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38萬噸超大型礦砂船設計、建造、交船的全過程，展示了該船的設計特點、工藝難點、建造技術等第一手資料，著重指出首制船“Vale China”號在自主研發(fā)建造、節(jié)能環(huán)保、安全高效及主機自主裝備等方面進行的有益探索和實踐，實現了該船型的成功研發(fā)。

超大型礦砂船；設計建造；自主研發(fā)

0 引言

進入21世紀以來，中國粗鋼年產量由1億t上升到6億t，占全球總產量44.3%，位居世界第一。海關數據顯示，2010年我國礦砂資源的進口激增，進口鐵礦石達到6.186億t，花費人民幣1 953億元［1］。為提高性價比，主流鋼企對礦砂專用船的需求由傳統(tǒng)的20萬噸級向超大型轉變，給超大型礦砂船（Very Large Ore Carrier，簡稱VLOC）的設計和建造帶來了需求市場。

通常載重量大的船舶性價比較高，而投入巴西航線的20萬噸級以上的礦砂船數量有限且船齡偏大，并不能滿足現有運力需求。隨著國際海事組織（IMO）對船舶安全及環(huán)保要求的提升，船東對船舶營運提出新的要求。原有大型礦砂船已不能滿足需要，因此有必要開發(fā)新型環(huán)保、節(jié)能高效、安全的超級礦砂船。2008年8月，熔盛重工與淡水河谷簽訂建造12艘38萬噸級超級礦砂船的合同。合同總額高達16億美元，并創(chuàng)單筆造船訂單金額、散貨船單船噸位、訂單總噸位三項世界紀錄。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公司4艘同型超級礦砂船。

1 相關技術要求

中國與巴西對碼頭及港口尺度限制要求如表1所示。

表1 中國與巴西碼頭及港口對比

在滿足規(guī)范、法規(guī)及相關國家的要求外，船東特別要求達到以下目標：

（1）盡量加大船舶裝載量至40萬t。淡水河谷稱，中國有三個港口（馬跡山港、大連港和董家口港）能夠接卸40萬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航線滿載和壓載工況下，在風浪中航行的油耗及使用中各種設備的能耗。

（3）提高裝卸貨效率。包括裝載機不停歇裝貨，貨艙卸貨無死角等。

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

我國近年來已通過不斷探索，實現了23萬t和30萬t礦砂船的自主設計和建造，具備了開發(fā)、設計和建造38萬t礦砂船的能力。通過對比國內外同型船舶的技術參數（見表2）及船東的特殊要求，我們完成了38萬t礦砂船的自主設計。

表2 38萬t礦砂船和同型船舶技術參數對比

2 設計特點

2.1 總體布置特點

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間，達到減少能耗的目的。本船壓載艙容積為19萬m3，約占全部邊艙總容積的65%。同時，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型干舷要求計算破損穩(wěn)性，滿足要求。

2.1.3 裝卸貨順序的計算分析

本船的船級符號中有EL-2標志，即要求滿足每一個貨艙不間斷一次裝滿。這對船體結構的總縱強度和局部強度提出了更高的要求，同時在建造過程中對關鍵節(jié)點的控制將更加嚴格。經過計算分析，本船確定了較好的貨艙裝貨順序。

2.2 滿足環(huán)保要求的設計特點

（1）燃油艙保護：對規(guī)范要求的所有燃油艙和柴油艙均采用雙殼保護。

（2）滿足壓載艙保護涂層性能標準的要求。

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

（4）排放：主機、輔機等滿足TIER I排放限制要求，同時設置低硫燃油系統(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）設置專用生活污水艙、洗艙淡水艙和洗艙污水艙。

2.3 船舶結構設計和計算特點

2.3.1 貨艙結構布置特點

為了控制每個貨艙的裝載量，避免出現過大的載荷，本船采用了7個貨艙的布置，這也是目前國際上絕大多數32萬噸級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，造成內底板單位面積上載荷很高。因此為了雙層底結構的強度和剛度，采用較高的雙層底高度設置（達到4.8m）。

2.3.2 結構疲勞壽命

本船的船級符號中有CSA-2的要求，即本船的結構疲勞壽命要求達到30年。由于本船是世界上載重量最大的礦砂船，因此船級社的審查非常嚴格，明確要求進行全船結構有限元分析。

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對比了幾種大型艙口蓋。

表3 幾種大型艙口蓋對比

2.4 機艙布置特點

考慮到本船超大、超高之特殊性，故機艙的布置具有如下特點：

（1）由于機艙內的平臺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壁，以減少結構重量。

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

（3）壓載泵排水量很大，在壓載管的拐彎處會對管路造成沖擊，因此彎管處的固定需重點關注。

（4）機艙下平臺預留壓載水處理裝置安裝空間，尺寸參照ALFA LAVAL廠家標準。由于壓載水處理裝置耗電量巨大，機艙中平臺需同時預留一臺新增發(fā)電機的安裝空間。

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

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

（7）本船機艙層高較高，主輔機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）中平臺和上平臺層高達7 m，機艙吊梁距天花板較遠，結構的剛度和強度需特別加強。

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

（10）肋骨間距較大，需注意排弦外開口的加強。

3 建造技術難點

由于本船船型尺度非常大，結構疲勞壽命要求達到30年，且要求一個貨艙能不間斷裝滿礦砂，這對結構總縱強度和局部強度提出了很高的要求。在建造過程中，對結構部分的建造精度和關鍵節(jié)點的控制成為重點關注項。

3.1 超大尺寸分段的建造精度控制

造船精度控制是現代造船中的一項關鍵技術。它以數理統(tǒng)計為理論基礎，以補償量取代余量為核心，通過先進的工藝技術手段和科學管理方法，對船舶建造進行全過程的尺寸精度分析和控制，最大限度減少現場的修整量，從而達到提高生產效率、降低建造成本、保證建造質量、縮短造船周期的目的［2］。

