造船企业绿色船舶技术的探究

赵亮亮

（江苏韩通船舶重工有限公司，江苏　南通　226300）

造船企业绿色船舶技术的探究

赵亮亮

（江苏韩通船舶重工有限公司，江苏南通226300）

摘要：绿色生态观念的深入发展，使得绿色船舶的概念成为造船业和航运业的主角。绿色船舶的内涵覆盖到船舶的全寿命时间和几乎全方位领域。对于造船厂来说，绿色船舶的发展将直接影响船厂在业界的竞争力和未来的发展前景。

关键词：绿色船舶；造船厂；造船技术

1　引言

从国际海事组织（IMO）第82次会议（MSC82）《船舶专用海水压载舱和散货船双舷侧处所保护涂层性能标准》（PSPC）标准的生效、到IMO于2009年6月5日对SOLAS公约禁止使用石棉材料的修订、CCS2012年10月1日正式生效的《绿色船舶规范》、再到国际海事组织第57届环保会（MEPC 57）开始从“CO2设计指数”改为EEDI、国际海事组织（IMO）海上安全委员会（MSC）第90次会议批准了《船上噪声等级规则》修订草案。近年来，一系列公约、规范、规则的出台与实施，绿色船舶设计和船舶制造过程中实现船舶全生命周期内绿色环保的理念成为造船业的旗帜，船舶的绿色程度日益成为决定修造船厂的发展关键因素。

此外，世界各主要船级社都制定了相应的入级符号和相关要求，如绿色护照（Green Passport）和绿色船级（Clean）[1]。绿色船舶规范还设定了三级绿色船舶附加标志：Green Ship I/II/III。该附加标志是对船舶在环保、能效、工作环境三个方面先进性的综合标识。除了表征船舶的综合绿色性能，绿色船舶规范还设置了专门的绿色技术附加标志，如节能推进器、废热回收、气体燃料、太阳能、燃料电池等，以鼓励绿色技术的应用。还有针对船舶设计能效要求给出了专门的能效附加标志：EEDI（I/II/III），以突出船舶在能效方面的优势。

在此情况下，造船企业只有在绿色船舶与绿色制造技术上不断创新、发展、进步，才能在激烈的国际竞争中留有一席之地。

2　绿色船舶的概念和思路

2.1绿色船舶的概念

传统的船舶设计是从结构、功能、外观造型、加工制造、生产管理等角度考虑，而绿色船舶设计要求全面考虑产品需求、设计、制造、营运到回收再生整个寿命周期，把产品、环境、人等因素综合考虑，采用相对先进技术在其生命周期内能经济地满足其预定功能和性能，同时实现提高能源使用效率、减少或消除环境污染，并对操作和使用人员具有良好保护的船舶[2]。

船舶绿色制造的目标是使船舶在设计、制造、服役和退役的全寿命周期中，废弃物和有害排放物最少，以减少对空气、水和土地的污染，综合考虑环境因素和资源利用效率，力求对环境影响最小，对资源利用率最高，从而提高经济效益和社会效益。

2.2船舶企业实现绿色船舶的思路

（1）绿色设计是绿色船舶技术的核心。绿色船舶的核心是绿色设计。设计是船舶制造和使用过程中起先导性作用，设计中可以综合考虑诸多可能性，如船舶产品的功能、质量、周期和成本，制造过程对环境和资源的消耗，从节能环保的角度来优化船型、优选船用设备及船用材料，体现船舶人文，实现绿色绿色。一旦产品成型，即使在制造的过程中修改，都会带来巨大的人力物力损失。

绿色船舶设计分为两个方面，一是针对“物”的绿色船舶设计。船舶在制造、使用和拆解过程中的绿色程度基本上取决于船型、结构、功能、材料等相关问题。因此设计需要考虑船舶线型优化，节能装置和高效率螺旋桨设计，主机油耗降低和SOX，NOX，CO2减排，LNG等清洁能源的利用等。二是针对“人”的绿色船舶设计，体现出船舶设计的人文性。设计要考虑船上的生活和工作环境，改善船舶的耐波性、减振降噪，提高伙食标准和娱乐、健身设施等。关注船员的身心健康，设计和设置防海盗设施，改进船岸通讯设备等。使船上的船员和旅客，甚至航运公司岸基办公人员，港口、码头作业人员，检查、检验、引水人员，包括船员的亲属，都能感受到绿色船舶带来的舒适感。

（2）建造过程是绿色船舶实现的关键。船舶建造过程是将设计转换成产品、实现产品设计目标的的关键阶段，因此船舶建造的模式、方法、环境等等都关系着船舶质量和资源利用效率，对于造船厂来说，应当从如下几个方面实现绿色技术。

