靈便型非運(yùn)木散貨船系列的優(yōu)化設(shè)計(jì)

陳諦

摘 ? ?要：本文介紹了通過對系列船進(jìn)行總體布置、船體結(jié)構(gòu)、節(jié)能措施、設(shè)備選型等優(yōu)化設(shè)計(jì)，在增大裝載量的情況下，降低建造成本，節(jié)能降耗成效顯著，滿足了環(huán)境保護(hù)的國際公約及船級社規(guī)則規(guī)范要求。

關(guān)鍵詞：靈便型散貨船;優(yōu)化設(shè)計(jì);節(jié)能降耗;減排;降低成本

中圖分類號：U674.17 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： This paper introduces the optimal design of the general arrangement， hull structure， energy saving measures and equipment selection for series of handy non-timber bulk carrier， in the case of increasing the loading capacity， it reduces the construction cost， significantly improves the energy saving and consumption reduction indicators， meets the requirements of the international conventions on environmental protection and rules of the classification society.

Key words： Handy bulk carrier; Optimal design; Saving energy and lowering consumption; Emissions reduction; Cost reduction

1 ? ? 引言

我司的首制散貨船是32 500 DWT BC入級LR的運(yùn)木散貨船;優(yōu)化的船型有31 800 DWT BC入級BV的運(yùn)木散貨船、37 000 DWT BC入級LR的大開口貨艙運(yùn)木散貨船、39 000 DWT BC入級BV的非運(yùn)木散貨船、39000 DWT BC入級CCS的運(yùn)木散貨船、39 300 DWT BC入級BV的非運(yùn)木散貨船、39 800 DWT BC入級LR的運(yùn)木散貨船，以及滿足H-CSR（散貨船-油船協(xié)調(diào)共同結(jié)構(gòu)規(guī)范）的40 000 DWT BC入級BV的非運(yùn)木散貨船等。自2013年以來，我司建造的主要船型是為日本NISSHIN公司建造的非運(yùn)木散貨船，得到了日本船東的高度認(rèn)可，每年都給我司訂單。下面介紹靈便型非運(yùn)木散貨船系列的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 ? ? 總體性能及布置的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 ? 總體性能的優(yōu)化

延續(xù)采用大開口BOX 箱型貨艙橫剖面，以提高裝卸貨效率和縮短碼頭周期;貨艙不設(shè)風(fēng)暴壓載艙，貨艙艙口蓋不使用重型壓緊器，操作方便、經(jīng)濟(jì)性提高、維護(hù)費(fèi)用降低，即使在惡劣海況下也不需要裝載過多的壓載水，在滿足最小首吃水和螺旋槳浸沒要求的情況下，合理分布各壓載艙。例如，為了減小中拱彎矩，最大限度地減少首尖艙與尾尖艙壓載量。

2.2 ? 船舶主尺度的優(yōu)化

型深從首制船的14.10 m優(yōu)化到15.00 m、結(jié)構(gòu)吃水由首制船的10.15 m優(yōu)化到10.60 m;通過合理調(diào)整縱骨間距等方法優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置，增大貨艙艙容和載重量。

2.3 ? 油艙布置的優(yōu)化

為滿足船東加大低硫輕柴油（MGO）艙艙容的要求，增大了貨艙尾部的重燃油（HFO）艙的容積：將原機(jī)艙右舷的HFO艙改為MGO艙;HFO艙的數(shù)量由首制船的7個減少到4個;MDO艙由首制船的3個減少到1個;MGO艙與首制船相同為2個。

2.4 ? 壓載水艙的優(yōu)化

將NO.2/3/4邊壓載水艙與對應(yīng)的雙層底壓載水艙打通，在內(nèi)底邊板相應(yīng)位置開孔;全船壓載艙的數(shù)量從首制船的23個減少至12個，減少了閥門遙控蝶閥及液壓多芯管的數(shù)量及施工工作量，節(jié)約了勞務(wù)成本。

2.5 ? 舾裝布置的優(yōu)化

人孔蓋從220套減少至180套;全船鋼質(zhì)快速開啟水密門、風(fēng)雨密門、不銹鋼駕駛室移門數(shù)量從59套減少至43套，全船鋼制直梯從310套減少至265套;全船鋼制直梯從33套減少至31套。

2.6 ? 其他方面的優(yōu)化

取消球鼻首、尾部優(yōu)化為折角線型;螺旋槳直徑由φ5 200 mm優(yōu)化為φ6 000 mm;船員人數(shù)由首制船的30人減少至25人，減少了房間數(shù)量及相應(yīng)的家具和衛(wèi)生單元等;取消原NO.5貨艙后壁的橫傾水艙（左/右），洗艙水艙由中部布置改為左右布置，中部增加為應(yīng)急消防泵艙。

