5万吨级浅吃水散货船主机选型比较研究.docx

作者  :  詹立魁 散装货轮 , 集装箱船及油轮是 三个最大的主流船型 , 因此 , 倍受船东和船厂青睐 , 这个巨大的市场值得高度重视.
近期 ,随着原材料需求煤炭、 钢铁、铜等的增长对散装货轮的运力要求大大增加了. 尤其经济 快速增长的中国 , 其工业开展对原材料需求激增 , 钢铁工业开展需要大量铁矿石等大宗散货物 的运力 , 相应的对散装货运输的要求更高 ,由于散装货物运力缺乏巳导致散装货轮运费的急剧 增加.因此 , 尽管世界海上运输尚未走出国际金融危机带来的低谷 , 但是新增散货船需求市场 已是非常活泼 , 从而带动新造散装货船定单量的提升.
世界船用低速柴油机市场 一直为 MAN B&W、Wartsila-New Sulzer 和日本三菱重工三大公司垄断 ,以生产总功率来说 , 分别约占57% 33°%^ 10%几年来它们的产量之和平均都在总功率的 85鸠上.MAN B&W柴油机是世界领先的四冲程柴油机生产商和船用大型低速二冲程柴油机设计商.据 ?计世界范围的造船顶峰期 ,每 10 条新造的大型远洋运输货轮中 , 就有 6 条以上的船舶配备 了 MAN B&W二冲程低速十字头柴油机 .在中国每10条由中国船厂建造的货轮中,近8条船是由MAN B&W的柴油机驱动的.
14.5万吨级浅吃水散货船设计任务来源
福建省轮船公司目前效劳的各大电厂大多位于长江、珠江和闽江流域 , 由于航道的特性 , 要求船舶的吃水最大不超过 10.7 米.从我司目前拥有的船型来看 ,2-3 万吨船舶单位本钱较 4万 吨要高,而 4.3 万吨船舶由于吃水较深 ,航行于以上流域航道须采取较大幅度减载 ,如船舶市 场上一艘 4.3 万吨级二手船舶 ,满载吃水 11.22米,净载货量 41500吨,每厘米吃水吨 TPC51.60 吨/CM,扣除油水常数,实际只能载货38000吨左右,亏舱3715多吨,经济效益大打折扣,因此根 据航道特点建造浅吃水散货船是提升实载率和经济效益的有效途径.
为此 , 根据市场情况 , 经研究我司决定于 2021 年择机开工建造 6 艘浅吃水 4.5 万吨级散货船.
2 船舶设计的根本资料
该船舶类型为 45000 吨级散货运输船 , 要求设计为钢质、单甲板、尾机型、单机、单浆、单舵 , 可航行于国内沿海、南京以下长江各港口、东南亚为主 的近洋航区.
2.1 船舶主要参数
总载重吨 :45000T
总长:189.9M
垂线间长：180.9M
船宽：32.26M
型深：15.4M
设计吃水 :10.5M
结构吃水 :10.9M
货舱数 :5 个
设计航速:13.5~14.5 节〔Knots〕
船级:CCS
船籍:中国
定员：24 人
主机功率 ：8280KW
航海功率裕度 ：15%
主机功率裕度 :10%
主发电机 :CCFJ520-1000
主机油耗 :173g/kw.h
公分浸吨〔TPC〕:55〜59吨/厘米
2.2实际载货量确实定
该轮设计吃水〔Designed Draft〕 为10.5米,总载重吨43007吨,根据该船型?45000DWT散货船实际载货量表? 〔 见表 1、表 2〕, 以及海水密度为 1.025t/m3, 考虑到新造船投入的是国内沿海航线 , 航 程较短 , 油水可相应减少 ,因此取?短航线时油水取 50%即 905吨?表中数据计算载货量.
本船燃油 1130吨,淡水 400吨,柴油 170吨,滑油 110吨,油水共 1810吨.

表145000DWT散货船实际载货量表,短航线时油水取 50%卩905吨
吃水〔米〕9.59.8 10 10.2 10.5 10.7 10.9
载重量 DWT吨〕37564 39191 40277 41365 43007 44107 45210
载货量〔吨〕 36659 38286 39372 40460 42102 43202 44305
表2长航线时油水取 100%即 1810吨
吃水〔米〕 9.5 9.8 10 10.2 10.5 10.7 10.9
载重量 DWT吨〕37564 39191 40277 41365 43007 44107 45210
载货量〔吨〕3575437381 38467 39555 41197 42297 43340


