新一代節(jié)能環(huán)保型VLCC

上海外高橋造船有限公司 郭 勇 李嘉寧 嚴(yán) 超

為了適應(yīng)日益嚴(yán)格的節(jié)能環(huán)保要求，在嚴(yán)峻的經(jīng)濟(jì)環(huán)境和殘酷的市場競爭中立于不敗之地，上海外高橋造船有限公司加快了最新型綠色船舶研究開發(fā)項(xiàng)目的步伐。日前，經(jīng)過外高橋造船研發(fā)團(tuán)隊(duì)近一年的研究，開發(fā)出了新一代節(jié)能環(huán)保型VLCC。該船型具有世界一流的油耗水平和低于船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)（EEDI）規(guī)定的基線值20%以上的優(yōu)良性能。

主尺度的選擇

合理選擇船舶的主尺度和主要參數(shù)，是設(shè)計(jì)一條優(yōu)秀船舶的先決條件。外高橋造船對國內(nèi)外優(yōu)秀的VLCC設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。對于VLCC這類成熟船型，總長333米，型寬60米已經(jīng)成為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。對于不同的營運(yùn)航線，艙容和相應(yīng)的載重噸都有一定的區(qū)別。西線營運(yùn)的船東，大多考慮加大的艙容，即滿足220萬桶原油的裝載量；而東線營運(yùn)的船東由于考慮馬六甲海峽這一VLCC主要航道的吃水限制，通常選擇30萬噸級別的VLCC，相應(yīng)的貨艙容積能滿足200萬桶原油的裝載量。同時，針對VLCC的吃水選擇進(jìn)行了研究，既考慮到設(shè)計(jì)吃水下保證一定載重噸的要求，又要兼顧東西線運(yùn)營船東的要求。經(jīng)反復(fù)核算，將本船的設(shè)計(jì)吃水定在20.5米，結(jié)構(gòu)吃水方面，針對不同船東對于艙容的需求，并從貨油密度的角度給予船東最大的裝載靈活性，將兩款VLCC的結(jié)構(gòu)吃水分別確定為21.3米和22.5米，達(dá)到30萬噸級和32萬噸級。

當(dāng)前，絕大多數(shù)VLCC船東都采取Slow Steaming的運(yùn)營方式，降低航速以減少油耗。針對這一特點(diǎn)，根據(jù)世界上VLCC的主要航線對設(shè)計(jì)航速的選擇進(jìn)行了深入研究，通過對比各航線中不同航速下的營運(yùn)成本，最終確定了15.5節(jié)的設(shè)計(jì)航速。對于那些對航速有較高要求的船東，同時開發(fā)了15.8節(jié)的方案，以最大限度的滿足船東的不同需要。

由于設(shè)計(jì)航速與傳統(tǒng)VLCC相比有所下降，外高橋造船對線型進(jìn)行了有針對性的優(yōu)化，調(diào)整了球鼻艏的形狀，將艏柱前移，在保持全船333米總長不變的前提下，兩柱間距由傳統(tǒng)的320米增加到324米。由于排水量基本保持不變，因此方形系數(shù)有所減小，為進(jìn)一步的船體線型優(yōu)化創(chuàng)造了有利條件。

綜合以上各種因素，外高橋新一代節(jié)能環(huán)保型VLCC的主要參數(shù)最終確定為：布置的前提下改善了艉部流場。

對推進(jìn)系統(tǒng)也進(jìn)行了改善和優(yōu)化，針對MAN B&W公司新推出的綠色超長沖程G型主機(jī)的應(yīng)用，增加螺旋槳的直徑，降低轉(zhuǎn)速，綜合考慮螺旋槳直徑、轉(zhuǎn)速、螺距比、盤面比以及自航因子各參數(shù)，優(yōu)化槳的設(shè)計(jì)，

主機(jī) 日油耗航速（設(shè)計(jì)吃水） Loa(m)Lbp(m) B(m) D(m) Ts(m) Td(m) 艙容(m3) 續(xù)航力(nm)30萬噸級 7G80ME-C9 74.0t 15.50 knots 333 324 60 29 21.3 20.5 342,000 27,000 32萬噸級 7G80ME-C9 74.0t 15.50 knots 333 324 60 30.5 22.5 20.5 362,000 29,000

水動力設(shè)計(jì)

水動力設(shè)計(jì)包括船體線型設(shè)計(jì)、螺旋槳設(shè)計(jì)以及節(jié)能裝置的應(yīng)用。線型優(yōu)化的主要目標(biāo)是減小阻力，提高推進(jìn)效率。在一定排水量的情況下，已經(jīng)很難減小摩擦阻力，于是外高橋造船把主要精力投入到減小剩余阻力的研究上。VLCC的剩余阻力主要由興波阻力和粘壓阻力組成，而興波阻力在VLCC這類肥大型低速船的總阻力中所占的比例很低，因此通過對橫剖線面積曲線進(jìn)行優(yōu)化，將浮心位置適當(dāng)前移，以減小粘壓阻力，增加興波阻力的方式，使得總的剩余阻力有所降低。通過適當(dāng)減小平行中體的長度，使得進(jìn)流段和去流段的過度更加平滑。為了改善推進(jìn)性能，提高船身效率，對艉部線型進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，在保證機(jī)泵艙提高螺旋槳效率。經(jīng)過一系列的優(yōu)化工作，船模試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，新線型的總阻力降低了7%，船身效率提高了2%，螺旋槳的效率提高了1.6%，相對旋轉(zhuǎn)效率保持不變。

