1绪言
随着现代科学技术的不断进步，人类对资源的需求日益迫切。作为人类生活、社会生产、国民经济发展中不可或缺的能源动力，全球对石油的需求也在持续增长。石油资源的分布不均确拉动了油轮制造这条副产业链。随着中国经济的快速发展，从2004年起中国就成为了第二大石油进口国，且石油的进口量逐年增加。由于我国进口的成品油主要是通过马六甲海峡等安全敏感地带，这使得我国的能源安全面临巨大的威胁和挑战[1]。因此，我国积极寻求多元化的能源进口渠道，航运市场的成品油运输也随之日益兴盛。
1.1研究的背景、目的及意义
船舶是一种高成本、高技术、长期使用的交通工具，从设计、建造到投入运营需要一个相当长的过程，因此必须从设计阶段开始对其技术及经济稳定的运行进行科学的研究和论证。以入籍船的船级社规范及各公约的要求来对船舶的安全有效运行进行系统设计。而在众多船型中，成品油轮又是高技术、高附加值的船舶，发展到今天已经有很多年的历史，为成品油的运输工作做出了突出的贡献，有效的平衡了世界石油资源分布不均的问题。所以在能源日益失衡、不可再生能源日益减少的今天，成品油轮的中间枢纽工作越来越重要。这要求我们能够设计出更实用、更有经济效益的成品油轮。
1.2国内研究概况
成品油轮，是指装载散装成品油的液货运输船，从广义上讲除了运输散装成品油以外，还可以装运石油、动植物油、液态的天然气和石油气等。由于世界石油资源分布不均，促进了油轮产业的发展。运输原油、成品油等资源的主要行业由中东到日本、中东到西北欧、中东到北美与地中海及其他地区，还有北非到地中海、加勒比海、西非、北海到北美、东南亚到日本等12条航线[2]。根据截止到2010年的数据统计，年运载量已经超过了4000万吨。油轮运输市场的兴旺促进了对油船的需求。
过去10年，我国的油轮运输船队仅能承运约10%的中国进口原油，油轮运力严重不足。在中国交通部提出的“海运强国战略”的方针下，中国造船业更致力于研发出更适合中国特色的成品油运输团队。油价的变化驱动了航速变化、节能高效新型船开发、船舶尺度等多方面与之相适应的调整。我国从广船国际承接了第一批MR型成品油船订单并顺利交付开始，就有很多设计公司对此船
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型进行优化设计，以寻求设计出更节能高效的产品，以期望抓住未来的成品油市场。
1.3国外研究概况
近年来，国际航运市场弱势回落，但成品油船市场仍然有一定的机遇。14年上半年，散货船、油船和集装箱船合计成交量达到了5759万载重吨。目前船市大幅反弹主要还是由MR成品油船、LR2成品油船、18万吨散货船以及大型集装箱船等典型热点船型带动。由于世界炼油格局从美东向墨西哥湾、从日欧向东亚太地区转移，全球成品油海运贸易增长前景明显好于原油。虽然2012年以来船东已经订造了大量MR和LR2型成品油船，较大程度上透支了未来2~3年的市场需求。但是在美国页岩气革命的影响下，全球化学品贸易前景较好，化学品船的投资订造已经蠢蠢欲动[2]。这种中型成品油轮既可以运成品油，又可以运输化学品，能满足各种需求下的灵活转型。
随着日韩从2010年开始设计建造了一批MR型成品油轮，抢占了前期市场。但随着日韩造船市场的成本越来越高、设计建造技术也日趋透明化。我国一些国内的设计公司已经开始自主研发这种能兼做化学品船的MR型成品油船，以期望能迅速抢占未来市场。
1.4本文所做的主要工作
本文以54500吨成品油轮为例，详细阐述货油系统的设计方案及思路，为同类型船的设计提供一个模块化的设计思路。
根据MARPOL Reg.27的正式条款校核油船的完整稳性，不仅可以减少空船重量，增加相应的载重量，节省一套货油管系，更为重要的是在保留货油舱纵舱壁的前提下，可较大幅度的增加货油舱舱容，从而能最大限度的提高油船的经济性指标。而本船主要是从货油系统的角度上来更合理优化的设计，以设计出更为经济性的船型。
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2国内外模块化设计研究现状
2.1国外模块化设计研究
模块化造船的概念萌芽于二战期间的美国大量造船时代，美国利用先进的焊接和分段建造技术将船舶建造成一个个模块，分段组装，以流水线方式完成大批量的造船订单。形成于20世纪60年代日本造船工业兴旺的时期。90年代初期，人们成功地将路用设备的模块安装到了海工平台上使模块化造船这一理念区域成熟。此设计及建造手法最初用于军工领域战斗舰艇的模块化设计，能达到一舰多型的目的，能批量化的换装及技术更新，及时有效的提高舰艇的战斗力。随着世界经济不断下行，造船业的竞争也在不断加剧。早期的船厂通过原始的裁员、工程转包等方式企图提高效益，但事实证明，效果微乎其微，不能从根本上解决问题。至此，降低设计和生产成本、提高生产效率、不断创新已经成为了造船企业能够存活下去的唯一途径。模块化设计的理念和思路进入民船领域后，充分发挥了其标准、通用化的设计、建造优势，使复杂的技术成块化设计生产，大大缩短了设计的时间和复杂程度。
