現代重工13200TEU集裝箱船設計要點

李 源

作為韓國最大的船企，現代重工對船型預研投入很大，其開發的一型13200TEU集裝箱船的概念設計中，較多地考慮了船舶的環保性能和運營經濟性，將航速從25～26kn降至21～23kn，并應用多種環保技術，來達到節能減排的目的。

主機的選擇

1、選用適用于低速航行的主機

計算證明，當航速降低15%～20%時，燃油耗量將大幅減少40%左右。出于運營經濟性的考慮，集裝箱船越來越多地采用低速航行，這樣在船體設計和動力配置上會與以前高速航行時有所不同，因此設計上應基于低速航行對船型進行優化，同時動力配置上傾向于使用低速主機和更大直徑的螺旋槳。過去大型集裝箱船往往選用K98型主機，但目前大型集裝箱船越來越多地采用長沖程的S80ME-C9和S90ME-C8/9發動機，因為這種類型的主機可搭配更大直徑的螺旋槳。這樣，一臺S90ME-C9柴油機可替代相同氣缸數的K98型。這樣做的好處是油耗明顯下降，從表2中可以看出13200TEU集裝箱船采用低速的S90ME型主機后，在正常持續功率狀況下，比使用K98ME型主機每千瓦油耗將減少4.8%，每日油耗將減少8%。

表14500TEU和13200TEU集裝箱船選用不同主機時的比較

表2 采用8S90ME-C9.2主機或10S90ME-C9.2主機的比較

2、通過降功率（derating）使用更大功率的發動機來減少油耗

同樣采用長沖程主機的前提下，若采用比所需功率更大的主機，并降級使用時，油耗會有所減少。表3對該船分別采用8缸和10缸的主機配置進行了比較，發現正常航行狀況下后者每千瓦油耗將減少2.4%，每日油耗將減少4.4%。

表3 發動機各種負荷狀況下的油耗比較

節能環保特點

1、通過調校發動機減少油耗

發動機控制調校（ECT）。該方法僅適用于電噴型主機，且無需更改發動機部件，僅通過改變發動機控制參數即可實現。

廢氣旁路（EGB）調校。該方法需安裝廢氣旁路，發動機上的渦輪增壓器與100%負荷廢氣旁路全開時相匹配。

可變渦輪區（VT）調校。該方法要求特殊的渦輪增壓器部件，以允許發動機渦輪增壓器改變噴嘴環的面積，噴嘴環的面積在發動機低負荷時最小。

2、改變渦輪增壓器

a、通過打開、關閉渦輪增壓器，實現雙效最大持續功率。

b、雙效渦輪增壓系統

安裝大、小兩臺渦輪增壓器，在低負荷狀況下，關閉小渦輪增壓器，高負荷狀況下，開啟大、小兩臺渦輪增壓器，高效利用廢氣。

3、帶智能動力管理系統的廢氣回收系統

通過安裝帶智能動力管理系統的廢氣回收系統高效利用廢氣，提高環保性。

除上述節能技術外，該船還可應用現代重工開發的多種節能設備，如：采用（X扭轉）全鏟形舵，可改善空泡性能，增加1%～2%的推進效率；采用Vs螺旋槳，可增加2%的螺旋槳效率，改善空泡性能；采用反轉螺旋槳（CRP），可增加8%～10%的推進效率；應用船底空氣潤滑層系統，可減少5%～10%的阻力。

優化水動力結構，降低空船重量

采用高強度鋼并優化結構，一方面減少肋骨和縱骨間距，另外，在厚度不同處，分開使用不同厚度的鋼板，以達到降低空船重量的目的。

排放控制技術

1、廢氣循環（EGR）

將部分廢氣重新送回發動機，減少燃燒室空氣的氧含量，從而降低燒燒溫度，達到NOX減排目的。MAN公司的EGR系統應用范圍十分廣泛，以HFO、精餾燃油或天然氣為燃料的主機均可使用。試驗證明，采用該技術可達到將于2016年生效的IMO TierⅢ NOX排放控制要求。

2011年11月現代重工已向MAN公司訂購了第二代EGR系統，安裝在為馬士基建造的4500TEU集裝箱船上。該系統包含一臺冷卻器、一臺清洗器、一臺水霧捕捉器和一個鼓風機，同時該系統還可作為主機的進氣冷卻器。經過優化，第二代EGR系統可循環使用40%的廢氣。

2、通過在燃燒室中加入水降低NOX排放

通過在燃燒過程中加入水，降低燃燒時的峰值溫度，從而達到減少NOX排放的目的。水可以通過不同的方法加入到燃燒室中，如使進入燃燒室的空氣濕潤，直接將水噴射至燃燒室，燃油水分層噴射及將水加入燃油中。現代重工開發的進氣加濕系統可有效減少NOX排放，在四沖程柴油機中可減少60%的NOX。

其他減排技術還有采用選擇性催化還原技術，可減少85%～95%的NOX，以及SOX和顆粒物清洗器。

以LNG作為燃料

船舶采用雙燃料推進既增加環保性能，又可減少能耗。以LNG為燃料的大型集裝箱船的主機和燃料艙的布置如下圖所示。當采用LNG推進時，由于燃料有限，船舶續航力僅3050海里，但此時的能耗較低。

另外，該船還可通過采用電力推進和節電技術來提高環保性能，節電技術包括：利用岸電、使用LED光源、使用高效的電動機、使用變頻電動機/電泵，用于首/尾側推、冷卻泵、通風扇和甲板機械等。

綜合來看，目前大型集裝箱船是韓國的優勢領域，韓國幾大著名的船企均對大型集裝箱船的設計建造進行了充分的技術儲備，在優化船型、提供節能環保解決方案方面進行了很多探索，通過參考并對比其解決措施可為我們開拓思路，了解國外船型發展方向。

從上文可以看出，大型集裝箱船對主機的選型和應用上與以往有了很大的不同，不論是采用雙燃料主機還是對發動機進行調校，同時利用廢氣、減輕空船重量、安裝各類節能設備、采取排放控制措施及采用電力推進等均為節能環保提供了可觀的空間。實際上在我國的設計中也已經采用類似的思路，比如在為Seaspan船舶管理公司設計10000TEU集裝箱船上摒棄了傳統的主機方案，轉而采用超長沖程、低轉速主機并配備大直徑螺旋槳，顯著提高船舶能效。

表4 采用雙燃料主機后的能耗