业绿色、持续、高质量发展。开发或改造适宜的海上可移动养殖工船,以全面适应我国养殖生产的需求已经迫在眉睫。中国船级社针对海上可移动养殖工船推出适用指南,本文对CCS海上可移动养殖工船相关规范指南应用进行浅析。

船型

本类船型主要用于国内某海域(沿海、近海、远海)开展鱼类船上养殖及加工,可在设计海域自由游弋航行(躲避台风、选择适宜养殖海域等),并在预定海域开展定点养殖及加工作业。根据设计功能,选择适合的主尺度及养殖水体(载重吨从小到大可达10万吨级),自持力一般至少30天,有的设计可达3个月,一般而言,船型越大,规模经济效益越显著。该船型一般具有鱼类养殖、鱼苗培育、饵料加工、饵料储存、鲜鱼冷藏、活鱼运输及饵料投送功能,通常配备低速主柴油机或采用电力推进方式,配备应急/养殖发电机,设置用于养殖作业定位的锚泊系统、起重机和货物转驳设施、养殖水循环交换系统或具备自然交换功能、养殖供氧系统或设施、养殖控制系统、成品鱼储藏库等养殖加工设备系统。

CCS《海上渔业养殖设施检验指南》对可移动养殖工船定义为具有船形、排水型结构的,具备自航能力的,在漂浮状态下采用定位系统,可抵御一定海况,在设定作业水深下能够进行渔业养殖的设施。可移动养殖工船对应主要状态:航行状态(含迁航)、养殖状态(锚泊)。可移动养殖工船具有单层连续甲板或多层甲板、双层底、单壳或双壳、机舱位于尾部、起居处所和驾驶室也布置在尾部,设置水密或通海养殖舱,目前可移动养殖工船主要有两种形式:具有通海养殖舱的养殖工船和具有封闭养殖舱的养殖工船。具有通海养殖舱系指设置通海养殖舱即一个或多个养殖舱与海水连通,参见图1;具有封闭养殖舱系指设置水密养殖舱即所有养殖舱与海水不连通,参见图2。  

图1

图2

总布置

1、分舱布置

新建可移动封闭养殖工船不同于传统货船,其以养殖为目的兼有繁育、加工、运输等附加功能,所以其布置基于前述目标,除遵循CCS《钢质海船入级规范》(钢规)的基本的要求(水密舱壁布置、防撞舱壁布置、尾尖舱及机器处所的舱壁布置、水密舱壁和内部甲板上的开口、围壁通道的布置和水密性、开口及关闭装置、双层底布置、隔离空舱布置、首部干舷甲板及防撞舱壁布置、燃油舱布置等)外,还应尽量满足功能需求如:养殖舱应设计为能够实现易排污物、提供鱼类生活的适宜流态环境,控制晃荡影响,减少振动噪音等。养殖舱不宜过大,舱长和舱宽之比可定在1:1或经过流体势流分析计算确定。养殖舱舱壁保证光滑,舱壁一般设计为双层舱壁或其他形式。养殖舱舱壁底部采用斜凳板,内底板由四周向舱中央排水区域采用斜折形式,形成类似浅漏斗的形状。

若采用干货船(如散货船、杂货船等)改造养殖工船还应特别注意晃荡影响,分舱布置尽可能避免晃荡载荷对船体结构及鱼类的影响。 

2、其他布置

新建封闭养殖工船一般为封闭甲板,但养殖舱均应设置适当的养殖舱口。正常养殖工况时,养殖舱口还有投入阳光、投饲饲料和起收鱼功能,当海况环境不理想时,该舱口盖可以关闭,以保证养殖工船安全并避免外界条件对鱼类的不利影响。

养殖工船若设置鱼类加工区,则该区应与起重机协调考虑。甲板起重机的作业区域应能覆盖到养殖舱上方的主要作业区域,用于鱼类、饲料、需维修/更换的设备等的起吊。转运吊机用于养殖工船与渔船或供应船之间的鱼类、饲料、补给物资等转运。

舱室、消防、防污染、救生、信号等布置满足挂旗国主管机关有关要求。

稳性

1、航行工况

船在预定航区内航行(含迁航)不受限制,自由航行时,应满足“钢规”第2篇相关要求,有限航区船舶适用于“钢规”第10篇的相关规定,养殖舱如设置舷侧通海孔,不计入浮力。对于非国际航行的养殖工船而言,完整稳性及破舱稳性还应满足主管机关要求。

2、养殖工况

船在漂浮状态下较长时间养殖作业,定位养殖时,在漂浮状态下的完整稳性应满足《海上移动平台入级规范》(移规)第3篇对水面式平台的相关规定,在漂浮状态下的破损稳性应满足“移规”第3篇对水面式平台的相关规定,养殖舱如设置舷侧通海孔,不计入浮力。