进入80年代中期，计算机技术和信息技术在工业中广泛应用。造船业经历了又一次巨大的技术革命。美国在船舶设计与建造中采用了分段模块化设计、建造模式，分段预舾装程度可以达到90%左右，100%的三维CAD设计，分段模块化建造，壳、舾、涂一体化，高度平衡作业。这样不但可以使部分零部件能实现内场自制、厂外协作，节省了场地、有效提高工作效率。而且可以实现中间产品的成品化、模块化甚至于实现总装造船。可以说模块化设计和造船理念的飞速发展铸就了美国海上强国及霸主的地位。
而我们的邻国日本从明治维新开始提出的向西方学习的策略使其更早的接触到了模块化造船的先进理念及方法。从上世纪六十年代末期开始就进行了船用辅机模块标准的制定工作，例如：滑油净化模块、燃油净化模块、滑油系统模块、冷却水系统模块等。到了七十年代中期甚至于完成了船用柴油机配套系统的模块订制工作。这为日本造船的腾飞提供了坚实的基础。
随着计算机技术的不断发展，日本等发达国家还不停地将有限元分析、仿真模拟分析、系列化、参数化等先进技术运用到了舾装模块的研究上。且不断引入的先进生产技术、加工手段及检测技术，也使模块化设计在先进性方面得到了很好的体现。
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2.2国内模块化设计研究
西方及日本等发达国家在大力发展经济及制造业的时候，我国正在经历着中国历史上的十年浩劫，大量的人力、财力用被浪费。所以我国的模块化设计起步还是相当晚的。从20世纪80年代初中国的造船工业才开始与日本造船业合作，引入了设计、制造、管理技术。并经过了长达17年的时间才从传统的导向型造船模式转向区域导向型造船模式，为模块化
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设计及造船打下了坚实的基础。所以我国的模块化设计及造船技术与世界先进水平差距还是相当大的，最初的模块化造船应用仅局限于部分机电设备和卫生单元上。受传统的设计造船理念的影响，近十年时间才开始推广CAD设计技术，并引用了TRIBON等三维设计软件。但由于设计思方法僵化，专业、系统观念强，区域导向、并行作业、模块造船思想差，且组织管理体制落后、直接制约了设计和建造的周期。我国第一家吃螃蟹的企业为广船国际，他率先开发了模块化造船的课题研究，并在2万吨级货船上尝试取得了初步成果。
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3模块化造船、模块化设计的理论及方法
3.1 模块化设计的理论
模块是指为了装配便捷而设计的标准化组件，通常比较独立，能通用及快速与其他设备组合。
模块化是指在单元化的基础上，通过若干单元的有效组合形成模块或利用模块构造更大的系统。而我们提出的模块化设计就是指利用CAD软件为手段，将复杂的产品分解为功能相对简单的单元进行设计。这样能够有效地提高系列产品的研发及零部件的通用化、标准化、系列化的程度。
我国最初的模块化设计是从最简单的卫生单元及机电单元开始的。随着科技的发展，各个设备厂家也开始将本厂的设备打包供货，以提高利润、增加产品的安装效率及附加值。燃油单元、滑油单元、冷却水单元等已经做成了模块化集成模式。这样有力地简化了系统结构，减少了设计和制造中的重复劳动，大大缩短了设计和建造的周期。
模块化设计总的原则就是由简及繁、高效便捷。由简及繁就要求我们从简单的小的部件坐起，组合成一个单元，再形成功能性的模块。整个模块的运用能使后期的设备安装及船舶制造更为高效灵活，更有利于运输及吊装就位，便于工人整体式安装维护，实现成品化的总装造船。
普通的商船例如散货等船舶，我们已经做了大量的研究和设计。各系统设计、计算都做出了统一的模式。我们根据船舶的不同的区域结构空间、布置特点、起重能力等开展研究和分析，提取技术关键攻克，形成固定的集成模块。油轮方面生产、设计的经验还不是特别丰富，所以模块化设计的理念还没有完全结合实际得以发挥。本研究从货油船的专用系统出发，将货油装卸及扫舱系统、洗舱系统、货油加热系统、惰气及蒸发气回收
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系统、透气系统、驱气和除气系统及排油监控系统等主要系统以模块化的方式确定，为其他的设计同行提供一个固定的思路。
3.2模块化设计的方法
模块化设计的关键就是根据管系原理图、机舱布置图、船体结构图等文件综合考虑设计，合理划分优化单元及模块。一般情况下，我们将设计分为八大模块：管系单元模块、组件模块、辅机设备单元模块、功能性单元模块、区域性单元模块等。将各个模块做成集成化的中间产品。
模块化的设计步骤如下：
（1） 获取信息； 获取信息是模块化设计的前提条件。首先要对整个船舶市场的需
求要有所把握，根据市场需求制定出此类船设计的方案，并全面了解船东的要求，以及市场所能提供的各个船舶产品的具体参数。
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