全球新一代40萬噸礦砂船“OC400K-5”號(hào)技術(shù)解析

中國船級(jí)社上海規(guī)范所　王 剛　錢 峰　蔡忠云　付 鵬　王從晶

2017年9月19日上午，由青島北海船舶重工有限責(zé)任公司為工銀租賃建造的全球新一代最大礦砂船---40萬載重噸礦砂船“OC400K-5”號(hào)船順利出塢。中國船級(jí)社（CCS）朱愷副總裁兼總工程師在出塢儀式上表示：“OC400K-5”號(hào)船按照最先進(jìn)的安全與環(huán)保要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，相比第一代船型油耗降低約20%，滿足國際上最嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，此次下水標(biāo)志著“工銀招商型40萬噸VLOC”進(jìn)入了全新的建造階段。該項(xiàng)目凝結(jié)了設(shè)計(jì)院、船東、船廠和船級(jí)社等各方共同的心血，引導(dǎo)了全球礦砂運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)，是以實(shí)際行動(dòng)踐行海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略和“中國制造2025”計(jì)劃的成果。新一代40萬噸超大型礦砂船是為巴西淡水河谷量身定制，此次下水的是30艘船中的首艘出塢船舶。CCS承擔(dān)本批40萬噸VLOC所有船舶的審圖和建造檢驗(yàn)。那么，這艘備受業(yè)界矚目的“巨無霸”，其背后經(jīng)歷了怎樣的一段技術(shù)發(fā)展路徑？該船有哪些主要技術(shù)特點(diǎn)？中國在大型礦砂船規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域的發(fā)展情況如何？在此，本文以項(xiàng)目參與方的視角，來解析這艘船的技術(shù)特點(diǎn)和相關(guān)情況。

全球大型礦砂船發(fā)展脈絡(luò)

21世紀(jì)之前，國際上對(duì)礦砂的需求一直是穩(wěn)定的，所以礦砂船的發(fā)展一直沒有大的突破，數(shù)量也很有限，基本上是20世紀(jì)80年代由日、韓船廠建造的，其中最大的是1986年由韓國現(xiàn)代造船公司為挪威船東建造364767噸的“BERGE STAHL”礦砂船，此船用于巴西PDM港和法國敦刻爾克港之間運(yùn)輸鐵礦石。而同期，中國沒有建造過大型礦砂船，國內(nèi)也一直沒有開展大型礦砂船的研究工作，因此超大型礦砂船主要技術(shù)一直掌握在日、韓手中。

進(jìn)入21世紀(jì)，中國經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，對(duì)鋼鐵的需求不斷增加，礦砂進(jìn)口激增，并且亞洲其他國家，如韓國、日本，對(duì)礦砂的進(jìn)口需求也日益增加，因此亞洲市場(chǎng)對(duì)礦砂船的需求大量增加。這就極大地刺激了超大型礦砂船的發(fā)展，訂船數(shù)量明顯增多，并且大型化的發(fā)展趨勢(shì)十分明顯。

中國航運(yùn)公司為了確保國家戰(zhàn)略物資運(yùn)輸?shù)闹鲃?dòng)權(quán)，也相繼簽訂了一批超大型礦砂船建造合同，促進(jìn)了超大型礦砂船的發(fā)展。國內(nèi)造船界在國家相關(guān)部門的支持下組織開展了一系列超大型礦砂船的研發(fā)工作，取得了明顯成效。例如，在原國防科工委高技術(shù)船舶專項(xiàng)資金的支持下，由中國造船工程學(xué)會(huì)、中國船舶工業(yè)行業(yè)協(xié)會(huì)、中國船舶工業(yè)集團(tuán)公司、中國船舶重工集團(tuán)公司、中國船級(jí)社、中國遠(yuǎn)洋運(yùn)輸集團(tuán)總公司等單位聯(lián)合承擔(dān)的《超大型礦砂船船型開發(fā)項(xiàng)目》，開發(fā)了23萬、32萬、40萬和50萬噸級(jí)礦砂船系列船型。中國超大型礦砂船船型的開發(fā)和建造，在技術(shù)上顯著縮小了同日韓的差距，并一步步助推中國在超大型船舶技術(shù)方面走向世界前列。

