陈谛

摘    要：本文介绍了通过对系列船进行总体布置、船体结构、节能措施、设备选型等优化设计，在增大装载量的情况下，降低建造成本，节能降耗成效显著，满足了环境保护的国际公约及船级社规则规范要求。

关键词：灵便型散货船;优化设计;节能降耗;减排;降低成本

中图分类号：U674.17                              文献标识码：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

我司的首制散货船是32 500 DWT BC入级LR的运木散货船;优化的船型有31 800 DWT BC入级BV的运木散货船、37 000 DWT BC入级LR的大开口货舱运木散货船、39 000 DWT BC入级BV的非运木散货船、39000 DWT BC入级CCS的运木散货船、39 300 DWT BC入级BV的非运木散货船、39 800 DWT BC入级LR的运木散货船，以及满足H-CSR（散货船-油船协调共同结构规范）的40 000 DWT BC入级BV的非运木散货船等。自2013年以来，我司建造的主要船型是为日本NISSHIN公司建造的非运木散货船，得到了日本船东的高度认可，每年都给我司订单。下面介绍灵便型非运木散货船系列的优化设计。

2     总体性能及布置的优化设计

2.1   总体性能的优化

延续采用大开口BOX 箱型货舱横剖面，以提高装卸货效率和缩短码头周期;货舱不设风暴压载舱，货舱舱口盖不使用重型压紧器，操作方便、经济性提高、维护费用降低，即使在恶劣海况下也不需要装载过多的压载水，在满足最小首吃水和螺旋桨浸没要求的情况下，合理分布各压载舱。例如，为了减小中拱弯矩，最大限度地减少首尖舱与尾尖艙压载量。

2.2   船舶主尺度的优化

型深从首制船的14.10 m优化到15.00 m、结构吃水由首制船的10.15 m优化到10.60 m;通过合理调整纵骨间距等方法优化结构布置，增大货舱舱容和载重量。

2.3   油舱布置的优化

为满足船东加大低硫轻柴油（MGO）舱舱容的要求，增大了货舱尾部的重燃油（HFO）舱的容积：将原机舱右舷的HFO舱改为MGO舱;HFO舱的数量由首制船的7个减少到4个;MDO舱由首制船的3个减少到1个;MGO舱与首制船相同为2个。

2.4   压载水舱的优化

将NO.2/3/4边压载水舱与对应的双层底压载水舱打通，在内底边板相应位置开孔;全船压载舱的数量从首制船的23个减少至12个，减少了阀门遥控蝶阀及液压多芯管的数量及施工工作量，节约了劳务成本。

2.5   舾装布置的优化

人孔盖从220套减少至180套;全船钢质快速开启水密门、风雨密门、不锈钢驾驶室移门数量从59套减少至43套，全船钢制直梯从310套减少至265套;全船钢制直梯从33套减少至31套。

2.6   其他方面的优化

取消球鼻首、尾部优化为折角线型;螺旋桨直径由φ5 200 mm优化为φ6 000 mm;船员人数由首制船的30人减少至25人，减少了房间数量及相应的家具和卫生单元等;取消原NO.5货舱后壁的横倾水舱（左/右），洗舱水舱由中部布置改为左右布置，中部增加为应急消防泵舱。

3     船体结构的优化设计

（1）全船分段划分数量从首制船的145个分段减少至133个，减少了吊装和转运的工作量;

（2）货舱区双壳舷侧结构由内底板至11800mm平台之间的横骨架结构改为纵骨架结构，增加了船梁的纵向抗弯能力及船体的总纵强度;

（3）通过分析舷墙的作用及参考类似船型布置，将尾部及中部舷墙改为栏杆，同时取消舷墙相对应的肘板，从而减轻了船体结构重量;

（4）由于无甲板运木功能，甲板桅屋由4个减少至2个;由于取消了中部压载水舱，将货舱的4个横舱壁（2个为槽型结构、2个为平板箱型结构）全部改成槽型结构;货舱区域大舱舱盖的结构强度，由按照运木船的要求设计改为按照非运木船的要求设计。

4     设备配置的优化设计

（1）推进主机：由首制船的MAN B&W 6S42MC-C7改型为MAN B&W 5S50ME-C9.7全电喷主机;SMCR由6 480 kW/136 r/min改为6 483 kW/101.4r/min;CSR由5 832 kW/131.3 r/min改为4 538 kW/99r/min;燃油消耗率由177.4 g/kW.h减少至155.6 g/kW.h，使日油耗从24.83 t/天减少至16.95 t/天;