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

（1）確定精度補償量計算方法和補償量加放應遵循的原則。（2）應用計算機手段，實現零件的補償量加放。（3）穩(wěn)定工藝原則，明確現場工藝要求和加強現場工藝巡查。

（4）嚴格管理原則，對各工序嚴格控制，實現全過程的尺寸精度補償。

（5）總組工具和工裝優(yōu)化，使精度控制方法簡單化。

（6）全站儀的引入。所有總組精度控制點的位置和理論三維尺寸全部在數據表上體現，不僅細化了測量人員對測量點的概念，也明顯降低了測量人員的技能要求，為后續(xù)數據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。參照國內外先進管理模式，結合我們當前實際測量和控制盲點，以全站儀和精度軟件為依托，優(yōu)化我們數據測量和分析方法，提高船舶總組及搭載的精度控制水平。

3.2 關鍵節(jié)點的質量控制

由于本船在結構強度和局部強度上要求非常高，因此關鍵節(jié)點的質量控制是建造方、船東和船檢部門應重點關注的區(qū)域。具體方法如下：

（1）根據結構有限元計算結果，確定關鍵區(qū)域節(jié)點；根據規(guī)范和船檢要求對關鍵區(qū)域節(jié)點明確建造工藝要求。

（2）在施工圖紙上細化關鍵區(qū)域節(jié)點表示。

（3）對關鍵區(qū)域的開孔集中管理。在設計結束后，對主甲板、艙口圍板等區(qū)域的開孔重新進行有限元計算，最終達到滿足強度要求。

（4）采用100MARK線等檢驗手段，加強精度控制。

3.3 保護涂層性能標準（PSPC）的執(zhí)行

2006年12月8日，IMO的MSC82大會在土耳其伊斯坦布爾正式通過了《所有類型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》即“Performance Standard for Protective Coatings（簡稱PSPC）”，并作為強制性標準［3］寫入了SOLAS公約。

此項標準的制定和執(zhí)行，大大提高了造船標準，給新造船的周期和成本帶來巨大影響。對此我們采取如下應對措施：

（1）優(yōu)化分段劃分。結合本船結構形式和PSPC標準，對分段劃分進行優(yōu)化。全船共劃分為總段100多個，分段200余個（其中涉及執(zhí)行PSPC的分段共120個，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）深化舾裝生產設計，提高托盤完整性。將原來后道作業(yè)安裝的舾裝件提前到分段階段安裝，是保證PSPC實施的重要手段。在本船上，我們首次實現甲板舾裝件及部分設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）深入推廣跟蹤補漆工藝。細化了跟蹤補漆的工藝標準，加強現場施工管理，真正實現全工序跟蹤補漆管理。

（5）加強涂裝完工分段的保護措施。制定明確的艙室油漆保護規(guī)定，加強現場施工管理。

4 主機特點

首制船“Vale China”號主機采用熔盛重工自主建造的7RT-flex 82T型發(fā)動機，其功率大（31 640 kW）、油耗低（167 g/kW·h）、結構緊湊，能有效降低SO x、NO x的排放。它不僅得到船東的高度認可，也充分顯示了熔盛集團順應船東營運和環(huán)保需要的全方位造船能力。

5 關鍵節(jié)點

5.1 設計

圖1 “Vale China”號總布置圖

如圖1所示，38萬t首制船“Vale China”號整船毛重5.2萬t（含主機、上層建筑等），空船重4.3萬t，整船分段數量200余只，平均分段重達200 t以上［4］。熔盛重工專用于VLOC和海工產品建造的4號船塢尺寸為580m×139.5m，配有1 600 t龍門吊，可同時容納“兩個一條半”（即兩條整船、兩條半船）VLOC串、并聯組合建造，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，在推進巨型總段建造法方面具有優(yōu)勢。依據1 600 t龍門吊有兩個上小車的特點，對38萬噸礦砂船的甲板分段52x（x指分段序號）與53x或舷側分段62x與63x實行同時搭載，耗時僅5 h，起吊速度較原先分別搭載時快了近一倍。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1 000 t，平均總段約450 t，大大加強了船塢利用效率。隨著總段重量和體積的增大，對船企的起重設施能力、船塢規(guī)格大小、高空作業(yè)難度等都帶來了新要求。施工作業(yè)危險系數的增大也給安全防范帶來不小的挑戰(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擁下，“Vale China”號巧借潮汐滑入長江。3 h后靠泊熔盛碼頭，順利出塢（見圖3）。

5.3 試航

10月28日7時，在6艘海巡艇護衛(wèi)下，“Vale China”號沿著長江航道進入東海，進行為期8天的系列試航（計劃試航15天）。11月9日停靠在預定錨地，成功完成試航。船只各項功能均達到預期效果，航速表現尤為出色。

圖3 “Vale China”號出塢

6 結論

11月25日，熔盛重工建造的38萬噸級礦砂船“Vale China”號順利交付船東——巴西淡水河谷，見圖4。雙方后續(xù)還將交接15艘同型船。

圖4 “Vale China”號成功交付

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

［1］中國海關總署.2010年全國外貿數據［G］.2011-01-10.

［2］馮運檀.船體建造工藝學［M］.哈爾濱：哈爾濱船舶工程學院出版社，1990.

［3］國際海事組織.第82屆海安會：涂層性能標準（PSPC）［S］.2006.

［4］熔盛重工.38萬噸礦砂船設計手冊［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，高級經濟師，研究方向：企業(yè)管理、經濟運行、企業(yè)戰(zhàn)略及人力資源管理。

譚杰（1977-），男，工程師，研究方向：船舶與海洋工程產品設計。