為了進(jìn)一步降低油耗，外高橋造船對一系列節(jié)能裝置進(jìn)行了研究（詳見表1），包括舵球、舵翼、MEWIS導(dǎo)管、Eco-Stator、PBCF等，并挑選其中效果較好的幾款節(jié)能裝置進(jìn)行了船模試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，通過安裝節(jié)能裝置，功率可以再降低3%～4%左右。

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總布置優(yōu)化

外高橋造船根據(jù)優(yōu)化后的線型重新進(jìn)行了分艙，對總布置進(jìn)行了優(yōu)化。首先滿足了規(guī)范對于貨油艙雙殼、雙底的要求，以及對于燃油艙保護(hù)的要求，并根據(jù)MARPOL對意外泄油性能進(jìn)行了計(jì)算。其次在保證首部系泊布置，并充分考慮危險區(qū)域?qū)τ阱^絞機(jī)、錨鏈筒布置的影響的前提下，適當(dāng)增加了貨艙長度。在裝載計(jì)算過程中除了注重控制總縱強(qiáng)度，也特別留意滿載工況下的極限強(qiáng)度，使二者達(dá)到最佳平衡，為減輕結(jié)構(gòu)重量奠定了基礎(chǔ)。為了在壓載航行工況下盡可能減少壓載水的攜帶量，結(jié)合裝載工況的計(jì)算對壓載艙的分艙進(jìn)行了反復(fù)優(yōu)化，通過調(diào)整壓載艙的分艙，使得船舶在壓載工況下的尾傾略微增加，以改善螺旋槳浸沒，同時適當(dāng)增加了上層建筑的高度，修正了尾傾對視線要求的影響，最終達(dá)到既減少壓載水量又不增加途中工況的目的。

新技術(shù)的應(yīng)用

外高橋造船是國內(nèi)第一個將綠色超長沖程G型機(jī)應(yīng)用在VLCC上的造船廠，并對由此產(chǎn)生的艉軸高度增加對軸系的影響以及主機(jī)功率降低對其它設(shè)備造成的影響進(jìn)行了重新評估和設(shè)計(jì)。為了滿足歐盟港口以及距離加利福尼亞海岸線24海里以內(nèi)硫化物排放量不超過0.1%的要求，機(jī)艙內(nèi)布置了MGO艙，并設(shè)計(jì)了低硫油系統(tǒng)以滿足主機(jī)燃燒的要求。

在輪機(jī)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和配置方面，雖然各種形式的節(jié)能環(huán)保設(shè)備和方案層出不窮，如主海水泵變頻控制、能效管理系統(tǒng)、廢熱回收系統(tǒng)、軸帶發(fā)電機(jī)等等，但外高橋造船始終堅(jiān)持從船東利益出發(fā)的思路，針對不同船東自身需求和運(yùn)營習(xí)慣，充分評價每一個節(jié)能方案的經(jīng)濟(jì)性與投資回報比，并不一味追求將所有的節(jié)能措施都應(yīng)用在VLCC上，始終保證推薦給船東的都是性價比高，投資回報合理的方案。

此外，在輪機(jī)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，外高橋造船具有相當(dāng)?shù)撵`活性，能夠根據(jù)船東要求進(jìn)行調(diào)整，如日用蒸汽采用組合鍋爐供給，避免了由于主機(jī)廢氣不足而必須開啟輔鍋爐的不經(jīng)濟(jì)模式等?？紤]到未來將會生效的壓載水處理要求，外高橋造船已經(jīng)有了實(shí)船應(yīng)用壓載水處理系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，能夠根據(jù)船東需求，在實(shí)船建造中安裝壓載水處理系統(tǒng)，或者為壓載水處理系統(tǒng)預(yù)留位置。

本節(jié)能環(huán)保型VLCC在具備常規(guī)動力驅(qū)動的同時，LNG-HFO雙燃料VLCC的開發(fā)工作也取得了階段性成果，外高橋造船與船級社、船東聯(lián)合進(jìn)行了HAZIP和HAZOP分析，對LNG與HFO的比例， LNG液罐對總布置、裝載和穩(wěn)性的影響等進(jìn)行了分析和計(jì)算，并與LNG燃料供給系統(tǒng)的廠商進(jìn)行了技術(shù)交流和討論。各項(xiàng)工作正在積極推進(jìn)，已經(jīng)具備了比較成熟的技術(shù)條件。

通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，外高橋造船推出的最新型節(jié)能環(huán)保VLCC有32萬載重噸和30萬載重噸兩個版本，分別滿足船東200萬桶原油和220萬桶原油的裝載要求。該節(jié)能環(huán)保型VLCC的亮點(diǎn)，一是船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)（EEDI）低于《國際防止船舶造成環(huán)境污染公約》規(guī)定的基線值20%以上；二是在設(shè)計(jì)航速15.5節(jié)時主機(jī)的日油耗下降到74噸，比常規(guī)VLCC降低了30%左右；三是增加了一系列環(huán)保系統(tǒng)和設(shè)計(jì)。

目前，這款最新的節(jié)能環(huán)保型VLCC已經(jīng)進(jìn)入生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段，將按照外高橋造船的生產(chǎn)建造計(jì)劃于2012年12月18日開工建造，并在2014年上半年投入營運(yùn)。該船的投入使用必將給VLCC市場帶來極大的沖擊，顯著降低運(yùn)營成本，提高航運(yùn)公司的競爭力。外高橋造船將一直走在VLCC設(shè)計(jì)開發(fā)的前沿，并將始終堅(jiān)持節(jié)能環(huán)保的理念，努力躋身世界VLCC開發(fā)、設(shè)計(jì)和建造的先進(jìn)行列。