從世界大型礦砂船的發(fā)展情況來看，礦砂船的大型化主要驅(qū)動(dòng)因素是礦業(yè)巨頭和航運(yùn)業(yè)巨頭。成立于1942年的巴西淡水河谷公司（Vale）是全球最大的鐵礦石生產(chǎn)商。2011年7月4日發(fā)布了該公司的《2010年可持續(xù)發(fā)展報(bào)告》，稱其在發(fā)掘并利用礦產(chǎn)資源中，恪守對(duì)環(huán)境的保護(hù)，致力于發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的運(yùn)作模式。

2014年7月，中國國家領(lǐng)導(dǎo)人出訪巴西。訪問期間有多項(xiàng)合作文件被簽署，包括中國進(jìn)出口銀行與巴西淡水河谷公司50億美元融資框架協(xié)議，中國銀行與巴西淡水河谷公司全球融資安排協(xié)議等。2014年9月，淡水河谷宣布與中遠(yuǎn)合作，雙方就運(yùn)輸?shù)V石訂立長期運(yùn)輸合同，中遠(yuǎn)將建造10艘大型礦砂船并收購淡水河谷所擁有的4艘Valemax船以匹配上述運(yùn)輸合同。同月，中國招商局集團(tuán)旗下的招商輪船與淡水河谷簽署鐵礦石運(yùn)輸合同，為履行運(yùn)輸協(xié)議，招商輪船擬新造10艘Valemax礦砂船。

2016年3月，新一代的30艘Valemax訂單終于敲定，三家中國船東公司：中國礦運(yùn)、招商輪船及工銀租賃將各訂造10艘Valemax型礦砂船，交付后長期租賃給淡水河谷。

自此，中國大型礦砂船一下進(jìn)入一個(gè)從自主設(shè)計(jì)、建造到運(yùn)營的新時(shí)代。

“OC400K-5”號(hào)船主要性能和指標(biāo)

該船總長 361.90m，垂線間長 355.00m，結(jié)構(gòu)船長 351.05m，型 寬 65.00m， 型 深 30.40m，結(jié)構(gòu)吃水 23.00m，方形系數(shù)0.843，最小首吃水 8.50m，服務(wù)航速 14.5 Knots；主機(jī)為MAN B&W 7G80ME-C9.5LOW LOAD EGB。

新建40萬噸VLOC船型的貨艙區(qū)域采用了VLOC典型結(jié)構(gòu)型式，包括以下：

（1）本船貨艙區(qū)設(shè)有7個(gè)貨艙（每貨艙一個(gè)艙口），橫向范圍中間為載貨艙、邊艙做壓載艙或空艙，縱艙壁為斜壁型；為滿足LNG Ready方案，在機(jī)艙及最艉貨艙之間預(yù)布置LNG燃料儲(chǔ)存艙。

（2）載貨艙的橫艙壁采用槽型橫艙壁，并設(shè)置頂?shù)实椎?。船底結(jié)構(gòu)采用雙層底結(jié)構(gòu)，并于橫艙壁處設(shè)置局部短縱桁。

（3）邊艙的橫艙壁采用平面橫艙壁，設(shè)置垂直扶強(qiáng)材、縱向水平桁；邊艙強(qiáng)框架設(shè)置2根橫撐材。

（4）甲板設(shè)側(cè)移式艙口蓋，艙口角隅設(shè)置局部插入板。

新建40萬噸VLOC船型在第一代船型基礎(chǔ)上對(duì)結(jié)構(gòu)安全和性能指標(biāo)等方面進(jìn)行了全面的升級(jí)，重點(diǎn)突出綠色、環(huán)保、節(jié)能和安全，是目前世界上中國到巴西航線上經(jīng)濟(jì)性較好、噸位最大的礦砂船。

