自主研發(fā)建造VLOC

余健 譚杰

（江蘇熔盛重工有限公司 南通 226532）

自主研發(fā)建造VLOC

余健 譚杰

（江蘇熔盛重工有限公司 南通 226532）

基于熔盛重工承建的38萬(wàn)噸超大型礦砂船設(shè)計(jì)、建造、交船的全過(guò)程，展示了該船的設(shè)計(jì)特點(diǎn)、工藝難點(diǎn)、建造技術(shù)等第一手資料，著重指出首制船“Vale China”號(hào)在自主研發(fā)建造、節(jié)能環(huán)保、安全高效及主機(jī)自主裝備等方面進(jìn)行的有益探索和實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了該船型的成功研發(fā)。

超大型礦砂船；設(shè)計(jì)建造；自主研發(fā)

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)粗鋼年產(chǎn)量由1億t上升到6億t，占全球總產(chǎn)量44.3%，位居世界第一。海關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2010年我國(guó)礦砂資源的進(jìn)口激增，進(jìn)口鐵礦石達(dá)到6.186億t，花費(fèi)人民幣1 953億元［1］。為提高性價(jià)比，主流鋼企對(duì)礦砂專用船的需求由傳統(tǒng)的20萬(wàn)噸級(jí)向超大型轉(zhuǎn)變，給超大型礦砂船（Very Large Ore Carrier，簡(jiǎn)稱VLOC）的設(shè)計(jì)和建造帶來(lái)了需求市場(chǎng)。

通常載重量大的船舶性價(jià)比較高，而投入巴西航線的20萬(wàn)噸級(jí)以上的礦砂船數(shù)量有限且船齡偏大，并不能滿足現(xiàn)有運(yùn)力需求。隨著國(guó)際海事組織（IMO）對(duì)船舶安全及環(huán)保要求的提升，船東對(duì)船舶營(yíng)運(yùn)提出新的要求。原有大型礦砂船已不能滿足需要，因此有必要開(kāi)發(fā)新型環(huán)保、節(jié)能高效、安全的超級(jí)礦砂船。2008年8月，熔盛重工與淡水河谷簽訂建造12艘38萬(wàn)噸級(jí)超級(jí)礦砂船的合同。合同總額高達(dá)16億美元，并創(chuàng)單筆造船訂單金額、散貨船單船噸位、訂單總噸位三項(xiàng)世界紀(jì)錄。2009年，淡水河谷又宣布租用同樣由熔盛重工承建的阿曼航運(yùn)公司4艘同型超級(jí)礦砂船。

1 相關(guān)技術(shù)要求

中國(guó)與巴西對(duì)碼頭及港口尺度限制要求如表1所示。

表1 中國(guó)與巴西碼頭及港口對(duì)比

在滿足規(guī)范、法規(guī)及相關(guān)國(guó)家的要求外，船東特別要求達(dá)到以下目標(biāo)：

（1）盡量加大船舶裝載量至40萬(wàn)t。淡水河谷稱，中國(guó)有三個(gè)港口（馬跡山港、大連港和董家口港）能夠接卸40萬(wàn)t的大型干散貨船。

（2）盡量降低油耗，包括需考慮降低船舶在所經(jīng)航線滿載和壓載工況下，在風(fēng)浪中航行的油耗及使用中各種設(shè)備的能耗。

（3）提高裝卸貨效率。包括裝載機(jī)不停歇裝貨，貨艙卸貨無(wú)死角等。

（4）良好的船舶和安全性能：疲勞壽命30年，滿足保護(hù)涂層性能標(biāo)準(zhǔn)（PSPC）等。

我國(guó)近年來(lái)已通過(guò)不斷探索，實(shí)現(xiàn)了23萬(wàn)t和30萬(wàn)t礦砂船的自主設(shè)計(jì)和建造，具備了開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)和建造38萬(wàn)t礦砂船的能力。通過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)外同型船舶的技術(shù)參數(shù)（見(jiàn)表2）及船東的特殊要求，我們完成了38萬(wàn)t礦砂船的自主設(shè)計(jì)。

表2 38萬(wàn)t礦砂船和同型船舶技術(shù)參數(shù)對(duì)比

2 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.1 總體布置特點(diǎn)