3 ? ? 船體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）全船分段劃分?jǐn)?shù)量從首制船的145個分段減少至133個，減少了吊裝和轉(zhuǎn)運(yùn)的工作量;

（2）貨艙區(qū)雙殼舷側(cè)結(jié)構(gòu)由內(nèi)底板至11800mm平臺之間的橫骨架結(jié)構(gòu)改為縱骨架結(jié)構(gòu)，增加了船梁的縱向抗彎能力及船體的總縱強(qiáng)度;

（3）通過分析舷墻的作用及參考類似船型布置，將尾部及中部舷墻改為欄桿，同時(shí)取消舷墻相對應(yīng)的肘板，從而減輕了船體結(jié)構(gòu)重量;

（4）由于無甲板運(yùn)木功能，甲板桅屋由4個減少至2個;由于取消了中部壓載水艙，將貨艙的4個橫艙壁（2個為槽型結(jié)構(gòu)、2個為平板箱型結(jié)構(gòu)）全部改成槽型結(jié)構(gòu);貨艙區(qū)域大艙艙蓋的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，由按照運(yùn)木船的要求設(shè)計(jì)改為按照非運(yùn)木船的要求設(shè)計(jì)。

4 ? ? 設(shè)備配置的優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）推進(jìn)主機(jī)：由首制船的MAN B&W 6S42MC-C7改型為MAN B&W 5S50ME-C9.7全電噴主機(jī);SMCR由6 480 kW/136 r/min改為6 483 kW/101.4r/min;CSR由5 832 kW/131.3 r/min改為4 538 kW/99r/min;燃油消耗率由177.4 g/kW.h減少至155.6 g/kW.h，使日油耗從24.83 t/天減少至16.95 t/天;

（2）增加配置了經(jīng)美國海岸警衛(wèi)隊(duì)USCG認(rèn)可的滿足G8壓載水公約的壓載水處理系統(tǒng)，船舶能順利航行在世界任何海域和?？咳魏胃劭?

（3）由首制船主機(jī)和發(fā)電機(jī)組各1套燃油供油單元，改為主機(jī)和發(fā)電機(jī)組共用1套供油單元，節(jié)約了艙室空間、減少了管路布置、降低了建造成本;

（4）焚燒爐的容量由400 000 Kcal/h（465 kW） 改為180 000 Kcal/h（208 kW），節(jié)約了布置空間，降低采購成本;

（5）全船配置有3臺發(fā)電機(jī)，由于主機(jī)采用了高壓液控單元系統(tǒng)，高壓油泵的電機(jī)功率增加60 kW，每臺發(fā)電機(jī)的功率由首制船440 kW增加至560 kW，解決了電站容量不足而出現(xiàn)并車運(yùn)行的問題。

5 ? ?節(jié)能降耗的優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）船體線型、螺旋槳及其它節(jié)能裝置

船體線型延用我司39 000 DWT BC成熟的線型，配合采用專業(yè)公司通過優(yōu)化設(shè)計(jì)的螺旋槳，最大限度地提高了大直徑低轉(zhuǎn)速螺旋槳的效率;采用在舵葉上增加舵球的低成本節(jié)能裝置。

（2）發(fā)電機(jī)廢氣進(jìn)入鍋爐

按照常規(guī)設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)廢氣是不進(jìn)入鍋爐，3臺發(fā)電機(jī)的排煙管對應(yīng)分別配3個消音器，全船所用蒸汽全部來源于主機(jī)廢氣和鍋爐燒燃油。優(yōu)化后采用兩臺發(fā)電機(jī)排氣進(jìn)入鍋爐以后，3臺發(fā)電機(jī)只配1個消音器，全船所用蒸汽來源于主機(jī)廢氣、發(fā)電機(jī)廢氣和鍋爐燒燃油;船舶正常航行時(shí)通常只運(yùn)行1臺560 kW發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)組的廢氣加熱鍋爐水可產(chǎn)生0.7 MPa、170 ℃約200 kg/h的飽和蒸汽，按鍋爐燒1 kg/h燃油產(chǎn)生約13 kg/h蒸汽計(jì)算，則可節(jié)約燃油約15 kg/h。

6 ? ?適用最新環(huán)境保護(hù)的規(guī)范、法規(guī)與公約要求

6.1 ? 滿足船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)（EEDI）要求

EEDI最終認(rèn)可值為4.53，比要求基準(zhǔn)值6.17降低約26.6%，已達(dá)到了相關(guān)法規(guī)Ⅱ階段（2020年以后）的要求。

