造船企業綠色船舶技術的探究

趙亮亮

（江蘇韓通船舶重工有限公司，江蘇　南通　226300）

造船企業綠色船舶技術的探究

趙亮亮

（江蘇韓通船舶重工有限公司，江蘇南通226300）

摘要：綠色生態觀念的深入發展，使得綠色船舶的概念成為造船業和航運業的主角。綠色船舶的內涵覆蓋到船舶的全壽命時間和幾乎全方位領域。對于造船廠來說，綠色船舶的發展將直接影響船廠在業界的競爭力和未來的發展前景。

關鍵詞：綠色船舶；造船廠；造船技術

1　引言

從國際海事組織（IMO）第82次會議（MSC82）《船舶專用海水壓載艙和散貨船雙舷側處所保護涂層性能標準》（PSPC）標準的生效、到IMO于2009年6月5日對SOLAS公約禁止使用石棉材料的修訂、CCS2012年10月1日正式生效的《綠色船舶規范》、再到國際海事組織第57屆環保會（MEPC 57）開始從“CO2設計指數”改為EEDI、國際海事組織（IMO）海上安全委員會（MSC）第90次會議批準了《船上噪聲等級規則》修訂草案。近年來，一系列公約、規范、規則的出臺與實施，綠色船舶設計和船舶制造過程中實現船舶全生命周期內綠色環保的理念成為造船業的旗幟，船舶的綠色程度日益成為決定修造船廠的發展關鍵因素。

此外，世界各主要船級社都制定了相應的入級符號和相關要求，如綠色護照（Green Passport）和綠色船級（Clean）[1]。綠色船舶規范還設定了三級綠色船舶附加標志：Green Ship I/II/III。該附加標志是對船舶在環保、能效、工作環境三個方面先進性的綜合標識。除了表征船舶的綜合綠色性能，綠色船舶規范還設置了專門的綠色技術附加標志，如節能推進器、廢熱回收、氣體燃料、太陽能、燃料電池等，以鼓勵綠色技術的應用。還有針對船舶設計能效要求給出了專門的能效附加標志：EEDI（I/II/III），以突出船舶在能效方面的優勢。

在此情況下，造船企業只有在綠色船舶與綠色制造技術上不斷創新、發展、進步，才能在激烈的國際競爭中留有一席之地。

2　綠色船舶的概念和思路

2.1綠色船舶的概念

傳統的船舶設計是從結構、功能、外觀造型、加工制造、生產管理等角度考慮，而綠色船舶設計要求全面考慮產品需求、設計、制造、營運到回收再生整個壽命周期，把產品、環境、人等因素綜合考慮，采用相對先進技術在其生命周期內能經濟地滿足其預定功能和性能，同時實現提高能源使用效率、減少或消除環境污染，并對操作和使用人員具有良好保護的船舶[2]。

船舶綠色制造的目標是使船舶在設計、制造、服役和退役的全壽命周期中，廢棄物和有害排放物最少，以減少對空氣、水和土地的污染，綜合考慮環境因素和資源利用效率，力求對環境影響最小，對資源利用率最高，從而提高經濟效益和社會效益。

2.2船舶企業實現綠色船舶的思路

（1）綠色設計是綠色船舶技術的核心。綠色船舶的核心是綠色設計。設計是船舶制造和使用過程中起先導性作用，設計中可以綜合考慮諸多可能性，如船舶產品的功能、質量、周期和成本，制造過程對環境和資源的消耗，從節能環保的角度來優化船型、優選船用設備及船用材料，體現船舶人文，實現綠色綠色。一旦產品成型，即使在制造的過程中修改，都會帶來巨大的人力物力損失。

綠色船舶設計分為兩個方面，一是針對“物”的綠色船舶設計。船舶在制造、使用和拆解過程中的綠色程度基本上取決于船型、結構、功能、材料等相關問題。因此設計需要考慮船舶線型優化，節能裝置和高效率螺旋槳設計，主機油耗降低和SOX，NOX，CO2減排，LNG等清潔能源的利用等。二是針對“人”的綠色船舶設計，體現出船舶設計的人文性。設計要考慮船上的生活和工作環境，改善船舶的耐波性、減振降噪，提高伙食標準和娛樂、健身設施等。關注船員的身心健康，設計和設置防海盜設施，改進船岸通訊設備等。使船上的船員和旅客，甚至航運公司岸基辦公人員，港口、碼頭作業人員，檢查、檢驗、引水人員，包括船員的親屬，都能感受到綠色船舶帶來的舒適感。

（2）建造過程是綠色船舶實現的關鍵。船舶建造過程是將設計轉換成產品、實現產品設計目標的的關鍵階段，因此船舶建造的模式、方法、環境等等都關系著船舶質量和資源利用效率，對于造船廠來說，應當從如下幾個方面實現綠色技術。