與第一代VLOC相比，在應(yīng)用超長沖程主機(jī)、高效推進(jìn)、高壓岸電、拆船公約等新措施的基礎(chǔ)上，首次增加LNG Ready、貨物液化、航速雙程優(yōu)化等解決方案，具有重要的行業(yè)引領(lǐng)價(jià)值。

結(jié)構(gòu)安全方面：相比于第一代，新建40萬VLOC船型邊艙強(qiáng)框架結(jié)構(gòu)采用雙橫撐設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中考慮裝載易流態(tài)化貨物的要求，既具有廣泛的適用性，又著力保障結(jié)構(gòu)安全性；另外，該船采用最新應(yīng)力監(jiān)控系統(tǒng)，隨時(shí)對(duì)船體安全進(jìn)行預(yù)報(bào)預(yù)警；提高了快速裝載能力，滿足單個(gè)貨艙一次性100%達(dá)到裝貨量要求，裝貨過程實(shí)時(shí)監(jiān)控。

性能指標(biāo)方面：該船日油耗降低20噸，比上一代產(chǎn)品油耗降低了18.8%，單位重量鐵礦石運(yùn)輸成本較20萬噸級(jí)船舶降低30%；配置了將來可滿足全航程的LNG Ready方案，未來在提高該船型經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上又滿足了硫化物排放方面的公約要求。

從技術(shù)層面來看，該船具有三個(gè)方面的創(chuàng)新，具體如下：

創(chuàng)新點(diǎn)一：多種船體結(jié)構(gòu)高級(jí)計(jì)算方法加以應(yīng)用，保障結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全可靠。通過收集分析近年來國外大型礦砂船的損傷案例，在該船結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)審核中，運(yùn)用多種結(jié)構(gòu)高級(jí)計(jì)算校核方法，如高級(jí)屈曲、波激顫振對(duì)船體梁疲勞強(qiáng)度評(píng)估、顫振對(duì)船體梁極限強(qiáng)度評(píng)估、首尾貨艙及機(jī)艙有限元、全船疲勞譜分析、振動(dòng)及噪聲評(píng)估、礦砂全液化及快速裝載影響等，全面提升了該船的結(jié)構(gòu)安全性。

創(chuàng)新點(diǎn)二：LNG READY方案首次在超大型礦砂船上的應(yīng)用。LNG READY方案即在機(jī)艙和最后一個(gè)貨艙之間預(yù)留可以滿足25500海里續(xù)航力的LNG（液化天然氣）燃料罐空間。LNG燃料艙整體結(jié)構(gòu)艙容為17778m3，裝載LNG獨(dú) 立 艙 艙 容13368m3， 在LNG Ready未改裝前，LNG燃料艙為空艙。未來隨著LNG加注基礎(chǔ)設(shè)施的不斷擴(kuò)展完善，天然氣將成為高能效、低排放航運(yùn)的主流選擇。天然氣作為燃料相比傳統(tǒng)重油在環(huán)保方面有非常大的提升，在排放的廢氣中氮氧化物減少30%以上，完全不含硫氧化物，二氧化碳減少15%以上。

創(chuàng)新點(diǎn)三：推進(jìn)PAUT和TOFT在40萬 噸VLOC上 的 應(yīng)用。PAUT（相控陣超聲檢測(cè)）和TOFT（衍射時(shí)差檢測(cè)）作為目前最為先進(jìn)的無損探傷技術(shù)，對(duì)厚板焊接及鑄鋼件缺陷的檢出率及可靠性上都有著傳統(tǒng)探傷無法比擬的優(yōu)勢(shì)。40萬VLOC船型上大量使用超厚鋼板，僅49mm EH36的面積就達(dá)近9000m2，為此，船廠普遍選用了雙絲埋弧焊的高效焊接方式，而這對(duì)焊接缺陷的控制也提出了更高的要求。針對(duì)這種情況，中國船級(jí)社向船東和船廠大力推介了PAUT和TOFT，并聯(lián)合中國船級(jí)社實(shí)業(yè)公司向船東和船廠提供了技術(shù)咨詢、人才培養(yǎng)和工藝認(rèn)可等各方面的服務(wù)；同時(shí)，結(jié)合中國船級(jí)社規(guī)范中納入了PAUT和TOFT船級(jí)附加標(biāo)志，還向船廠和船東進(jìn)行了深入宣介，爭取客戶采用新的探傷手段并申請(qǐng)相應(yīng)的船級(jí)附加標(biāo)志。經(jīng)過多方努力，目前已有多家船廠開始在規(guī)范框架內(nèi)使用此項(xiàng)探傷技術(shù)。相信不久的將來，此項(xiàng)技術(shù)定能在我國船舶建造行業(yè)廣泛應(yīng)用，為“中國制造”錦上添花。

