全球新一代40万吨矿砂船“OC400K-5”号技术解析

中国船级社上海规范所　王 刚　钱 峰　蔡忠云　付 鹏　王从晶

2017年9月19日上午，由青岛北海船舶重工有限责任公司为工银租赁建造的全球新一代最大矿砂船---40万载重吨矿砂船“OC400K-5”号船顺利出坞。中国船级社（CCS）朱恺副总裁兼总工程师在出坞仪式上表示：“OC400K-5”号船按照最先进的安全与环保要求进行设计，相比第一代船型油耗降低约20%，满足国际上最严格的排放标准，此次下水标志着“工银招商型40万吨VLOC”进入了全新的建造阶段。该项目凝结了设计院、船东、船厂和船级社等各方共同的心血，引导了全球矿砂运输的发展趋势，是以实际行动践行海洋强国战略和“中国制造2025”计划的成果。新一代40万吨超大型矿砂船是为巴西淡水河谷量身定制，此次下水的是30艘船中的首艘出坞船舶。CCS承担本批40万吨VLOC所有船舶的审图和建造检验。那么，这艘备受业界瞩目的“巨无霸”，其背后经历了怎样的一段技术发展路径？该船有哪些主要技术特点？中国在大型矿砂船规范标准领域的发展情况如何？在此，本文以项目参与方的视角，来解析这艘船的技术特点和相关情况。

全球大型矿砂船发展脉络

21世纪之前，国际上对矿砂的需求一直是稳定的，所以矿砂船的发展一直没有大的突破，数量也很有限，基本上是20世纪80年代由日、韩船厂建造的，其中最大的是1986年由韩国现代造船公司为挪威船东建造364767吨的“BERGE STAHL”矿砂船，此船用于巴西PDM港和法国敦刻尔克港之间运输铁矿石。而同期，中国没有建造过大型矿砂船，国内也一直没有开展大型矿砂船的研究工作，因此超大型矿砂船主要技术一直掌握在日、韩手中。

进入21世纪，中国经济迅速发展，对钢铁的需求不断增加，矿砂进口激增，并且亚洲其他国家，如韩国、日本，对矿砂的进口需求也日益增加，因此亚洲市场对矿砂船的需求大量增加。这就极大地刺激了超大型矿砂船的发展，订船数量明显增多，并且大型化的发展趋势十分明显。

中国航运公司为了确保国家战略物资运输的主动权，也相继签订了一批超大型矿砂船建造合同，促进了超大型矿砂船的发展。国内造船界在国家相关部门的支持下组织开展了一系列超大型矿砂船的研发工作，取得了明显成效。例如，在原国防科工委高技术船舶专项资金的支持下，由中国造船工程学会、中国船舶工业行业协会、中国船舶工业集团公司、中国船舶重工集团公司、中国船级社、中国远洋运输集团总公司等单位联合承担的《超大型矿砂船船型开发项目》，开发了23万、32万、40万和50万吨级矿砂船系列船型。中国超大型矿砂船船型的开发和建造，在技术上显著缩小了同日韩的差距，并一步步助推中国在超大型船舶技术方面走向世界前列。

从世界大型矿砂船的发展情况来看，矿砂船的大型化主要驱动因素是矿业巨头和航运业巨头。成立于1942年的巴西淡水河谷公司（Vale）是全球最大的铁矿石生产商。2011年7月4日发布了该公司的《2010年可持续发展报告》，称其在发掘并利用矿产资源中，恪守对环境的保护，致力于发展低碳经济的运作模式。

2014年7月，中国国家领导人出访巴西。访问期间有多项合作文件被签署，包括中国进出口银行与巴西淡水河谷公司50亿美元融资框架协议，中国银行与巴西淡水河谷公司全球融资安排协议等。2014年9月，淡水河谷宣布与中远合作，双方就运输矿石订立长期运输合同，中远将建造10艘大型矿砂船并收购淡水河谷所拥有的4艘Valemax船以匹配上述运输合同。同月，中国招商局集团旗下的招商轮船与淡水河谷签署铁矿石运输合同，为履行运输协议，招商轮船拟新造10艘Valemax矿砂船。

2016年3月，新一代的30艘Valemax订单终于敲定，三家中国船东公司：中国矿运、招商轮船及工银租赁将各订造10艘Valemax型矿砂船，交付后长期租赁给淡水河谷。