2.1.1 合理配置壓載水

為滿足船東節(jié)能減排、綠色環(huán)保的要求，在保證船舶壓載及航行狀態(tài)安全的前提下，本船使用盡量少的壓載水。這樣能減少壓載水的灌注和排放時(shí)間，達(dá)到減少能耗的目的。本船壓載艙容積為19萬(wàn)m3，約占全部邊艙總?cè)莘e的65%。同時(shí)，在壓載工況和壓載水置換工況下，船體靜水彎矩能得到有效控制。

2.1.2 良好的干舷和破艙穩(wěn)性

為減小空船重量、型深和首樓的高度，本船采用B-100型干舷，型深可減少0.2 m，首樓高度可減少1m。按B-100型干舷要求計(jì)算破損穩(wěn)性，滿足要求。

2.1.3 裝卸貨順序的計(jì)算分析

本船的船級(jí)符號(hào)中有EL-2標(biāo)志，即要求滿足每一個(gè)貨艙不間斷一次裝滿。這對(duì)船體結(jié)構(gòu)的總縱強(qiáng)度和局部強(qiáng)度提出了更高的要求，同時(shí)在建造過(guò)程中對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的控制將更加嚴(yán)格。經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，本船確定了較好的貨艙裝貨順序。

2.2 滿足環(huán)保要求的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（1）燃油艙保護(hù)：對(duì)規(guī)范要求的所有燃油艙和柴油艙均采用雙殼保護(hù)。

（2）滿足壓載艙保護(hù)涂層性能標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（3）壓載水控制：按現(xiàn)行規(guī)范要求采用順序法進(jìn)行壓載水置換，為后續(xù)壓載水處理裝置預(yù)留安裝位置。

（4）排放：主機(jī)、輔機(jī)等滿足TIER I排放限制要求，同時(shí)設(shè)置低硫燃油系統(tǒng)滿足控制區(qū)域排放要求。

（5）污水處理裝置、油水分離器等滿足目前的環(huán)保要求。

（6）設(shè)置專用生活污水艙、洗艙淡水艙和洗艙污水艙。

2.3 船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算特點(diǎn)

2.3.1 貨艙結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)

為了控制每個(gè)貨艙的裝載量，避免出現(xiàn)過(guò)大的載荷，本船采用了7個(gè)貨艙的布置，這也是目前國(guó)際上絕大多數(shù)32萬(wàn)噸級(jí)以上礦砂船采用的布置形式。

船東為了提高卸貨速度，要求貨艙開(kāi)口盡量大、貨艙底部不留死角。在此要求下，本船縱艙壁傾斜角度接近77°，貨艙底部面積較小，造成內(nèi)底板單位面積上載荷很高。因此為了雙層底結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，采用較高的雙層底高度設(shè)置（達(dá)到4.8m）。

2.3.2 結(jié)構(gòu)疲勞壽命

本船的船級(jí)符號(hào)中有CSA-2的要求，即本船的結(jié)構(gòu)疲勞壽命要求達(dá)到30年。由于本船是世界上載重量最大的礦砂船，因此船級(jí)社的審查非常嚴(yán)格，明確要求進(jìn)行全船結(jié)構(gòu)有限元分析。

2.3.3 大型艙口蓋

為滿足船東高效裝卸貨效率和不留死角的要求，本船的艙口蓋尺寸超大。表3對(duì)比了幾種大型艙口蓋。

表3 幾種大型艙口蓋對(duì)比

2.4 機(jī)艙布置特點(diǎn)

考慮到本船超大、超高之特殊性，故機(jī)艙的布置具有如下特點(diǎn)：

（1）由于機(jī)艙內(nèi)的平臺(tái)間距大且艙壁高度高，因此盡可能將不需要封閉的艙室艙壁上部做成鋼絲網(wǎng)壁，以減少結(jié)構(gòu)重量。

（2）壓載泵和壓載管系的尺寸較大。在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮設(shè)置專用的壓載水海水箱，考慮管系的走向布置，設(shè)置壓載泵的吊口。