國內(nèi)大型礦砂船規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展

一、CCS在大型礦砂船上的長期研究經(jīng)驗(yàn)

近十多年來，CCS通過一系列大型礦砂船改裝船項(xiàng)目，新造船項(xiàng)目，國家科研項(xiàng)目逐步積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)?！昂颖眲?chuàng)新”號(hào)超大型油輪改裝成超大型礦砂船的成功改造，在世界上開創(chuàng)了超大型船舶改造的先河，不僅為超大型船舶的改造提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，而且也為即將被迫退出市場(chǎng)的大批單殼油輪找到了一條出路。隨著中國鐵礦石進(jìn)口對(duì)礦砂船的大量需求，近年來陸續(xù)新建了23萬噸、25萬噸、29.8萬噸、32萬噸等多型礦砂船入級(jí)CCS，尤其是25萬噸礦砂船屬于業(yè)內(nèi)首創(chuàng)、全球首制，該船型在國內(nèi)外獲得多次獎(jiǎng)項(xiàng)。此外，CCS還聯(lián)合參與原國防科工委的《超大型礦砂船船型開發(fā)項(xiàng)目》。

二、CCS在第一代40萬噸礦砂船上的項(xiàng)目組織管理服務(wù)

40萬噸VLOC項(xiàng)目是中國船級(jí)社“十三五”時(shí)期服務(wù)于中國礦物運(yùn)輸客戶的最大項(xiàng)目，為了在礦砂船船型上進(jìn)一步提升規(guī)范技術(shù)水平，提高個(gè)性化服務(wù)水平，不斷提高服務(wù)時(shí)效和客戶滿意度，中國船級(jí)社專門成立了40萬噸VLOC項(xiàng)目組，以“集中管理、簡潔高效、亮點(diǎn)突出”為工作宗旨，全力實(shí)現(xiàn)“為社會(huì)和客戶創(chuàng)造價(jià)值”的項(xiàng)目最高目標(biāo)。

此外，中國船級(jí)社還設(shè)立了由總部各處室組成的管理支持組及其系統(tǒng)內(nèi)各專業(yè)專家組成的技術(shù)支持組，為項(xiàng)目的順利實(shí)施提供了有利的后勤及技術(shù)保障。

三、CCS在該型船上的提供的審圖、建造等入級(jí)服務(wù)

CCS在該型船入級(jí)服務(wù)中充分利用統(tǒng)籌調(diào)配內(nèi)部資源的優(yōu)勢(shì)，組織項(xiàng)目內(nèi)部的技術(shù)力量，編寫了“40萬噸VLOC新造船項(xiàng)目策劃要求”、“第二代40萬噸VLOC結(jié)構(gòu)要點(diǎn)”、“40萬噸VLOC建造關(guān)鍵問題介紹”、“40萬噸VLOC法定技術(shù)要點(diǎn)”、“新生效公約規(guī)范介紹”等一系列的培訓(xùn)資料，給客戶提供了品種豐富、高效優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，獲得客戶的高度認(rèn)同。