自此，中国大型矿砂船一下进入一个从自主设计、建造到运营的新时代。

“OC400K-5”号船主要性能和指标

该船总长 361.90m，垂线间长 355.00m，结构船长 351.05m，型 宽 65.00m， 型 深 30.40m，结构吃水 23.00m，方形系数0.843，最小首吃水 8.50m，服务航速 14.5 Knots；主机为MAN B&W 7G80ME-C9.5LOW LOAD EGB。

新建40万吨VLOC船型的货舱区域采用了VLOC典型结构型式，包括以下：

（1）本船货舱区设有7个货舱（每货舱一个舱口），横向范围中间为载货舱、边舱做压载舱或空舱，纵舱壁为斜壁型；为满足LNG Ready方案，在机舱及最艉货舱之间预布置LNG燃料储存舱。

（2）载货舱的横舱壁采用槽型横舱壁，并设置顶凳底凳。船底结构采用双层底结构，并于横舱壁处设置局部短纵桁。

（3）边舱的横舱壁采用平面横舱壁，设置垂直扶强材、纵向水平桁；边舱强框架设置2根横撑材。

（4）甲板设侧移式舱口盖，舱口角隅设置局部插入板。

新建40万吨VLOC船型在第一代船型基础上对结构安全和性能指标等方面进行了全面的升级，重点突出绿色、环保、节能和安全，是目前世界上中国到巴西航线上经济性较好、吨位最大的矿砂船。

与第一代VLOC相比，在应用超长冲程主机、高效推进、高压岸电、拆船公约等新措施的基础上，首次增加LNG Ready、货物液化、航速双程优化等解决方案，具有重要的行业引领价值。

结构安全方面：相比于第一代，新建40万VLOC船型边舱强框架结构采用双横撑设计，设计中考虑装载易流态化货物的要求，既具有广泛的适用性，又着力保障结构安全性；另外，该船采用最新应力监控系统，随时对船体安全进行预报预警；提高了快速装载能力，满足单个货舱一次性100%达到装货量要求，装货过程实时监控。

性能指标方面：该船日油耗降低20吨，比上一代产品油耗降低了18.8%，单位重量铁矿石运输成本较20万吨级船舶降低30%；配置了将来可满足全航程的LNG Ready方案，未来在提高该船型经济性的基础上又满足了硫化物排放方面的公约要求。

从技术层面来看，该船具有三个方面的创新，具体如下：

创新点一：多种船体结构高级计算方法加以应用，保障结构设计安全可靠。通过收集分析近年来国外大型矿砂船的损伤案例，在该船结构设计审核中，运用多种结构高级计算校核方法，如高级屈曲、波激颤振对船体梁疲劳强度评估、颤振对船体梁极限强度评估、首尾货舱及机舱有限元、全船疲劳谱分析、振动及噪声评估、矿砂全液化及快速装载影响等，全面提升了该船的结构安全性。

创新点二：LNG READY方案首次在超大型矿砂船上的应用。LNG READY方案即在机舱和最后一个货舱之间预留可以满足25500海里续航力的LNG（液化天然气）燃料罐空间。LNG燃料舱整体结构舱容为17778m³，装载LNG独 立 舱 舱 容13368m³， 在LNG Ready未改装前，LNG燃料舱为空舱。未来随着LNG加注基础设施的不断扩展完善，天然气将成为高能效、低排放航运的主流选择。天然气作为燃料相比传统重油在环保方面有非常大的提升，在排放的废气中氮氧化物减少30%以上，完全不含硫氧化物，二氧化碳减少15%以上。

创新点三：推进PAUT和TOFT在40万 吨VLOC上 的 应用。PAUT（相控阵超声检测）和TOFT（衍射时差检测）作为目前最为先进的无损探伤技术，对厚板焊接及铸钢件缺陷的检出率及可靠性上都有着传统探伤无法比拟的优势。40万VLOC船型上大量使用超厚钢板，仅49mm EH36的面积就达近9000m²，为此，船厂普遍选用了双丝埋弧焊的高效焊接方式，而这对焊接缺陷的控制也提出了更高的要求。针对这种情况，中国船级社向船东和船厂大力推介了PAUT和TOFT，并联合中国船级社实业公司向船东和船厂提供了技术咨询、人才培养和工艺认可等各方面的服务；同时，结合中国船级社规范中纳入了PAUT和TOFT船级附加标志，还向船厂和船东进行了深入宣介，争取客户采用新的探伤手段并申请相应的船级附加标志。经过多方努力，目前已有多家船厂开始在规范框架内使用此项探伤技术。相信不久的将来，此项技术定能在我国船舶建造行业广泛应用，为“中国制造”锦上添花。

