浅析我国散货船的现状和问题docx
世界每年约有20万吨的干散文货流向海上货运局，占世界海运量的13%。世界舰队总运输能力接近745亿元。正因为散货船在世界海运中的重要地位,其安全性、经济性、环保性以及散货船船型未来发展趋势引起了全世界的高度关注。
目前散货船的总运力在2.8亿t左右。从船队结构上看,代表船型可分为五大类,即1～3.9万t和4～5.9万t灵便型,6～8万t巴拿马型,10～19万t好望角型和20万t以上超大型散货船。然而自70年代后期以来,一直面临散货船的损失问题。在1990～1991年期间,损失达到了顶峰。国际干散货轮协会目前公布近10年干散货轮的损失统计,结果显示因船舶本身结构(特别是舷侧结构)损伤问题而导致进水沉没,从而导致船只及船员生命损失的占绝大部分。究其原因,主要是传统单壳体散货船其两侧作为对付货舱进水防线的单壳舷侧结构在本质上是脆弱的,两侧船壳钢板在遭遇碰撞搁浅和扭转剪切时最容易发生破裂,从而造成海水倒灌货舱,引起破舱稳性、抗沉性不足,最终导致海损事故。因此,散货船的安全性问题依然引起全世界的高度重视。由于传统单壳体散货船要实现包括加强检验在内的一系列措施,船东必须增加验船成本和花费更多的时间,更何况修理现有的船舶还需继续投入巨大的经费,并迫使船舶停航,因此,航运界和造船界提出采用一种可以减少繁重验船和修船成本,在本质上更安全的双壳体(表面平整的货舱)散货船概念。双壳结构的刚度更好,能更好地防止各种形式的破坏和货舱进水。
双壳体散货船由于其安全性引起了国际上的普遍关注,并在MSC76会议上通过强制采用双壳结构的决定。但在国际上引发了一系列争论,因为单壳体和双壳体散货船都有各自的优缺点。图1为双壳体散货船货舱典型横剖面图,图2为单壳体散货船货舱典型横剖面图。
双壳体散货船(DSS)与同样尺度的单壳体货船(SSS)相比最大的优势在于,即使DSS船体两侧船壳的某处发生裂痕和破洞,其内壳可以抵住倒灌的海水,也可以防止货舱货物外漏,由此可以大幅度提高散货船的航海安全性能。
DSS比同样尺度的SSS重2%～5%,该影响可能随着散货船尺度的减小而增大。
DSS会损失一定的货舱容积,特别是谷物舱容,除非减少压载体积来弥补;SSS对增大谷物舱容有利。
DSS舷侧结构(骨材和外板)能免受扫舱车的机械损伤,维修成本降低,但内壳板较SSS外板薄,故内壳板易损坏;SSS在装卸货物时货舱内的舷侧骨架易受机械损伤。
DSS所有货舱内部结构表面光滑,卸货快,可减少卸货时间,SSS残留在舷侧骨架的煤或矿石货物需要机械手段清除,花费较多时间。
若将DSS的双层舷侧结构作为通道,其抗腐蚀能力较好,维修成本降低,若双层舷侧结构作为压载舱,则其内部维护保养较重要。货舱面结构较简单仅是平板,重新涂层保养较为容易;SSS货舱舷侧骨架及外板直接与货舱接触,常产生严重的腐蚀,保护涂层容易损失。
DSS增加了剪切强度。减少了舷侧结构的失效概率,但没有货舱进水要求可能导致货舱进水船体梁强度不足;URS17要求SSS在进水条件下有足够的强度,SOLAS第12章也提到这一要求。但货舱进水后剪力大。
DSS船体结构可以作为检验通道。由于双层舷侧空间有限,维护工作较为困难;SSS采用逐点检验,易于到达工作位置或对货舱舷侧结构进行重新涂层,但检验和维护需要采用一定措施为人员提供通道。
目前,由于双壳体散货船能够提高航运的安全性,因而这种船型引起了船舶所有人的广泛支持。然而双壳体散货船的造价要高于单壳体散货船,是否采用双壳体结构引起了业界的一系列争论,因而,在MSC78会议上最后撤消了强制采用双舷侧结构的决定。这反映了造船成本与船舶用途之间的矛盾,船舶有更高的安全水平,意味着更高的造船成本。为了比较好地解决这个矛盾,需要在成本和安全之间找到一个平衡点。因此,能较好地找到这个平衡点的优选型双壳体散货船将成为散货船未来的发展方向。
载重量是散货船一个非常重要的指标。为确保载重量指标,控制船体结构重量是关键,特别对双壳体散货船而言,更是重中之重。
1)在适当的部位采用高强度钢。在船体结构中,最大总纵弯曲应力发生在强力甲板和底部区域的纵向构件,最大局部应力发生在底部及底部附近的纵横构件中,故优选型双壳散货船在这些结构中采用高强度钢,其效果是很显著的。而靠近船体梁中和轴附近的舷侧结构与纵横舱壁结构中,其总纵弯曲应力和局部应力相对于上述构件而言均比较低,若采用高强度钢,效果相对来说要低些。而且,在水线附近范围的舷侧构件经常承受波浪交变载荷,较容易产生疲劳裂纹,故不宜采用高强度钢。采用高强度钢可以减轻船体重量,提高船舶的装载量,但在单价上,高强度钢比普通钢要高。因此在考虑高强度钢应用比例上,应权衡两者之间的利弊,使经济性得到充分的提高。
2)认真分析双壳散货船各种装载工况的切力弯矩,通过合理布置压载水舱及有效控制压载水量,使各种装载工况出现的最大切力弯矩小于实船的许用切力弯矩。也就是说不会因装载工况出现的过大切力弯矩而增加剖面模数要求,从而避免加大主结构构件尺寸及增加结构重量。