应用数字化精度造船模式。精度造船模式就是以船体建造精度标准为基本准则，通过科学的管理方法与先进的工艺技术手段，对船体零部件、分段和全船舾装件进行尺寸控制，最大限度地减少装配作业现场的修整工作量，并为提高预舾装率和降低二次除锈率创造有利条件，从而达到提高建造质量、缩短建造周期和降低造船成本的目的。精度控制技术的推广应用，可提高效率、节省能源、减少污染、减少浪费，其主要目标体现在提高原始破口保留率、减少背烧、减少修割开刀、降低人工等几个方面。船舶建造过程中各环节精度控制技术的进步与发展，可从根本上消除后道的返工、换板、修割等工作，真正实现第一次就把事情做好。这需要对制造全过程因素进行系统、完善的研究、分析与应用。

HSE（健康、安全、环境Health-Safety-Environment）。船舶建造作业环境复杂，是事故多发的高危行业。“以人为本、全面协调可持续发展”在企业文化中逐步得到体现，促进了HSE 即健康、安全与环境管理体系的创新与发展，如JSA（作业安全分析，Job SafetyAnalysis）、PTW（作业许可，Permit to Work）和5S 管理体系等在造船企业稳步推进；船舶建造作业安全分析技术、安全作业环境测试技术、危险预知控制技术快速发展；普及危险预知活动，深化安全教育，创新教育模式，营造安全氛围等教育活动的长期开展等。此外，进行车间厂房改造也是加强HSE的有效手段。应用新型环保技术，如切割车间的环保化处理、车间自然通风和自然采光改建等，既减少了污染源的排放、改善了施工环境，还节约了大量的电力等能源。

机械化工艺装备应用。先进的制造技术需要配以相应的工艺装备才能得以实施。加大工艺装备的开发与应用，替代传统低效能、高污染的作业方式，不仅能够有效加快作业流程、缩短建造周期，也为绿色、安全施工环境起到助力作用。

3　造船厂绿色船舶技术应用的现状

3.1船舶推进系统的优化

将现有类型的发动机和推进器进行不同组合，可得到一系列可能的推进装置方案，每艘船应根据船型及其计划运输服务范围选择最佳推进系统方案。例如燃气轮机推进系统由于其重量/功率比小（mGT/Pe = 0.2-0.9kg/kW），适用于浅吃水流线型快速船推进系统。客船上的动力装置不仅用作推进装置，还要为船上客舱服务提供所需要的电力和热力，减少噪声、振动和排气烟雾的影响，以免使旅客受到影响，因此采用柴-燃-电联合推进装置。选择合适的发动机和推进器，还应减少船舶阻力（RT）、改善船舶和螺旋桨水动力性能（hD）、提高主机效率（hE）和扭矩传输各单元的效率（hCGS）以及在加热设备和发电设备采用节能系统，也是减少船舶燃油消耗和优化推进系统的主要措施。

3.2节能减排技术的发展

节能已经成为世界船舶制造业和船舶运输业的一大趋势，各种船舶节能措施应运而生。为降低能耗，获得更好的EEDI 指数，国外同类型船均研制和装设了各种各样的水动力节能装置。目前常见的水动力装置如对转桨、导管桨、桨前整流装置、桨后整流装置、集成桨舵系统等已应用到实船。

3.3环保材料的利用

采用不含铅、锡等有害物质的环保材料油漆，满足压载舱终身油漆（30年使用期）使用和PSPC要求。近年来，我国在尝试减少二次除锈涂装，采用跟踪补涂技术。应用一些无污染、省资源、省能源的绿色涂料。如水性涂料、粉末涂料和辐射固化涂料等。船舶外板水线以下涂料，应用具有只驱赶而并不杀灭海洋生物的性能，是既能防止海洋生物附着，但又不污染海洋的绿色环保涂料。

矿棉、玻璃棉等材料由于具有防火、保温、隔音等优良性能及可加工性，过去被广泛用于船舶舱室内装，但由于不具备可降解性，废弃后将导致周围环境的严重恶化，近年来新型节能及环保材料的实船应用使得这些情况得到较大改观。

耐腐蚀钢板及钢管已经在实船上开始应用。耐腐蚀钢板在原油船货舱区的应用在增强结构耐腐蚀性能的同时，减少了其在制造过程中的处理环节；耐腐蚀钢管一般用在大型船舶的压载系统。新型涂料除了具有一般保护作用外，还具有减阻性能，压载舱新型涂层可实现减少喷涂次数而达到膜厚要求。