国内大型矿砂船规范标准的发展

一、CCS在大型矿砂船上的长期研究经验

近十多年来，CCS通过一系列大型矿砂船改装船项目，新造船项目，国家科研项目逐步积累了丰富的经验。“河北创新”号超大型油轮改装成超大型矿砂船的成功改造，在世界上开创了超大型船舶改造的先河，不仅为超大型船舶的改造提供了可借鉴的经验，而且也为即将被迫退出市场的大批单壳油轮找到了一条出路。随着中国铁矿石进口对矿砂船的大量需求，近年来陆续新建了23万吨、25万吨、29.8万吨、32万吨等多型矿砂船入级CCS，尤其是25万吨矿砂船属于业内首创、全球首制，该船型在国内外获得多次奖项。此外，CCS还联合参与原国防科工委的《超大型矿砂船船型开发项目》。

二、CCS在第一代40万吨矿砂船上的项目组织管理服务

40万吨VLOC项目是中国船级社“十三五”时期服务于中国矿物运输客户的最大项目，为了在矿砂船船型上进一步提升规范技术水平，提高个性化服务水平，不断提高服务时效和客户满意度，中国船级社专门成立了40万吨VLOC项目组，以“集中管理、简洁高效、亮点突出”为工作宗旨，全力实现“为社会和客户创造价值”的项目最高目标。

此外，中国船级社还设立了由总部各处室组成的管理支持组及其系统内各专业专家组成的技术支持组，为项目的顺利实施提供了有利的后勤及技术保障。

三、CCS在该型船上的提供的审图、建造等入级服务

CCS在该型船入级服务中充分利用统筹调配内部资源的优势，组织项目内部的技术力量，编写了“40万吨VLOC新造船项目策划要求”、“第二代40万吨VLOC结构要点”、“40万吨VLOC建造关键问题介绍”、“40万吨VLOC法定技术要点”、“新生效公约规范介绍”等一系列的培训资料，给客户提供了品种丰富、高效优质的服务，获得客户的高度认同。

中国船级社时刻关注、提升用户对项目服务的满意度，为客户提供额外的增值服务。审图项目组通过对已营运的VLOC的市场调查及船东信息的收集，充分了解营运中的VLOC存在的一些问题，组织系统内专家对二代40万吨VLOC的振动、噪音进行预报分析，及时发现了驾驶室两翼和雷达桅振动超标以及医务室等舱室结构噪音超标的问题，并将计算结果输送给船舶设计方，加快了优化设计的进度，为客户消除了重大的质量隐患；除此之外，中国船级社还对客户提出的装载优化、舱室布置、材料选用/布置方案及轴系校中等各种技术咨询快速响应，及时给船东提供了有效的技术支持，得到客户的好评。

40万吨VLOC共有30艘，分布于5家船厂建造，中国船级社是所有参与入级检验的船级社中唯一一家对所有船舶都进行审图/建造检验的船级社。中国船级社充分利用这一有利优势，对各检验组发现的重要问题发现进行梳理、提炼，同时，策划了与船东、船厂的每月一次的技术交流活动，将船舶审图/建造中发现的突出问题与船东、船厂进行交流与沟通，使得客户能够提前采取措施，避免同类问题在不同建造厂的重复发生。

启示和建议

船舶大型化之所以成为全球航运界一大趋势和看点，是因为它与绿色环保和低碳经济的实际需求相吻合。业内专家认为，大型化使船舶单位运输能力的建造价格和航运能源消耗显著下降，同时减少了有害生态的物质排放。从价格因素和效能因素的总体平衡来看，船舶大型化无疑是一种最经济高效、最能满足低碳特征、最具有营运性价比的策略谋划。超大型矿砂船作为受到船东关注的重要船舶产品之一，所体现出的全球航运经济技术指标，以及与此相关联的吨海里耗油量、二氧化碳排放量，远低于其他中大型船舶，且船舶的日平均租金按每吨船计算，也明显凸显出航运的经济性和优势。全球新一代最大矿砂船项目是矿主、造船厂、航运公司、设计公司和船级社通过多方相互携手，在船市低迷中同舟共济，抱团取暖，才使得中国超大型矿砂船的船型研发不断取得突破。

40万吨VLOC项目是中国船级社首个实施项目垂直管理的新造船入级检验项目，作为中国船级社项目管理模式的试水者与排头兵，项目组以检验和服务并举为原则，积极探索了多种能够满足客户需求、提升服务质量的创新服务，项目组也结合中国船级社总部对规范改进、审图质量、产品检验、人才培养、营运贡献和客户服务6个贡献度的实施要求，贡献了高质量的内部管理和技术输入。