3)优化设计散货船结构中重要的组成部份。优选型双壳散货船在舱壁设计的理念上有所突破。以巴拿马型散货船为例,国内船厂散货船横舱壁设计均为槽型,槽型设计得比较小,例如沪东型。优选型巴拿马双壳散货船在横舱壁设计上采用大槽形,一道横舱壁只有9个槽形,而沪东型有12个槽形,板厚方面沪东船厂选用的是17～23mm不等的普通钢板,而优选型巴拿马双壳散货船选用的是18.5mm高强度钢板。这样不仅减少了槽型舱壁结构重量(结构重量减轻了25%左右)而且减少了槽型舱壁的加工工作量。特别是本船的槽宽较大,下货舱的盘梯一般能放在槽内,对盘梯安放和保护的处理上更为简便。
另外考虑到此板架对横舱壁上座墩的连结与支持,国内船厂大多设计得较强,特别是纵向桁材设计得更强。本船在此板架纵向桁材的设计上作了改进,采用T型钢代替高腹板的组合型桁材,通过以上优化设计,减轻船体结构重量,力争使双舷壳结构的优选型散货船与同类型单壳结构散货船的空船重量相当。
货舱舱容是散货船的另一个主要指标。虽然在相同的尺度下很难与单壳船相比,但尽可能增大货舱容积仍是优选型双壳散货船的重要目标。为此,除了增加型深外,在货舱横剖面的设计中,适当减少顶边舱和底边舱的尺度、在满足安全检验通道要求的前提下使双壳宽度不大于1.2m。舱容计算结果表明,优选型双壳散货船货舱容积接近同类的单壳散货船货舱容积。
以某7.5万t优选型巴拿马双壳散货船为例,本船为大方形系数的肥胖型船舶,而且对航速要求比较高。解决肥胖型船舶与快速性的矛盾是本船开发设计需要考虑的一个要点。
1)线型设计和优化。前体设计为中V剖面带有撞角型球首,肥大型船舶设置球首能使首部水流接近径向对称,满载状态下可避免舭涡,降低兴波阻力,压载状态下改善了首柱附近的水压力分布。后体为U型剖面带有球尾的线型,不仅能提高推进效率,而且可使螺旋桨来流均匀,对减小螺旋桨的空泡从而减少激振较为有利。
2)尾部节能装置——舵球。舵球是安装在舵上具有对称机翼型剖面的流线型回转体,尤其当桨帽和舵球间隙很小时能明显地起到整流和回收尾流旋转能量,从而转化为正推力的作用。
3)采用日本中岛螺旋桨。日本中岛螺旋桨与图谱桨相比效率可提高3%～4%,这将对本船快速性能指标的改进起到重要作用。本船在型线优化并采用高效桨和节能装置后,在主机功率7965kW(CSR)和15%航海裕度时预报航速可达到14.5kn,从而满足航速要求。
1)采用双壳结构,使顶边水舱和底边水舱一直连续伸向舷侧,将它们连成一体,刚度大大增强,能更好地防止各种形式的破坏和货舱进水,同时优选型双壳散货船重视重要结构节点的优化处理,使这些部位的结构具有应力集中较小、抗疲劳、施工简便等特性。便于到达检验通道,使定期检验的速度加快,检验更为彻底,费用更为节省。
2)燃油舱的布置。货舱双层底内及机舱区域的燃油舱布置不仅考虑燃油舱装满及用空时对船舶纵倾的影响,而且应按环保最新要求尽量避免燃油舱破损、燃油泄漏的可能,一旦泄漏亦能将损失减少到最小,同时也要考虑有利于各种管系的布置。以某优选型巴拿马双壳散货船为例,本船燃油舱的布置见图3。
本船双层底燃油舱设置在第六及第七货舱的双层底内,前后2个,各分左右共4个燃油舱。燃油舱和机舱之间有2个肋位宽度的隔离空舱,前后油舱之间也有2个肋位宽度的隔离空舱。燃油舱的两侧不设置压载水舱,作为隔离空舱。这种双层底燃油舱的布置便于船员及船舶检验人员对燃油舱相邻结构的检查,发现问题能及时排除。燃油舱与压载水舱相邻界面较少,这样不但减少了燃油舱舱壁的腐蚀,而且一旦燃油舱破损泄漏也不会漏进压载水舱,避免船员在不知情的情况下,将泄漏的油通过压载水排放到船外而污染水面,从而避免对环境的污染。
本船机舱区域的燃油舱外侧设置局部的双壳结构,提高了这部分结构的强度,保护了燃油舱。即使操作不当发生碰撞,也不会使燃油舱破裂而造成燃油泄漏和环境污染。
3)舷侧双壳的布置。总体布置时尽可能地将货舱区的双壳不作压载水舱使用而作为空舱。这种布局的出发点是使双壳内的结构不腐蚀或少腐蚀,减少对空舱进行日常的维修保养(主要是减少对舱内腐蚀部位的除锈和涂漆),从而降低船舶营运的维修费用。经过合理布置,优选型巴拿马散货船货舱区双壳仅在第四、五货舱区域的双壳设为压载水舱,其余的双壳均为空舱。
4)压载水舱布置。满足IACS关于压载状态浮态的最新要求,例如船舶螺旋桨必须浸水、船舶纵倾不超过船长的1.5%等情况下,尽量减少压载水舱的数量,减少压载水舱的总压载水量,前者的考虑是降低船舶的初投资,后者的考虑是减少压载水泵进泵出的时间及节省船上能源消耗。
5)优选型双壳散货船在总体设计布局阶段特别注重散货船安全、船员安全和船员逃生安全,以满足规范和公约的要求。
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