3.4降低主辅机有害物质的排放

绿色船舶所涉及的各个方面很多时候都是互相矛盾和制约的。例如为了减少主机NOX和SOX的排放可能会增加油耗，这样就会增加CO2的排放。为了使船舶最大效益的实现各项功能，尽可能的减少污染，必须依靠技术发展和进步。双燃料中速柴油机和低速柴油机技术的发展支撑了LNG 燃料的使用，从而使NOX、SOX和CO2固体颗粒物的排放能同时大幅度下降。2007年，西班牙船东Empresa Naviera Elcano SA 旗下的LNG 运输船“Castillo de Santisteban”号，采用了5台8L51/60DF 型双燃料主机；瓦锡兰公司目前已开发了20DF、34DF和50DF 等多型双燃料主机；卡特彼勒船舶动力系统公司也开发了可使用天然气、船用柴油和重油的双燃料主机。

此外，还可以通过计算流体力学（CFD）技术的发展支撑了船体线型优化和节能装置设计技术，提高船舶的能效；主机电喷技术和及长冲程技术的突破支撑了主机功率、油耗的节省。这些措施均在实现绿色船舶技术上起到了推进作用。

3.5废物和自然能源的利用

随着新能源利用水平提升，废物和自然能源的利用进一步发展，推动了绿色船舶的进步。被制造商称为世界最大动力船的“星球太阳能号”于德国当地时间2010年2月25日揭开了神秘面纱，而日本EcoMarinePower 提出了风帆太阳能电池板的概念，让船舶利用风能和太阳能进行发电，以减少燃料的成本和环境的污染，可安装在大型货船等船只，每年可以节省10-20％的燃油，减少硫氧化物及氮氧化物的排放量，起到环保作用。

4　造船厂绿色船舶技术应用的展望

未来，绿色船舶设计技术的发展和突破，仍应以相关工业技术的发展和进步来引领和支撑。除了现在造船界正在大力研发新材料，新能源技术，低阻涂料技术，高效螺旋桨技术，气膜减阻技术等外，下面两种技术在不久的将来可能成为关键技术：

4.1风险评估技术

风险评估技术已成功应用于化工、核工业和海洋工程等领域，在船舶设计领域应用尚不普遍。但技术本身是成熟和可靠的。该方法的核心技术就是包括了风险评估技术中的综合安全评估（FSA）和安全水平法（SLA）等技术。IMO在规范、公约、标准的制定中已提出了尽可能采用基于目标的方法（GBS），并在协调结构共同规范（HCSR）的制定中进行试点。IMO计划在未来几年内全面重写SOLAS公约和ILLC公约，将会广泛采用GBS方法。为了为我国造船工业界争取标准制定中的话语权和主导权，研究和掌握风险评估技术刻不容缓[3]。此外，在实际工程项目的设计中，风险评估技术也已越来越受到重视。例如对设置双燃料主机的机舱安全，BV 船级社已在规范中明确规定要至少进行失效模式及影响分析（FMEA）。

当前，我国造船工业界的技术人员对风险评估技术的掌握和使用是非常有限的。大量海工项目的风险评估都依赖于国外的机构，不仅多花钱，还要向他们提供几乎全部重要设计资料。

4.2通讯和信息技术

通讯和信息技术的发展非常快，该技术对在茫茫大海中航行的船舶尤其重要。根据目前技术现状，已经可以实现可靠度和保真度的要求，但通讯费用昂贵。而类似于对讲机的通讯模式，虽可节约占用卫星时间，大幅度降低费用，但信息压缩和解压技术仍在研究中，同时这种通话方式并不十分令人满意。无人驾驶运输船舶的理念的提出，很可能对船舶设计带来革命性的变化，但它的实现，必须依赖遥感、遥控等信息技术。

在当前形势下，造船厂要想在激烈的竞争中留有一席之地，未来仍需要从设计、制造、管理、流程再造等角度有所突破，做到绿色设计、绿色建造。例如，在无差错设计方面如何做到设计与工艺流程匹配度最高、设计差错最低、现场消耗最小、方便施工；在管理系统应用方面将海工完工管理系统应用至民船，控制机械完工、减少缺陷、提高一次交验率；在流程再造方面，推进流水线设计改造、机器人应用甚至智能制造技术的应用等。绿色造船并不是孤立的，未来它将创新性的将大量已有绿色制造技术运用到造船中，以人为本、绿色制造是船舶制造发展的唯一方向。只有全面、深入分析船舶制造全过程各环节存在的问题，才能准确把握船舶绿色制造技术的未来发展方向，促进我国船舶绿色制造水平的不断提升[4]。

参考文献：

[1]杨葆和.绿色船舶及其设计技术发展趋势[G].第十六届中国科协年会——分8绿色造船与安全航运论坛论文集，2014（05）：2.

[2]温苗苗，李路，王慧芳，孙武.绿色船舶规范及能效分级应用[G].第十六届中国科协年会——分8绿色造船与安全航运论坛论文集，2014（05）：2.

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

[4]刘建峰，卢军国，邵丹.绿色船舶与绿色造船技术创新发展[G].第十六届中国科协年会——分8绿色造船与安全航运论坛论文集，2014（05）：2-3.