34.5 万吨散货船主机选型
3.1 散货船主机
一般情况下 , 干散货船与同载重量的集装箱船相比航行速度较低 , 推进系统的功率也较小. 船舶航行速度越高 , 需要的推动力越大 , 耗油率 也迅速上升. 在额定工况下 , 主机的功率由船舶的最大航速来确定 , 随着船舶营运时间的延长 , 船舶水线以下附生物增多 ,使船舶附体阻力增加 ,航速降低.为了保持船舶的航速 ,动力装置的功率往往取大些 , 一般大 10%.在船舶以一定的航速前进时 , 螺旋桨产生的推力必须克服船舶对水和风的阻力 , 这些阻力取决于船舶的线型、尺寸、航行速度以及风浪大小和航道深浅等. 根据不同的载重量吨位及船体尺寸 , 散装货轮可分为以下主要船型类别 :
? 微小型 Small 200,000 dwt
该工程 4.5 万吨散货船是属于大灵便型散装货轮 , 主机的选型 按该级别推荐机型内选择.
3.2 散货船主机选型考虑因素
根据设计主 要要求 ,主机选型主要考虑因素 : 第一,技术先进成熟、 运行稳定 ;第二,振动、噪音小 ,指标优 良;第三,经济性 (初投资小、油耗低 ) 、工艺性能好 ,维修便利 ,重量轻、体积小 ,与其它技术 性能(快速性、 振动、 噪声) 有较好匹配 ,性价比拟高.
大型船舶的主机多为 “量 身定制〞 ,即根据船舶设计参数确定主机参数 , 其中最主要的参数是功率.由于船舶在不同状 态下对主机功率的需求变化很大 ,因此, 在设计船舶时 ,需要由船舶所有人和船舶建造商议定 最大持续运行功率(SMCR>在正常情况下,航行时的最大运行功率是最大持续运行功率的 90%确定散货船主机的最大持续运行功率时主要考虑载重量、 平均船速和船舶尺寸等因素 , 有时还 要考虑航线因素. 20 世纪 90 年代以来 , 燃油价格成为船舶经营本钱中最不确定的因素之一. 船舶所有人和经营人希望船舶主机能在多种航速下保持最正确工况 , 从而实现经营本钱最小化.这对船舶发动机的设计者和制造商提出更高要求.
同时 , 螺旋桨的最正确速度是不断变化的 , 稳定转速变得越来越低 , 由于大直径螺旋桨可用于船舶 , 因此螺旋桨的直径越大 , 在 实际的螺旋桨转速和有关动力需求会相应低 , 降低了每吨散装运输所需的推进动力.
这些因素已经影响主机类型的选择及安装 , 也影响了建造散货船的尺寸.本文的目的论述 5000 载重吨以上散货船 , 基于过去 8 年建造的散货船分析的根底上来说明现代最新的船舶大 型散装货轮的特性,并确定其对推进动力需求和主机选择 ,采用最新的MAN B&V二冲程发动机为根底的方案.从长远的经济角度考虑 ,以满足国际海事组织防污染公约 (MARPOL附那么VI修正案)TIEII排放要求考虑,主机主要从 MAN B&V系列的6S46MC-C8和6S50MC-C7两种任选一 种机型并进行性能比拟和经济性分析.
4 船舶主机根本性能比拟
MANB&W系列的6S46MC-C8和6S50MC-C7均均是大功率低速柴油机,广泛应用于散货船、油船、集装箱船等大型远洋船舶上.由于船舶日趋大型化、巨型化与自动化以及对船舶 主机的经济性、 可靠性的要求日益提升 , 大功率二冲程低速柴油机的技术开展呈现出整体优化 的趋势,具体表现在以下几个方面：①单机、单缸功率越来越大 ,如K98MC勺单缸功率最大可达 5719 kW .②进一步降低燃油消耗率 , 二冲程低速柴油机的燃油消耗率已降低到 164.6g/(kw•h).③平均有效压力已达 1.90〜1.95 MPa,爆发压力在 15.0〜15.5 MPa之间.④采用高压比、高效的新型增压器,如ABB公司研制的4P型增压器,压比高达5:1.⑤采用电 子调速器系统、电控燃油喷射系统、高压共轨燃油 喷射系统、智能化电子限制系统 , 进一步 提上下速柴油机的可靠性,改善低负荷性能,降低油耗,限制NOx排放,以及平安保护限制等.
4.1 MAN B&W 6S46MC-C8
主要技术参数 :
缸数 :6 缸, 缸径460mm额定功率(MCR)为8280KW转速129rpm;持续效劳功率(CSR)为7452kW,转速124.5rpm.
在 15%海上裕度功率为 6480kW 时, 主机油耗指标最低 , 为 169g/kW?h, 对应航速为 14.25Kn, 每天耗油 26.3t;
涡轮增压器选配传统型.
4.2 MAN B&W6S50MC-C7
主要技术参数:
缸数:6缸,缸径500mm额定功率(MCR)为9480kW,转速 127rpm,持续效劳功率(CSR)为 6966kW,转速 124.5rpm.
在 15%海上裕度功率为为 6057kW时,主机油耗指标最低,为159g/kW*h,此时转速为109.4rpm,航速为 14.1Kn, 每天耗油 23.1t .
涡轮增压器选配高效型.
从以上两机型的技术参数可知,MAN-B&W MC系列的低速柴油机在框图的任何一点均可作为该机器的选定最大 持续功率(MCR点,选定SMCRI主机厂会匹配增压器和压缩比等 ,而后的一切动力装置的计算就以SMC为准.两机型都可满足IMO的TIER II排放要求.如果把海上功率裕度的功率储藏 ,即在污底、海况恶劣的情况下要保证航速就需要利用储藏功率考虑进去 , 应该选 6S50MC-C7更适宜.
另一方面MAN2B&W与SULZER推出了减额输出柴油机.所谓减额输出柴油机即主机厂对同一型号 (同一缸径、同一冲程 ) 的柴油机调整其排气齿轮定时、 压缩比以 及增压器匹配 , 保持最高燃烧压力 pz 不变 , 而使最高燃烧压力与平均有效压力 p e 的比值 即pz/p e增加,可以在主机减额输出区选择不同的主机减额输出点 ,给螺旋桨的配置提供了较大的灵活性 , 并满足等航速的要求 , 获得良好的性能及较低的油耗率 . 从减额的思路选用 6S50MC-C7后降功率至 6S46MC-C8使用,那么以6S50MC-C7的功率为 MCR下降后的功率为 SMCR:7740kW转速118.7rpm,即可算出常用功率.采用柴油机减额输出运行 ,改善动力装置的经济性.
选用6S50MC-C7作为船舶主机,可选用高效的废气涡轮增压器 ,提升了柴油机运行性能,减少了 NOx的排放.
5船舶营运经济性比拟分析
5.1投资效益测算
以下对上述二种机。