现代重工13200TEU集装箱船设计要点

李 源

作为韩国最大的船企，现代重工对船型预研投入很大，其开发的一型13200TEU集装箱船的概念设计中，较多地考虑了船舶的环保性能和运营经济性，将航速从25～26kn降至21～23kn，并应用多种环保技术，来达到节能减排的目的。

主机的选择

1、选用适用于低速航行的主机

计算证明，当航速降低15%～20%时，燃油耗量将大幅减少40%左右。出于运营经济性的考虑，集装箱船越来越多地采用低速航行，这样在船体设计和动力配置上会与以前高速航行时有所不同，因此设计上应基于低速航行对船型进行优化，同时动力配置上倾向于使用低速主机和更大直径的螺旋桨。过去大型集装箱船往往选用K98型主机，但目前大型集装箱船越来越多地采用长冲程的S80ME-C9和S90ME-C8/9发动机，因为这种类型的主机可搭配更大直径的螺旋桨。这样，一台S90ME-C9柴油机可替代相同气缸数的K98型。这样做的好处是油耗明显下降，从表2中可以看出13200TEU集装箱船采用低速的S90ME型主机后，在正常持续功率状况下，比使用K98ME型主机每千瓦油耗将减少4.8%，每日油耗将减少8%。

表14500TEU和13200TEU集装箱船选用不同主机时的比较

表2 采用8S90ME-C9.2主机或10S90ME-C9.2主机的比较

2、通过降功率（derating）使用更大功率的发动机来减少油耗

同样采用长冲程主机的前提下，若采用比所需功率更大的主机，并降级使用时，油耗会有所减少。表3对该船分别采用8缸和10缸的主机配置进行了比较，发现正常航行状况下后者每千瓦油耗将减少2.4%，每日油耗将减少4.4%。

表3 发动机各种负荷状况下的油耗比较

节能环保特点

1、通过调校发动机减少油耗

发动机控制调校（ECT）。该方法仅适用于电喷型主机，且无需更改发动机部件，仅通过改变发动机控制参数即可实现。

废气旁路（EGB）调校。该方法需安装废气旁路，发动机上的涡轮增压器与100%负荷废气旁路全开时相匹配。

可变涡轮区（VT）调校。该方法要求特殊的涡轮增压器部件，以允许发动机涡轮增压器改变喷嘴环的面积，喷嘴环的面积在发动机低负荷时最小。

2、改变涡轮增压器

a、通过打开、关闭涡轮增压器，实现双效最大持续功率。

b、双效涡轮增压系统

安装大、小两台涡轮增压器，在低负荷状况下，关闭小涡轮增压器，高负荷状况下，开启大、小两台涡轮增压器，高效利用废气。

3、带智能动力管理系统的废气回收系统

通过安装带智能动力管理系统的废气回收系统高效利用废气，提高环保性。

除上述节能技术外，该船还可应用现代重工开发的多种节能设备，如：采用（X扭转）全铲形舵，可改善空泡性能，增加1%～2%的推进效率；采用Vs螺旋桨，可增加2%的螺旋桨效率，改善空泡性能；采用反转螺旋桨（CRP），可增加8%～10%的推进效率；应用船底空气润滑层系统，可减少5%～10%的阻力。

优化水动力结构，降低空船重量

采用高强度钢并优化结构，一方面减少肋骨和纵骨间距，另外，在厚度不同处，分开使用不同厚度的钢板，以达到降低空船重量的目的。

排放控制技术

1、废气循环（EGR）

将部分废气重新送回发动机，减少燃烧室空气的氧含量，从而降低烧烧温度，达到NOX减排目的。MAN公司的EGR系统应用范围十分广泛，以HFO、精馏燃油或天然气为燃料的主机均可使用。试验证明，采用该技术可达到将于2016年生效的IMO TierⅢ NOX排放控制要求。

2011年11月现代重工已向MAN公司订购了第二代EGR系统，安装在为马士基建造的4500TEU集装箱船上。该系统包含一台冷却器、一台清洗器、一台水雾捕捉器和一个鼓风机，同时该系统还可作为主机的进气冷却器。经过优化，第二代EGR系统可循环使用40%的废气。

2、通过在燃烧室中加入水降低NOX排放

通过在燃烧过程中加入水，降低燃烧时的峰值温度，从而达到减少NOX排放的目的。水可以通过不同的方法加入到燃烧室中，如使进入燃烧室的空气湿润，直接将水喷射至燃烧室，燃油水分层喷射及将水加入燃油中。现代重工开发的进气加湿系统可有效减少NOX排放，在四冲程柴油机中可减少60%的NOX。

其他减排技术还有采用选择性催化还原技术，可减少85%～95%的NOX，以及SOX和颗粒物清洗器。

以LNG作为燃料

船舶采用双燃料推进既增加环保性能，又可减少能耗。以LNG为燃料的大型集装箱船的主机和燃料舱的布置如下图所示。当采用LNG推进时，由于燃料有限，船舶续航力仅3050海里，但此时的能耗较低。

另外，该船还可通过采用电力推进和节电技术来提高环保性能，节电技术包括：利用岸电、使用LED光源、使用高效的电动机、使用变频电动机/电泵，用于首/尾侧推、冷却泵、通风扇和甲板机械等。

综合来看，目前大型集装箱船是韩国的优势领域，韩国几大著名的船企均对大型集装箱船的设计建造进行了充分的技术储备，在优化船型、提供节能环保解决方案方面进行了很多探索，通过参考并对比其解决措施可为我们开拓思路，了解国外船型发展方向。

从上文可以看出，大型集装箱船对主机的选型和应用上与以往有了很大的不同，不论是采用双燃料主机还是对发动机进行调校，同时利用废气、减轻空船重量、安装各类节能设备、采取排放控制措施及采用电力推进等均为节能环保提供了可观的空间。实际上在我国的设计中也已经采用类似的思路，比如在为Seaspan船舶管理公司设计10000TEU集装箱船上摒弃了传统的主机方案，转而采用超长冲程、低转速主机并配备大直径螺旋桨，显著提高船舶能效。

表4 采用双燃料主机后的能耗