應用數字化精度造船模式。精度造船模式就是以船體建造精度標準為基本準則，通過科學的管理方法與先進的工藝技術手段，對船體零部件、分段和全船舾裝件進行尺寸控制，最大限度地減少裝配作業現場的修整工作量，并為提高預舾裝率和降低二次除銹率創造有利條件，從而達到提高建造質量、縮短建造周期和降低造船成本的目的。精度控制技術的推廣應用，可提高效率、節省能源、減少污染、減少浪費，其主要目標體現在提高原始破口保留率、減少背燒、減少修割開刀、降低人工等幾個方面。船舶建造過程中各環節精度控制技術的進步與發展，可從根本上消除后道的返工、換板、修割等工作，真正實現第一次就把事情做好。這需要對制造全過程因素進行系統、完善的研究、分析與應用。

HSE（健康、安全、環境Health-Safety-Environment）。船舶建造作業環境復雜，是事故多發的高危行業。“以人為本、全面協調可持續發展”在企業文化中逐步得到體現，促進了HSE 即健康、安全與環境管理體系的創新與發展，如JSA（作業安全分析，Job SafetyAnalysis）、PTW（作業許可，Permit to Work）和5S 管理體系等在造船企業穩步推進；船舶建造作業安全分析技術、安全作業環境測試技術、危險預知控制技術快速發展；普及危險預知活動，深化安全教育，創新教育模式，營造安全氛圍等教育活動的長期開展等。此外，進行車間廠房改造也是加強HSE的有效手段。應用新型環保技術，如切割車間的環保化處理、車間自然通風和自然采光改建等，既減少了污染源的排放、改善了施工環境，還節約了大量的電力等能源。

機械化工藝裝備應用。先進的制造技術需要配以相應的工藝裝備才能得以實施。加大工藝裝備的開發與應用，替代傳統低效能、高污染的作業方式，不僅能夠有效加快作業流程、縮短建造周期，也為綠色、安全施工環境起到助力作用。

3　造船廠綠色船舶技術應用的現狀

3.1船舶推進系統的優化

將現有類型的發動機和推進器進行不同組合，可得到一系列可能的推進裝置方案，每艘船應根據船型及其計劃運輸服務范圍選擇最佳推進系統方案。例如燃氣輪機推進系統由于其重量/功率比小（mGT/Pe = 0.2-0.9kg/kW），適用于淺吃水流線型快速船推進系統。客船上的動力裝置不僅用作推進裝置，還要為船上客艙服務提供所需要的電力和熱力，減少噪聲、振動和排氣煙霧的影響，以免使旅客受到影響，因此采用柴-燃-電聯合推進裝置。選擇合適的發動機和推進器，還應減少船舶阻力（RT）、改善船舶和螺旋槳水動力性能（hD）、提高主機效率（hE）和扭矩傳輸各單元的效率（hCGS）以及在加熱設備和發電設備采用節能系統，也是減少船舶燃油消耗和優化推進系統的主要措施。

3.2節能減排技術的發展

節能已經成為世界船舶制造業和船舶運輸業的一大趨勢，各種船舶節能措施應運而生。為降低能耗，獲得更好的EEDI 指數，國外同類型船均研制和裝設了各種各樣的水動力節能裝置。目前常見的水動力裝置如對轉槳、導管槳、槳前整流裝置、槳后整流裝置、集成槳舵系統等已應用到實船。

3.3環保材料的利用

采用不含鉛、錫等有害物質的環保材料油漆，滿足壓載艙終身油漆（30年使用期）使用和PSPC要求。近年來，我國在嘗試減少二次除銹涂裝，采用跟蹤補涂技術。應用一些無污染、省資源、省能源的綠色涂料。如水性涂料、粉末涂料和輻射固化涂料等。船舶外板水線以下涂料，應用具有只驅趕而并不殺滅海洋生物的性能，是既能防止海洋生物附著，但又不污染海洋的綠色環保涂料。

礦棉、玻璃棉等材料由于具有防火、保溫、隔音等優良性能及可加工性，過去被廣泛用于船舶艙室內裝，但由于不具備可降解性，廢棄后將導致周圍環境的嚴重惡化，近年來新型節能及環保材料的實船應用使得這些情況得到較大改觀。

耐腐蝕鋼板及鋼管已經在實船上開始應用。耐腐蝕鋼板在原油船貨艙區的應用在增強結構耐腐蝕性能的同時，減少了其在制造過程中的處理環節；耐腐蝕鋼管一般用在大型船舶的壓載系統。新型涂料除了具有一般保護作用外，還具有減阻性能，壓載艙新型涂層可實現減少噴涂次數而達到膜厚要求。

3.4降低主輔機有害物質的排放

綠色船舶所涉及的各個方面很多時候都是互相矛盾和制約的。例如為了減少主機NOX和SOX的排放可能會增加油耗，這樣就會增加CO2的排放。為了使船舶最大效益的實現各項功能，盡可能的減少污染，必須依靠技術發展和進步。雙燃料中速柴油機和低速柴油機技術的發展支撐了LNG 燃料的使用，從而使NOX、SOX和CO2固體顆粒物的排放能同時大幅度下降。2007年，西班牙船東Empresa Naviera Elcano SA 旗下的LNG 運輸船“Castillo de Santisteban”號，采用了5臺8L51/60DF 型雙燃料主機；瓦錫蘭公司目前已開發了20DF、34DF和50DF 等多型雙燃料主機；卡特彼勒船舶動力系統公司也開發了可使用天然氣、船用柴油和重油的雙燃料主機。