中國船級(jí)社時(shí)刻關(guān)注、提升用戶對(duì)項(xiàng)目服務(wù)的滿意度，為客戶提供額外的增值服務(wù)。審圖項(xiàng)目組通過對(duì)已營運(yùn)的VLOC的市場(chǎng)調(diào)查及船東信息的收集，充分了解營運(yùn)中的VLOC存在的一些問題，組織系統(tǒng)內(nèi)專家對(duì)二代40萬噸VLOC的振動(dòng)、噪音進(jìn)行預(yù)報(bào)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)了駕駛室兩翼和雷達(dá)桅振動(dòng)超標(biāo)以及醫(yī)務(wù)室等艙室結(jié)構(gòu)噪音超標(biāo)的問題，并將計(jì)算結(jié)果輸送給船舶設(shè)計(jì)方，加快了優(yōu)化設(shè)計(jì)的進(jìn)度，為客戶消除了重大的質(zhì)量隱患；除此之外，中國船級(jí)社還對(duì)客戶提出的裝載優(yōu)化、艙室布置、材料選用/布置方案及軸系校中等各種技術(shù)咨詢快速響應(yīng)，及時(shí)給船東提供了有效的技術(shù)支持，得到客戶的好評(píng)。

40萬噸VLOC共有30艘，分布于5家船廠建造，中國船級(jí)社是所有參與入級(jí)檢驗(yàn)的船級(jí)社中唯一一家對(duì)所有船舶都進(jìn)行審圖/建造檢驗(yàn)的船級(jí)社。中國船級(jí)社充分利用這一有利優(yōu)勢(shì)，對(duì)各檢驗(yàn)組發(fā)現(xiàn)的重要問題發(fā)現(xiàn)進(jìn)行梳理、提煉，同時(shí)，策劃了與船東、船廠的每月一次的技術(shù)交流活動(dòng)，將船舶審圖/建造中發(fā)現(xiàn)的突出問題與船東、船廠進(jìn)行交流與溝通，使得客戶能夠提前采取措施，避免同類問題在不同建造廠的重復(fù)發(fā)生。

啟示和建議

船舶大型化之所以成為全球航運(yùn)界一大趨勢(shì)和看點(diǎn)，是因?yàn)樗c綠色環(huán)保和低碳經(jīng)濟(jì)的實(shí)際需求相吻合。業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，大型化使船舶單位運(yùn)輸能力的建造價(jià)格和航運(yùn)能源消耗顯著下降，同時(shí)減少了有害生態(tài)的物質(zhì)排放。從價(jià)格因素和效能因素的總體平衡來看，船舶大型化無疑是一種最經(jīng)濟(jì)高效、最能滿足低碳特征、最具有營運(yùn)性價(jià)比的策略謀劃。超大型礦砂船作為受到船東關(guān)注的重要船舶產(chǎn)品之一，所體現(xiàn)出的全球航運(yùn)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，以及與此相關(guān)聯(lián)的噸海里耗油量、二氧化碳排放量，遠(yuǎn)低于其他中大型船舶，且船舶的日平均租金按每噸船計(jì)算，也明顯凸顯出航運(yùn)的經(jīng)濟(jì)性和優(yōu)勢(shì)。全球新一代最大礦砂船項(xiàng)目是礦主、造船廠、航運(yùn)公司、設(shè)計(jì)公司和船級(jí)社通過多方相互攜手，在船市低迷中同舟共濟(jì)，抱團(tuán)取暖，才使得中國超大型礦砂船的船型研發(fā)不斷取得突破。

40萬噸VLOC項(xiàng)目是中國船級(jí)社首個(gè)實(shí)施項(xiàng)目垂直管理的新造船入級(jí)檢驗(yàn)項(xiàng)目，作為中國船級(jí)社項(xiàng)目管理模式的試水者與排頭兵，項(xiàng)目組以檢驗(yàn)和服務(wù)并舉為原則，積極探索了多種能夠滿足客戶需求、提升服務(wù)質(zhì)量的創(chuàng)新服務(wù)，項(xiàng)目組也結(jié)合中國船級(jí)社總部對(duì)規(guī)范改進(jìn)、審圖質(zhì)量、產(chǎn)品檢驗(yàn)、人才培養(yǎng)、營運(yùn)貢獻(xiàn)和客戶服務(wù)6個(gè)貢獻(xiàn)度的實(shí)施要求，貢獻(xiàn)了高質(zhì)量的內(nèi)部管理和技術(shù)輸入。