6.2 ?滿足硫氧化物（SOx）與氮氧化物（NOx）排放控制要求

主機(jī)與發(fā)電機(jī)可選擇燃燒重油（HFO）、普通船用柴油（MDO）、低硫輕柴油（MGO）等多種油品，且滿足Tier II階段的排放要求。國際海事組織（IMO）的“限硫令”要求從2020年1月1日起生效，所有船舶必須使用硫含量不超過0.5%m / m的燃料。

6.3 ? 滿足壓載水公約的排放要求

該船配備了符合IMO 制定的《壓載水管理系統(tǒng)批準(zhǔn)導(dǎo)則》（G8 導(dǎo)則）（MEPC 174（58））認(rèn)可的壓載水處理裝置，在該公約正式生效前已滿足相關(guān)要求。

6.4 ? 滿足香港公約的綠色環(huán)保要求

安裝到船上的所有設(shè)備和材料均滿足香港拆船公約，船廠向船東提供了IHM有害物質(zhì)清單、無石棉聲明、供應(yīng)商的符合聲明及材料聲明，并獲得了船級社頒發(fā)的綠色環(huán)保證書。

7 ? ?結(jié)構(gòu)重量的輕量化設(shè)計(jì)

7.1 ? 高強(qiáng)度鋼的使用

與BV深入合作對全船的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的優(yōu)化，適當(dāng)提高使用高強(qiáng)度鋼的比例以減輕重量。例如，縱桁和肋板的端部、外板、船底縱骨、船首抨擊區(qū)域等一些應(yīng)力集中區(qū)域采用高強(qiáng)鋼。

7.2 ? 橫艙壁與澳梯的設(shè)計(jì)

貨艙橫艙壁取消常規(guī)設(shè)置的底凳以方便裝貨;壓槽采用新型的等腰梯形設(shè)計(jì);非螺旋型澳梯嵌入橫艙壁中，既減少鋼材用量又可對澳梯形成保護(hù)，同時(shí)貨艙內(nèi)部無明顯突出結(jié)構(gòu)。

7.3 ? 內(nèi)底板區(qū)域強(qiáng)度優(yōu)化

深入分析市場上類似船型的內(nèi)底板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)內(nèi)底板強(qiáng)度偏強(qiáng)，采取適當(dāng)措施優(yōu)化內(nèi)底板強(qiáng)度設(shè)計(jì)。

7.4 ? 首部艙室布置與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

防撞艙壁距首垂線的距離較前期39 000 DWT船減少1.20 m，一方面增加了貨艙艙容，另一方面減少了首尖艙的壓載水量;將原首部的空艙與首尖艙合并，以彌補(bǔ)壓載水量的不足。優(yōu)化后減少了一個空艙，從而減少了相關(guān)結(jié)構(gòu)與艙室舾裝及管系系統(tǒng)。

8 ? ?詳細(xì)設(shè)計(jì)中的技術(shù)重點(diǎn)與難點(diǎn)

8.1 ?貨艙之間橫艙壁設(shè)置底凳及底壓載艙進(jìn)入底凳的通道

根據(jù)船東使用要求：在橫艙壁底凳與管弄之間設(shè)置了400×600的通孔和直梯，在橫艙壁底凳與雙層底壓載艙之間設(shè)置了Φ450的檢修人孔;由于管弄舾裝件很多，設(shè)計(jì)時(shí)需綜合布置這個通道，同時(shí)考慮管弄變大導(dǎo)致的破艙穩(wěn)性的變化以及管弄風(fēng)機(jī)的風(fēng)量是否足夠等。

8.2 ? 應(yīng)急消防泵艙的布置

由于取消了貨艙區(qū)甲板下通道，且本船尾部無法布置應(yīng)急消防泵艙，故在No.5貨艙后面的左右2個洗艙水艙之間分出空間，布置獨(dú)立的應(yīng)急消防泵艙。

8.3 ? 舷邊壓載水艙的進(jìn)入通道

由于No.2、3、4舷邊壓載艙（左/右）很難在主甲板厚板區(qū)域設(shè)置進(jìn)艙人孔。為滿足船東后續(xù)維護(hù)要求，在主甲板靠船中避開厚板區(qū)域每個艙布置了一個400×600的A型人孔蓋進(jìn)入No.2，3，4舷邊壓載艙（左/右），在船舶裝貨時(shí)也能進(jìn)壓載艙檢查艙內(nèi)情況，同時(shí)克服了甲板受力、甲板面管系眾多、布置困難等因素。