（2）增加配置了经美国海岸警卫队USCG认可的满足G8压载水公约的压载水处理系统，船舶能顺利航行在世界任何海域和停靠任何港口;

（3）由首制船主机和发电机组各1套燃油供油单元，改为主机和发电机组共用1套供油单元，节约了舱室空间、减少了管路布置、降低了建造成本;

（4）焚烧炉的容量由400 000 Kcal/h（465 kW） 改为180 000 Kcal/h（208 kW），节约了布置空间，降低采购成本;

（5）全船配置有3台发电机，由于主机采用了高压液控单元系统，高压油泵的电机功率增加60 kW，每台发电机的功率由首制船440 kW增加至560 kW，解决了电站容量不足而出现并车运行的问题。

5    节能降耗的优化设计

（1）船体线型、螺旋桨及其它节能装置

船体线型延用我司39 000 DWT BC成熟的线型，配合采用专业公司通过优化设计的螺旋桨，最大限度地提高了大直径低转速螺旋桨的效率;采用在舵叶上增加舵球的低成本节能装置。

（2）发电机废气进入锅炉

按照常规设计发电机废气是不进入锅炉，3台发电机的排烟管对应分别配3个消音器，全船所用蒸汽全部来源于主机废气和锅炉烧燃油。优化后采用两台发电机排气进入锅炉以后，3台发电机只配1个消音器，全船所用蒸汽来源于主机废气、发电机废气和锅炉烧燃油;船舶正常航行时通常只运行1台560 kW发电机组，发电机组的废气加热锅炉水可产生0.7 MPa、170 ℃约200 kg/h的饱和蒸汽，按锅炉烧1 kg/h燃油产生约13 kg/h蒸汽计算，则可节约燃油约15 kg/h。

6    适用最新环境保护的规范、法规与公约要求

6.1   满足船舶能效设计指数（EEDI）要求

EEDI最终认可值为4.53，比要求基准值6.17降低约26.6%，已达到了相关法规Ⅱ阶段（2020年以后）的要求。

6.2  满足硫氧化物（SOx）与氮氧化物（NOx）排放控制要求

主机与发电机可选择燃烧重油（HFO）、普通船用柴油（MDO）、低硫轻柴油（MGO）等多种油品，且满足Tier II阶段的排放要求。国际海事组织（IMO）的“限硫令”要求从2020年1月1日起生效，所有船舶必须使用硫含量不超过0.5%m / m的燃料。

6.3   满足压载水公约的排放要求

该船配备了符合IMO 制定的《压载水管理系统批准导则》（G8 导则）（MEPC 174（58））认可的压载水处理装置，在该公约正式生效前已满足相关要求。

6.4   满足香港公约的绿色环保要求

安装到船上的所有设备和材料均满足香港拆船公約，船厂向船东提供了IHM有害物质清单、无石棉声明、供应商的符合声明及材料声明，并获得了船级社颁发的绿色环保证书。

7    结构重量的轻量化设计

7.1   高强度钢的使用

与BV深入合作对全船的结构进行了系统的优化，适当提高使用高强度钢的比例以减轻重量。例如，纵桁和肋板的端部、外板、船底纵骨、船首抨击区域等一些应力集中区域采用高强钢。

7.2   横舱壁与澳梯的设计

货舱横舱壁取消常规设置的底凳以方便装货;压槽采用新型的等腰梯形设计;非螺旋型澳梯嵌入横舱壁中，既减少钢材用量又可对澳梯形成保护，同时货舱内部无明显突出结构。

7.3   内底板区域强度优化

深入分析市场上类似船型的内底板结构强度，发现内底板强度偏强，采取适当措施优化内底板强度设计。

7.4   首部舱室布置与结构优化

防撞舱壁距首垂线的距离较前期39 000 DWT船减少1.20 m，一方面增加了货舱舱容，另一方面减少了首尖舱的压载水量;将原首部的空舱与首尖舱合并，以弥补压载水量的不足。优化后减少了一个空舱，从而减少了相关结构与舱室舾装及管系系统。

8    详细设计中的技术重点与难点

8.1  货舱之间横舱壁设置底凳及底压载舱进入底凳的通道

根据船东使用要求：在横舱壁底凳与管弄之间设置了400×600的通孔和直梯，在横舱壁底凳与双层底压载舱之间设置了Φ450的检修人孔;由于管弄舾装件很多，设计时需综合布置这个通道，同时考虑管弄变大导致的破舱稳性的变化以及管弄风机的风量是否足够等。