（3）壓載泵排水量很大，在壓載管的拐彎處會(huì)對(duì)管路造成沖擊，因此彎管處的固定需重點(diǎn)關(guān)注。

（4）機(jī)艙下平臺(tái)預(yù)留壓載水處理裝置安裝空間，尺寸參照ALFA LAVAL廠家標(biāo)準(zhǔn)。由于壓載水處理裝置耗電量巨大，機(jī)艙中平臺(tái)需同時(shí)預(yù)留一臺(tái)新增發(fā)電機(jī)的安裝空間。

（5）本船貨艙艙底泵排量較大，所需驅(qū)動(dòng)水量大，而常規(guī)的消防泵無(wú)法滿足。故采用低壓、大水量的驅(qū)動(dòng)方式，用壓載水泵為貨艙艙底噴射泵提供驅(qū)動(dòng)水。

（6）由于本船尾部空間有限，故將應(yīng)急消防泵艙布置在機(jī)艙前部的第三空艙內(nèi)，通道也通過(guò)第三空艙進(jìn)入。所以機(jī)艙前艙壁與第三空艙需為A-60。

（7）本船機(jī)艙層高較高，主輔機(jī)排氣出口的固定支撐盡量接近排氣出口，以保證排氣管的重量不作用到增壓器出口膨脹節(jié)。

（8）中平臺(tái)和上平臺(tái)層高達(dá)7 m，機(jī)艙吊梁距天花板較遠(yuǎn)，結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度需特別加強(qiáng)。

（9）機(jī)艙花鋼板位于5.9 m處，故在布置底層泵時(shí)，需結(jié)合泵的吸高來(lái)考慮泵的安裝高度。

（10）肋骨間距較大，需注意排弦外開(kāi)口的加強(qiáng)。

3 建造技術(shù)難點(diǎn)

由于本船船型尺度非常大，結(jié)構(gòu)疲勞壽命要求達(dá)到30年，且要求一個(gè)貨艙能不間斷裝滿礦砂，這對(duì)結(jié)構(gòu)總縱強(qiáng)度和局部強(qiáng)度提出了很高的要求。在建造過(guò)程中，對(duì)結(jié)構(gòu)部分的建造精度和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的控制成為重點(diǎn)關(guān)注項(xiàng)。

3.1 超大尺寸分段的建造精度控制

造船精度控制是現(xiàn)代造船中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。它以數(shù)理統(tǒng)計(jì)為理論基礎(chǔ)，以補(bǔ)償量取代余量為核心，通過(guò)先進(jìn)的工藝技術(shù)手段和科學(xué)管理方法，對(duì)船舶建造進(jìn)行全過(guò)程的尺寸精度分析和控制，最大限度減少現(xiàn)場(chǎng)的修整量，從而達(dá)到提高生產(chǎn)效率、降低建造成本、保證建造質(zhì)量、縮短造船周期的目的［2］。

船體建造精度管理從國(guó)外引入，目前已在國(guó)內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用發(fā)展。精度管理最終要用補(bǔ)償量來(lái)代替余量，補(bǔ)償量的確定是船體精度控制中的核心內(nèi)容。為此，我們確定如下工作內(nèi)容和要求：

（1）確定精度補(bǔ)償量計(jì)算方法和補(bǔ)償量加放應(yīng)遵循的原則。（2）應(yīng)用計(jì)算機(jī)手段，實(shí)現(xiàn)零件的補(bǔ)償量加放。（3）穩(wěn)定工藝原則，明確現(xiàn)場(chǎng)工藝要求和加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)工藝巡查。

（4）嚴(yán)格管理原則，對(duì)各工序嚴(yán)格控制，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的尺寸精度補(bǔ)償。

（5）總組工具和工裝優(yōu)化，使精度控制方法簡(jiǎn)單化。

（6）全站儀的引入。所有總組精度控制點(diǎn)的位置和理論三維尺寸全部在數(shù)據(jù)表上體現(xiàn)，不僅細(xì)化了測(cè)量人員對(duì)測(cè)量點(diǎn)的概念，也明顯降低了測(cè)量人員的技能要求，為后續(xù)數(shù)據(jù)分析提供完善的保障。

（7）引入造船精度控制系統(tǒng)三維模擬搭載軟件。參照國(guó)內(nèi)外先進(jìn)管理模式，結(jié)合我們當(dāng)前實(shí)際測(cè)量和控制盲點(diǎn)，以全站儀和精度軟件為依托，優(yōu)化我們數(shù)據(jù)測(cè)量和分析方法，提高船舶總組及搭載的精度控制水平。