养殖工况完整稳性衡准如下:

(1)如图3,至第2交点或进水角处的复原力矩曲线下的面积中的较小者,至少应比至同一限定角处风倾力矩曲线下面积大40%;

(2)复原力矩曲线从正浮至第2交点的所有角度范围内,均应为正值。且在所有漂浮作业工况的整个吃水范围内,经自由液面修正后的初稳性高度应不小于 0.15m。

图3  典型完整状态静水力曲线图

养殖工况破损稳性衡准如下:

应具有足够的干舷、储备浮力和稳性,以便在任何作业工况下,任何舱室受到破损范围规定的破损,并在来自任何方向,风速为25.8 m/s(50kn)的风倾力矩作用下,计及下沉、纵倾和横倾的联合影响后,破损水线应低于可能导致发生继续进水的任何开口的下缘。

结构

1、通海养殖舱附加标志

具备通海养殖舱的可移动养殖工船突破常规,为区分于封闭养殖工船,对其安全进行特别评估并授予“通海养殖舱”附加标志“Free-flooding Fishery Holds Nos(X1,X2,……)”,其适用于一个或多个养殖舱通过舷侧开孔的形式与外海相通,并在括号内标明具体的通海养殖舱。该附加标志仅适用于有通海养殖舱的可移动养殖工船。

2、结构尺寸

(1)结构尺寸依据指南引用的“钢规”第2篇适用要求,建议考虑养殖水体腐蚀环境影响,来初步确定,如必要,主要支撑构件可根据直接计算结果进行调整。

(2)有限航区航行的船舶可以根据“钢规”第10篇相关规定进行折减。

(3)通海养殖工船的船体内部仅一侧与外海邻接的水密边界舱壁应满足对深舱的要求,根据通海养殖舱的海水载荷特点,可以要求增加其构件尺寸。如果通海养殖工船的养殖工况比航行工况吃水大,水密边界外板应满足“钢规”对外板的要求;两边始终承受相等压力的养殖舱横舱壁,其结构尺寸可按对水密舱壁的要求评估;如必要,可根据直接计算结果和实际环境条件对构件尺寸进行调整。

(4)总纵强度根据“钢规”相关规定进行评估,考虑各工况最危险载荷,波浪载荷可以通过直接预报或模型试验获得。

3、直接计算

应对该船型进行直接计算评估,直接计算考虑航行工况(含迁航)和养殖工况。航行工况的直接计算根据“钢规”第2篇适用要求,养殖工况的直接计算根据“移规”对水面式平台的适用要求。

(1)航行工况直接强度计算

计算载荷:静水弯矩可取许用静水弯矩,波浪弯矩根据“钢规”第2篇或水动力分析计算获得。计算评估及建模范围:有限元建模选取(图4)包含左舷及右舷全舱的中间三个舱(四个舱)作为舱段有限元分析的建模区域,中间舱的计算结果作为舱段有限元分析的应力读取区域。装载工况的选取:按装载手册中航行工况(压载、满载、隔舱<如有时>等)。屈服屈曲强度校核按CCS“钢规”要求。

图4

(2)养殖工况直接强度

环境条件:根据特定作业场地和作业季节,确定环境条件;可适当考虑设计方设定的撤离条件。计算载荷:根据技术规格书中要求的养殖工况波浪条件相关参数进行波浪载荷预报。波浪载荷计算软件可按公认软件,采用设计波方法进行载荷计算,波浪主控参数仍选择垂向弯矩,垂向弯矩可由所在海域的短期统计(短期统计超越概率10%)得出。计算评估及建模范围:同航行工况。装载工况的选取:装载工况选取装载手册中实际的装载工况。屈服屈曲强度校核按“移规”要求。

(3)疲劳强度分析

可按CCS《海洋工程结构物疲劳强度评估指南》要求建模分析,考虑不同工况(航行含迁航、养殖)下的疲劳强度。根据不同工况在服役期间所占时间比例不同,应对每一种需考虑的载荷工况分别计算损伤度,然后按照各个工况在评估目标服役期中的比例加权计算总的疲劳损伤。设计疲劳寿命一般不小于20年,也可按照船东要求增加设计寿命。对于主船体疲劳热点除常规船型要求外还应考虑其特有结构节点。

4、其他问题

(1)晃荡评估

① 养殖舱进行晃荡载荷下的结构强度计算,晃荡载荷及养殖舱的结构尺寸评估应满足《液舱晃荡载荷及构件尺寸评估指南》适用要求,其中的晃荡载荷也可以通过模型试验获到。

② 若设置有效的防晃荡措施,并能提供相应的试验、理论依据、使用经验,经CCS同意,可以接受作为上述①的代替和等效方法。

(2)试验验证

通海养殖工船:设置通海养殖舱,通海孔(包括鱼类的拦阻装置)的进水/出水速度或时间周期对船体运动参数及载荷会产生一定影响,应进行必要的模型试验,确定如下要素:

① 航行工况时,确定水动力载荷(含晃荡)、总纵强度计算载荷的影响以及船舶运动参数的影响;

② 养殖工况时,确定水动力载荷(含晃荡)、总纵强度计算载荷、锚泊系统的系泊力以及对养殖工船的影响。

(3)腐蚀问题

封闭养殖工船:封闭舱养环境需要不断补充氧气,养殖舱水体内含氧量较大,设计时应尤其关注其腐蚀问题,应结合其所在部位,处所的环境条件以及所采用的防腐措施,考虑合适的腐蚀余量。

(4)振动和噪声

除满足公约或法规基本要求外,还应关注振动和噪音对鱼的生活的影响,满足鱼类对对振动噪声的耐受度。

(5)船上人员

养殖工船上一般工作人员较多,而可移动养殖工船航行或迁移时,若养殖人员(非船员)不撤离,且人数超过12人,则本船的设计还应考虑特殊用途船的要求。

系泊定位

1、形式

传统系泊定位系统包括:多点系泊、单点系泊(深水为转塔形式、浅水为软钢臂形式)、单锚链系泊(重力式或吸力式锚/桩等)、动力定位等,但这些方式要么造价高,要么无法保证可移动养殖工船自主起抛锚,影响其应急避台的功能实现,因此,业界一般采取一套拖曳式大抓力锚,抛单锚在指定海域定位使用。

2、评估

建议采用水动力数值模拟、数字水池技术验证或模型试验验证等方法对养殖工船系泊系统进行安全评估。系泊养殖工况时,定位系泊系统参照“移规”第8篇第8章的相关规定,对于远离其他结构物作业的养殖工船,其系泊系统需使用重现期不少于5年的最大设计条件。对于靠近其他结构物作业的养殖工船,其最大设计条件应具有不小于10年的重现期。设计环境条件可基于操作手册中限定的作业区域的季节性特点(规定作业季节)考虑,并满足设计方指定的环境条件,计算工况结合实际作业考虑。

养殖作业时,养殖工船若设计为单根锚链时,应考虑其风险因素,系泊索安全系数按动力分析法或按静力分析法选择对应合适的数值。应尽最大可能避免走锚并设置有关监测系统监控系泊变化情况。恶劣天气出现时,如加大走锚风险或破坏鱼类的生存条件,应根据天气预报及时采取有效措施避开恶劣天气;躲避恶劣天气的限制工况条件应在养殖操作手册中明确。

其他系统

1、动力系统

本船可按“钢规”要求配置,但本船功能是以养殖与加工为主,动力系统的配备以满足养殖为主的经济性为主要考虑因素,航速并无严格要求,也暂无EEDI限制,该类船的航速一般不超过10kn,主推进主机选型有别于常规货船。

2、养殖系统

养殖系统设计以满足设计规格书或行业标准为准,但循环水处理系统(若有)、饲料处理单元、鱼饲料投喂单元、死鱼处理装置、监控系统、捕鱼装置、输送系统(若有)应至少有制造厂证明并适合海上使用。封闭式养殖系统:用于鱼类的海上舱内养殖,该系统配备循环水处理、水质监控、死鱼搜索、养殖照明、鱼饲料储存、鱼饲料投饲、水温调控、视频监控、生物监测、捕捞系统、输送系统、和集中控制,实现智能化养殖。通海式养殖系统:上述封闭式养殖系统的循环水系统和水温调控系统不考虑,其他类似。

小结

可移动养殖工船是一种不同于常规船型的新颖船型,既能自主航行又能定点养殖作业(维持锚泊状态),对其研究和认识也在不断进行中,本文对一些设计要求进行初步探讨,以期对可移动养殖工船的设计有所参考和帮助,设计要求还应以船级社发布的指南为准。主要结论如下:

1、可移动养殖工船按养殖舱类型可分为具有通海养殖舱养殖工船(设置通海养殖舱暨一个或多个养殖舱与海水连通)和具有封闭养殖舱养殖工船(设置水密养殖舱暨所有养殖舱与海水不连通),两种不同形式的养殖工船对应的设计要求特别是稳性和结构设计要求有很大差异。

2、可移动养殖工船的设计要求应涵盖航行状态和锚泊状态。

3、可移动养殖工船是定制型功能性船型,布置、动力、电气等系统的设计应主要考虑养殖需要。

4、系泊定位系统是可移动养殖工船设计的一个关键技术,应结合项目设计任务书如拟养殖区域,季节、天气等各方面因素,保证其安全和功能。

5、可移动养殖工船设计要求需要考虑鱼类生活习性的要求,其舱壁形式、振动、噪音、晃荡、涂料等应给予关注。

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