此外，還可以通過計算流體力學（CFD）技術的發展支撐了船體線型優化和節能裝置設計技術，提高船舶的能效；主機電噴技術和及長沖程技術的突破支撐了主機功率、油耗的節省。這些措施均在實現綠色船舶技術上起到了推進作用。

3.5廢物和自然能源的利用

隨著新能源利用水平提升，廢物和自然能源的利用進一步發展，推動了綠色船舶的進步。被制造商稱為世界最大動力船的“星球太陽能號”于德國當地時間2010年2月25日揭開了神秘面紗，而日本EcoMarinePower 提出了風帆太陽能電池板的概念，讓船舶利用風能和太陽能進行發電，以減少燃料的成本和環境的污染，可安裝在大型貨船等船只，每年可以節省10-20％的燃油，減少硫氧化物及氮氧化物的排放量，起到環保作用。

4　造船廠綠色船舶技術應用的展望

未來，綠色船舶設計技術的發展和突破，仍應以相關工業技術的發展和進步來引領和支撐。除了現在造船界正在大力研發新材料，新能源技術，低阻涂料技術，高效螺旋槳技術，氣膜減阻技術等外，下面兩種技術在不久的將來可能成為關鍵技術：

4.1風險評估技術

風險評估技術已成功應用于化工、核工業和海洋工程等領域，在船舶設計領域應用尚不普遍。但技術本身是成熟和可靠的。該方法的核心技術就是包括了風險評估技術中的綜合安全評估（FSA）和安全水平法（SLA）等技術。IMO在規范、公約、標準的制定中已提出了盡可能采用基于目標的方法（GBS），并在協調結構共同規范（HCSR）的制定中進行試點。IMO計劃在未來幾年內全面重寫SOLAS公約和ILLC公約，將會廣泛采用GBS方法。為了為我國造船工業界爭取標準制定中的話語權和主導權，研究和掌握風險評估技術刻不容緩[3]。此外，在實際工程項目的設計中，風險評估技術也已越來越受到重視。例如對設置雙燃料主機的機艙安全，BV 船級社已在規范中明確規定要至少進行失效模式及影響分析（FMEA）。

當前，我國造船工業界的技術人員對風險評估技術的掌握和使用是非常有限的。大量海工項目的風險評估都依賴于國外的機構，不僅多花錢，還要向他們提供幾乎全部重要設計資料。

4.2通訊和信息技術

通訊和信息技術的發展非常快，該技術對在茫茫大海中航行的船舶尤其重要。根據目前技術現狀，已經可以實現可靠度和保真度的要求，但通訊費用昂貴。而類似于對講機的通訊模式，雖可節約占用衛星時間，大幅度降低費用，但信息壓縮和解壓技術仍在研究中，同時這種通話方式并不十分令人滿意。無人駕駛運輸船舶的理念的提出，很可能對船舶設計帶來革命性的變化，但它的實現，必須依賴遙感、遙控等信息技術。

在當前形勢下，造船廠要想在激烈的競爭中留有一席之地，未來仍需要從設計、制造、管理、流程再造等角度有所突破，做到綠色設計、綠色建造。例如，在無差錯設計方面如何做到設計與工藝流程匹配度最高、設計差錯最低、現場消耗最小、方便施工；在管理系統應用方面將海工完工管理系統應用至民船，控制機械完工、減少缺陷、提高一次交驗率；在流程再造方面，推進流水線設計改造、機器人應用甚至智能制造技術的應用等。綠色造船并不是孤立的，未來它將創新性的將大量已有綠色制造技術運用到造船中，以人為本、綠色制造是船舶制造發展的唯一方向。只有全面、深入分析船舶制造全過程各環節存在的問題，才能準確把握船舶綠色制造技術的未來發展方向，促進我國船舶綠色制造水平的不斷提升[4]。

參考文獻：

[1]楊葆和.綠色船舶及其設計技術發展趨勢[G].第十六屆中國科協年會——分8綠色造船與安全航運論壇論文集，2014（05）：2.

[2]溫苗苗，李路，王慧芳，孫武.綠色船舶規范及能效分級應用[G].第十六屆中國科協年會——分8綠色造船與安全航運論壇論文集，2014（05）：2.

[3]IMO，Hong Kong International Convention for the Safe and Environmentally Sound Recycling of Ships[S].2009.

[4]劉建峰，盧軍國，邵丹.綠色船舶與綠色造船技術創新發展[G].第十六屆中國科協年會——分8綠色造船與安全航運論壇論文集，2014（05）：2-3.