3.2 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量控制

由于本船在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和局部強(qiáng)度上要求非常高，因此關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量控制是建造方、船東和船檢部門應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的區(qū)域。具體方法如下：

（1）根據(jù)結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算結(jié)果，確定關(guān)鍵區(qū)域節(jié)點(diǎn)；根據(jù)規(guī)范和船檢要求對(duì)關(guān)鍵區(qū)域節(jié)點(diǎn)明確建造工藝要求。

（2）在施工圖紙上細(xì)化關(guān)鍵區(qū)域節(jié)點(diǎn)表示。

（3）對(duì)關(guān)鍵區(qū)域的開(kāi)孔集中管理。在設(shè)計(jì)結(jié)束后，對(duì)主甲板、艙口圍板等區(qū)域的開(kāi)孔重新進(jìn)行有限元計(jì)算，最終達(dá)到滿足強(qiáng)度要求。

（4）采用100MARK線等檢驗(yàn)手段，加強(qiáng)精度控制。

3.3 保護(hù)涂層性能標(biāo)準(zhǔn)（PSPC）的執(zhí)行

2006年12月8日，IMO的MSC82大會(huì)在土耳其伊斯坦布爾正式通過(guò)了《所有類型船舶專用海水壓載艙和散貨船雙舷側(cè)處所保護(hù)涂層性能標(biāo)準(zhǔn)》即“Performance Standard for Protective Coatings（簡(jiǎn)稱PSPC）”，并作為強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)［3］寫(xiě)入了SOLAS公約。

此項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的制定和執(zhí)行，大大提高了造船標(biāo)準(zhǔn)，給新造船的周期和成本帶來(lái)巨大影響。對(duì)此我們采取如下應(yīng)對(duì)措施：

（1）優(yōu)化分段劃分。結(jié)合本船結(jié)構(gòu)形式和PSPC標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)分段劃分進(jìn)行優(yōu)化。全船共劃分為總段100多個(gè)，分段200余個(gè)（其中涉及執(zhí)行PSPC的分段共120個(gè)，占60%）。

（2）采用新型工裝腳手。在保證施工人員安全的前提下，采用懸掛式腳手代替原來(lái)大量采用的管子腳手，有效減少油漆破壞率。

（3）深化舾裝生產(chǎn)設(shè)計(jì)，提高托盤完整性。將原來(lái)后道作業(yè)安裝的舾裝件提前到分段階段安裝，是保證PSPC實(shí)施的重要手段。在本船上，我們首次實(shí)現(xiàn)甲板舾裝件及部分設(shè)備基座在分段階段安裝，提高分段舾裝率。這樣不僅提高了建造效率且減小了后道作業(yè)的安裝難度。

（4）深入推廣跟蹤補(bǔ)漆工藝。細(xì)化了跟蹤補(bǔ)漆的工藝標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工管理，真正實(shí)現(xiàn)全工序跟蹤補(bǔ)漆管理。

（5）加強(qiáng)涂裝完工分段的保護(hù)措施。制定明確的艙室油漆保護(hù)規(guī)定，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工管理。

4 主機(jī)特點(diǎn)

首制船“Vale China”號(hào)主機(jī)采用熔盛重工自主建造的7RT-flex 82T型發(fā)動(dòng)機(jī)，其功率大（31 640 kW）、油耗低（167 g/kW·h）、結(jié)構(gòu)緊湊，能有效降低SO x、NO x的排放。它不僅得到船東的高度認(rèn)可，也充分顯示了熔盛集團(tuán)順應(yīng)船東營(yíng)運(yùn)和環(huán)保需要的全方位造船能力。

5 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)

5.1 設(shè)計(jì)

圖1 “Vale China”號(hào)總布置圖

如圖1所示，38萬(wàn)t首制船“Vale China”號(hào)整船毛重5.2萬(wàn)t（含主機(jī)、上層建筑等），空船重4.3萬(wàn)t，整船分段數(shù)量200余只，平均分段重達(dá)200 t以上［4］。熔盛重工專用于VLOC和海工產(chǎn)品建造的4號(hào)船塢尺寸為580m×139.5m，配有1 600 t龍門吊，可同時(shí)容納“兩個(gè)一條半”（即兩條整船、兩條半船）VLOC串、并聯(lián)組合建造，大大縮短了總組搭載的船塢周期。