8.4 ? 桅房的單邊布置及抓斗的布置

在設(shè)計(jì)過程中需要統(tǒng)籌考慮甲板吊的布置、澳梯通道布置、桅房布置，以及艙蓋打開位置是否碰到抓斗、甲板下加強(qiáng)結(jié)構(gòu)等，同時(shí)要考慮保護(hù)抓斗附近的管系和電纜等，以免被抓斗碰壞。

8.5 ? 首樓甲板下艙室及甲板面錨系泊及桅桿布置

根據(jù)防撞艙壁調(diào)整后情況，將首樓內(nèi)部木匠房合并到水手長儲藏室，對其它布置及通道等也作了相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)：首樓甲板面積減小后將錨泊與系泊設(shè)備重新布置，尤其是對錨系設(shè)備進(jìn)行全面優(yōu)化;錨鏈艙圍壁型式由原設(shè)計(jì)與No.1貨艙共壁隧道型優(yōu)化為獨(dú)立圓柱型，減少了共壁上的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)并避免了錨鏈?zhǔn)辗胚^程可能對貨艙壁的撞擊風(fēng)險(xiǎn)。

8.6 ? 船舶艙室布置

（1）主甲板辦公室旁布置貯藏室，使辦公室形狀更規(guī)則、內(nèi)部布置更合理;

（2）機(jī)艙出口衛(wèi)生間、輪機(jī)更衣室、甲板部更衣室、防油污器材庫、氧氣乙炔間等做了不同程度的優(yōu)化，布置更合理實(shí)用。

8.7 ? 艙室降噪與防腐

（1）B甲板機(jī)艙風(fēng)機(jī)增加隔音罩，大幅減少生活區(qū)的噪音;

（2）船員餐廳角落增加隔離空間以降低機(jī)艙噪音對餐廳的影響;

（3）船體外板及壓載艙犧牲陽極保護(hù)，采用毒性更低、產(chǎn)生電流量更大的陽極鋁塊代替原陽極鋅塊;

（4）通過對照明系統(tǒng)及電纜敷設(shè)的優(yōu)化：大量采用的LED節(jié)能燈;全船電纜由首制船的約90 m減少至63 m。

9 ? ?生產(chǎn)設(shè)計(jì)中的技術(shù)重點(diǎn)與難點(diǎn)

（1）對貨艙區(qū)雙層底左右舷的分段接頭位置進(jìn)行改進(jìn)，使得在搭載階段的左右舷合攏縫的精度達(dá)到較高水平，大幅減少了搭載后開刀調(diào)平的工作量;

（2）鋼材采用混套料，材料利用率進(jìn)一步提高，鋼材一次利用率達(dá)到91.14%的歷史最高程度;

（3）充分考慮結(jié)構(gòu)通道布置、貨艙甲板面管系布置、貨艙管系布置、上建內(nèi)裝及通風(fēng)布置等設(shè)計(jì)優(yōu)化;

（4）按階段、分區(qū)域、分施工部門編制圖紙、托盤，為滿足PSPC要求及減輕船塢碼頭工作量，做到能夠工序前置的盡量前置。

10 ? 結(jié)束語

通過不斷優(yōu)化主機(jī)選型和螺旋槳配置，在設(shè)計(jì)吃水9.50 m時(shí)航速接近14.0 kn，主機(jī)油耗減少至17.37 t/天，較首制船32 500 DWT BC減少約30%。

詳細(xì)設(shè)計(jì)在滿足規(guī)則規(guī)范的前提下，不斷改進(jìn)和優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、艙室布置、設(shè)備選型，在圖紙送/退審環(huán)節(jié)中加強(qiáng)與船級社審圖人員的溝通，減少了設(shè)計(jì)成本，改善了施工的工藝性。

生產(chǎn)設(shè)計(jì)采用Tribon軟件進(jìn)行三維建模、合理套料，在同一設(shè)計(jì)平臺上進(jìn)行專業(yè)間協(xié)調(diào)和干涉檢查，并與生產(chǎn)部門進(jìn)行多次模型評審，將評審意見落實(shí)并修改生產(chǎn)設(shè)計(jì)，從而減少設(shè)計(jì)不合理和施工中的返工：鋼材利用率從首制船的82.55%增加至92.28%;管材利用率從首制船的78.65%增加至98.97%;全船管子實(shí)際放樣率由首制船的83.25%增加至95.9%;全船鐵舾件分段預(yù)舾裝率從首制船的69.85%增加至86.55%;全船進(jìn)塢前鐵舾件分段預(yù)舾裝率從首制船的81.53%增加至91.30%。

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