8.2   应急消防泵舱的布置

由于取消了货舱区甲板下通道，且本船尾部无法布置应急消防泵舱，故在No.5货舱后面的左右2个洗舱水舱之间分出空间，布置独立的应急消防泵舱。

8.3   舷边压载水舱的进入通道

由于No.2、3、4舷边压载舱（左/右）很难在主甲板厚板区域设置进舱人孔。为满足船东后续维护要求，在主甲板靠船中避开厚板区域每个舱布置了一个400×600的A型人孔盖进入No.2，3，4舷边压载舱（左/右），在船舶装货时也能进压载舱检查舱内情况，同时克服了甲板受力、甲板面管系众多、布置困难等因素。

8.4   桅房的单边布置及抓斗的布置

在设计过程中需要统筹考虑甲板吊的布置、澳梯通道布置、桅房布置，以及舱盖打开位置是否碰到抓斗、甲板下加强结构等，同时要考虑保护抓斗附近的管系和电缆等，以免被抓斗碰坏。

8.5   首楼甲板下舱室及甲板面锚系泊及桅杆布置

根据防撞舱壁调整后情况，将首楼内部木匠房合并到水手长储藏室，对其它布置及通道等也作了相应的优化设计：首楼甲板面积减小后将锚泊与系泊设备重新布置，尤其是对锚系设备进行全面优化;锚链舱围壁型式由原设计与No.1货舱共壁隧道型优化为独立圆柱型，减少了共壁上的加强结构并避免了锚链收放过程可能对货舱壁的撞击风险。

8.6   船舶舱室布置

（1）主甲板办公室旁布置贮藏室，使办公室形状更规则、内部布置更合理;

（2）机舱出口卫生间、轮机更衣室、甲板部更衣室、防油污器材库、氧气乙炔间等做了不同程度的优化，布置更合理实用。

8.7   舱室降噪与防腐

（1）B甲板机舱风机增加隔音罩，大幅减少生活区的噪音;

（2）船员餐厅角落增加隔离空间以降低机舱噪音对餐厅的影响;

（3）船体外板及压载舱牺牲阳极保护，采用毒性更低、产生电流量更大的阳极铝块代替原阳极锌块;

（4）通过对照明系统及电缆敷设的优化：大量采用的LED节能灯;全船电缆由首制船的约90 m减少至63 m。

9    生产设计中的技术重点与难点

（1）对货舱区双层底左右舷的分段接头位置进行改进，使得在搭载阶段的左右舷合拢缝的精度达到较高水平，大幅减少了搭载后开刀调平的工作量;

（2）钢材采用混套料，材料利用率进一步提高，钢材一次利用率达到91.14%的历史最高程度;

（3）充分考虑结构通道布置、货舱甲板面管系布置、货舱管系布置、上建内装及通风布置等设计优化;

（4）按阶段、分区域、分施工部门编制图纸、托盘，为满足PSPC要求及减轻船坞码头工作量，做到能够工序前置的尽量前置。

10   结束语

通过不断优化主机选型和螺旋桨配置，在设计吃水9.50 m时航速接近14.0 kn，主机油耗减少至17.37 t/天，较首制船32 500 DWT BC减少约30%。

详细设计在满足规则规范的前提下，不断改进和优化结构设计、舱室布置、设备选型，在图纸送/退审环节中加强与船级社审图人员的沟通，减少了设计成本，改善了施工的工艺性。

生产设计采用Tribon软件进行三维建模、合理套料，在同一设计平台上进行专业间协调和干涉检查，并与生产部门进行多次模型评审，将评审意见落实并修改生产设计，从而减少设计不合理和施工中的返工：钢材利用率从首制船的82.55%增加至92.28%;管材利用率从首制船的78.65%增加至98.97%;全船管子实际放样率由首制船的83.25%增加至95.9%;全船铁舾件分段预舾装率从首制船的69.85%增加至86.55%;全船进坞前铁舾件分段预舾装率从首制船的81.53%增加至91.30%。

参考文献

[1]中国船级社.压载水公约实施建议[M]. 北京 2013.

[2]中國船级社.压载水管理系统型式认可指南[M].北京 ， 2013.

[3]中国船级社.船舶能效设计指数（EEDI）验证指南.北京， 2012.