新一代節能環保型VLCC

上海外高橋造船有限公司 郭 勇 李嘉寧 嚴 超

為了適應日益嚴格的節能環保要求，在嚴峻的經濟環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項目的步伐。日前，經過外高橋造船研發團隊近一年的研究，開發出了新一代節能環保型VLCC。該船型具有世界一流的油耗水平和低于船舶能效設計指數（EEDI）規定的基線值20%以上的優良性能。

主尺度的選擇

合理選擇船舶的主尺度和主要參數，是設計一條優秀船舶的先決條件。外高橋造船對國內外優秀的VLCC設計進行了研究。對于VLCC這類成熟船型，總長333米，型寬60米已經成為工業標準。對于不同的營運航線，艙容和相應的載重噸都有一定的區別。西線營運的船東，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的吃水選擇進行了研究，既考慮到設計吃水下保證一定載重噸的要求，又要兼顧東西線運營船東的要求。經反復核算，將本船的設計吃水定在20.5米，結構吃水方面，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的結構吃水分別確定為21.3米和22.5米，達到30萬噸級和32萬噸級。

當前，絕大多數VLCC船東都采取Slow Steaming的運營方式，降低航速以減少油耗。針對這一特點，根據世界上VLCC的主要航線對設計航速的選擇進行了深入研究，通過對比各航線中不同航速下的營運成本，最終確定了15.5節的設計航速。對于那些對航速有較高要求的船東，同時開發了15.8節的方案，以最大限度的滿足船東的不同需要。

由于設計航速與傳統VLCC相比有所下降，外高橋造船對線型進行了有針對性的優化，調整了球鼻艏的形狀，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，因此方形系數有所減小，為進一步的船體線型優化創造了有利條件。

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

對推進系統也進行了改善和優化，針對MAN B&W公司新推出的綠色超長沖程G型主機的應用，增加螺旋槳的直徑，降低轉速，綜合考慮螺旋槳直徑、轉速、螺距比、盤面比以及自航因子各參數，優化槳的設計，

主機 日油耗航速（設計吃水） Loa(m)Lbp(m) B(m) D(m) Ts(m) Td(m) 艙容(m3) 續航力(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

水動力設計

水動力設計包括船體線型設計、螺旋槳設計以及節能裝置的應用。線型優化的主要目標是減小阻力，提高推進效率。在一定排水量的情況下，已經很難減小摩擦阻力，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行優化，將浮心位置適當前移，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。通過適當減小平行中體的長度，使得進流段和去流段的過度更加平滑。為了改善推進性能，提高船身效率，對艉部線型進行了重新設計，在保證機泵艙提高螺旋槳效率。經過一系列的優化工作，船模試驗數據顯示，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%，相對旋轉效率保持不變。

為了進一步降低油耗，外高橋造船對一系列節能裝置進行了研究（詳見表1），包括舵球、舵翼、MEWIS導管、Eco-Stator、PBCF等，并挑選其中效果較好的幾款節能裝置進行了船模試驗。試驗結果顯示，通過安裝節能裝置，功率可以再降低3%～4%左右。

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總布置優化

外高橋造船根據優化后的線型重新進行了分艙，對總布置進行了優化。首先滿足了規范對于貨油艙雙殼、雙底的要求，以及對于燃油艙保護的要求，并根據MARPOL對意外泄油性能進行了計算。其次在保證首部系泊布置，并充分考慮危險區域對于錨絞機、錨鏈筒布置的影響的前提下，適當增加了貨艙長度。在裝載計算過程中除了注重控制總縱強度，也特別留意滿載工況下的極限強度，使二者達到最佳平衡，為減輕結構重量奠定了基礎。為了在壓載航行工況下盡可能減少壓載水的攜帶量，結合裝載工況的計算對壓載艙的分艙進行了反復優化，通過調整壓載艙的分艙，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，最終達到既減少壓載水量又不增加途中工況的目的。

新技術的應用

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

在輪機電氣系統的設計和配置方面，雖然各種形式的節能環保設備和方案層出不窮，如主海水泵變頻控制、能效管理系統、廢熱回收系統、軸帶發電機等等，但外高橋造船始終堅持從船東利益出發的思路，針對不同船東自身需求和運營習慣，充分評價每一個節能方案的經濟性與投資回報比，并不一味追求將所有的節能措施都應用在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，在輪機電氣系統的設計中，外高橋造船具有相當的靈活性，能夠根據船東要求進行調整，如日用蒸汽采用組合鍋爐供給，避免了由于主機廢氣不足而必須開啟輔鍋爐的不經濟模式等。考慮到未來將會生效的壓載水處理要求，外高橋造船已經有了實船應用壓載水處理系統的經驗，能夠根據船東需求，在實船建造中安裝壓載水處理系統，或者為壓載水處理系統預留位置。

本節能環保型VLCC在具備常規動力驅動的同時，LNG-HFO雙燃料VLCC的開發工作也取得了階段性成果，外高橋造船與船級社、船東聯合進行了HAZIP和HAZOP分析，對LNG與HFO的比例， LNG液罐對總布置、裝載和穩性的影響等進行了分析和計算，并與LNG燃料供給系統的廠商進行了技術交流和討論。各項工作正在積極推進，已經具備了比較成熟的技術條件。

通過優化設計，外高橋造船推出的最新型節能環保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。該節能環保型VLCC的亮點，一是船舶能效設計指數（EEDI）低于《國際防止船舶造成環境污染公約》規定的基線值20%以上；二是在設計航速15.5節時主機的日油耗下降到74噸，比常規VLCC降低了30%左右；三是增加了一系列環保系統和設計。

目前，這款最新的節能環保型VLCC已經進入生產設計階段，將按照外高橋造船的生產建造計劃于2012年12月18日開工建造，并在2014年上半年投入營運。該船的投入使用必將給VLCC市場帶來極大的沖擊，顯著降低運營成本，提高航運公司的競爭力。外高橋造船將一直走在VLCC設計開發的前沿，并將始終堅持節能環保的理念，努力躋身世界VLCC開發、設計和建造的先進行列。