在起重能力上，熔盛配置1 600 t龍門吊一臺(tái)，在推進(jìn)巨型總段建造法方面具有優(yōu)勢(shì)。依據(jù)1 600 t龍門吊有兩個(gè)上小車的特點(diǎn)，對(duì)38萬(wàn)噸礦砂船的甲板分段52x（x指分段序號(hào)）與53x或舷側(cè)分段62x與63x實(shí)行同時(shí)搭載，耗時(shí)僅5 h，起吊速度較原先分別搭載時(shí)快了近一倍。圖2為搭載吊裝圖。依此建造方法，首制船最大總段的重量超過(guò)1 000 t，平均總段約450 t，大大加強(qiáng)了船塢利用效率。隨著總段重量和體積的增大，對(duì)船企的起重設(shè)施能力、船塢規(guī)格大小、高空作業(yè)難度等都帶來(lái)了新要求。施工作業(yè)危險(xiǎn)系數(shù)的增大也給安全防范帶來(lái)不小的挑戰(zhàn)。

圖2 搭載吊裝圖

5.2 出塢

2011年7月14日，在6艘海巡艇和大功率拖輪簇?fù)硐拢癡ale China”號(hào)巧借潮汐滑入長(zhǎng)江。3 h后靠泊熔盛碼頭，順利出塢（見(jiàn)圖3）。

5.3 試航

10月28日7時(shí)，在6艘海巡艇護(hù)衛(wèi)下，“Vale China”號(hào)沿著長(zhǎng)江航道進(jìn)入東海，進(jìn)行為期8天的系列試航（計(jì)劃試航15天）。11月9日?？吭陬A(yù)定錨地，成功完成試航。船只各項(xiàng)功能均達(dá)到預(yù)期效果，航速表現(xiàn)尤為出色。

圖3 “Vale China”號(hào)出塢

6 結(jié)論

11月25日，熔盛重工建造的38萬(wàn)噸級(jí)礦砂船“Vale China”號(hào)順利交付船東——巴西淡水河谷，見(jiàn)圖4。雙方后續(xù)還將交接15艘同型船。

圖4 “Vale China”號(hào)成功交付

此次交付的“Vale China”號(hào)是熔盛重工自主研發(fā)的高科技船型，代表了世界領(lǐng)先的超大型散貨船技術(shù)水平。該船主機(jī)由熔盛重工建造，是迄今為止中國(guó)自主生產(chǎn)的首臺(tái)瓦錫蘭最大功率低速柴油機(jī)。

［1］中國(guó)海關(guān)總署.2010年全國(guó)外貿(mào)數(shù)據(jù)［G］.2011-01-10.

［2］馮運(yùn)檀.船體建造工藝學(xué)［M］.哈爾濱：哈爾濱船舶工程學(xué)院出版社，1990.

［3］國(guó)際海事組織.第82屆海安會(huì)：涂層性能標(biāo)準(zhǔn)（PSPC）［S］.2006.

［4］熔盛重工.38萬(wàn)噸礦砂船設(shè)計(jì)手冊(cè)［R］.2010.

Independent research and development to build VLOC

YU Jian TAN Jie
（Jiangsu Rongsheng Heavy Industries Co.Ltd.，Nantong 226532，China）

Based on the design，construction and delivery of the 380 000 t VLOC in Rong sheng Heavy Industries，this paper provides amass of firsthand material about VLOC，including the design features，technical difficulties，and construction technology.Beneficial exploration and practice are highlighted in many aspects，such as the independent research and development construction，the environmental protection，safety，efficiency and independent main engine equipment.The successful development of this ship type is eventually realized.

very large ore carrier（VLOC）；design and shipbuilding；independent research and development

U674.13+4.1；U662

A

1001-9855（2012）03-0022-05

2011-12-27；

2012-02-08

余健（1974-），男，碩士，高級(jí)經(jīng)濟(jì)師，研究方向：企業(yè)管理、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、企業(yè)戰(zhàn)略及人力資源管理。

譚杰（1977-），男，工程師，研究方向：船舶與海洋工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)。