科學發(fā)展我國船舶配套設備技術

1、上海市造船工程學會2008年大型綜合學術年會專題報告科學發(fā)展我國船舶配套設備技術焦 儂隨著“次貸危機”對美國經(jīng)濟乃至世界經(jīng)濟影響的加深，世界大宗商品價格不斷創(chuàng)出新高，各大世界經(jīng)濟組織和投資銀行都調(diào)低了今年世界經(jīng)濟增長預期。作為世界貨物運輸中性價比最高的航運業(yè)受世界經(jīng)濟影響明顯，今年上半年航運指數(shù)巨幅振蕩，由此造成下半年船舶市場變數(shù)增多。牛氣沖天的國際船市是否出現(xiàn)拐點，業(yè)內(nèi)已高度關注。面對多變的船市和降通脹、收銀根的宏觀調(diào)控政策，國內(nèi)船界高層提出要進一步落實科學發(fā)展觀，有序、科學地發(fā)展我國的船舶工業(yè)，僅靠投資、靠鋪攤子和低成本勞動力是無法做強我國船舶工業(yè)的，是無法應對復雜多變國際市場競爭的。要力

2、爭成為世界造船強國，就必須在擴大造船規(guī)模的同時，發(fā)展船舶配套業(yè)，苦練內(nèi)功，提高自主創(chuàng)新能力。1 當今國際船舶配套設備技術的主要特征地球資源是有限的，隨著世界人口的增長和經(jīng)濟的高速發(fā)展，已造成環(huán)境污染、能源危機和生活安全性的下降。為了人類的未來和發(fā)展，必須改變以犧牲環(huán)境和安全為代價的、高耗能的經(jīng)濟增長方式。船舶工業(yè)及其配套業(yè)的發(fā)展同樣面臨這些問題，日前國際海事組織（IMO）和國際船級社協(xié)會（IACS）發(fā)布了目標型標準體系（GBS）、氣體排放標準、壓載水管理（BWM）、涂層標準和共同結(jié)構(gòu)規(guī)范（CSR）等，對船舶設計、建造、使用的全壽命周期內(nèi)，提出安全、環(huán)保等的總要求，這改變了以往國際組織僅基于技術

3、現(xiàn)狀提出對行業(yè)的規(guī)范要求，完全是從人類生存和世界經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的高度，對船舶工業(yè)及其配套業(yè)提出了更高的要求。為此，船廠和配套企業(yè)圍繞安全、環(huán)保、節(jié)能減排等技術要求開展產(chǎn)品的改進和研發(fā)。船舶界在應對外部的技術提升需求的同時，加大了對船東的技術增值服務，船舶的舒適性、智能性得以不斷地提高。因此可以看出，當今國際船舶配套設備技術的主要特征體現(xiàn)在安全、環(huán)保、節(jié)能、舒適、智能等方面。1.1 新型滅火、監(jiān)測系統(tǒng)確保船舶安全航行國際海事組織（IMO）長期致力于船舶安全，近期發(fā)布的目標型標準體系（GBS），規(guī)定了船舶在全壽命周期內(nèi)必須滿足的寬泛性安全、環(huán)保要求。相關配套設備廠商主動適應，提供了水霧滅火和綜合監(jiān)

4、測系統(tǒng)，以確保船舶的安全航行。1.1.1 水霧滅火系統(tǒng)一種可以替代二氧化碳和泡沫滅火的水霧滅火系統(tǒng)正在被廣泛采用，并已獲得IMO的認可，滅火的最大容積達到30004000m²，其具有如下優(yōu)點：本文作者系上海市造船工程學會理事，該所副所長兼總工程師、研究員。- 34 -上海市造船工程學會2008年大型綜合學術年會專題報告可以快速起動，無需人員撤離。滅火、冷卻和阻止空氣的進入?？梢赃M行實船試驗，幾乎對設備無損害。比傳統(tǒng)的滅火系統(tǒng)占用空間小。水霧滅火系統(tǒng)由動力泵組、分段閥、噴灑器和噴頭等組成，利用高壓產(chǎn)生細的水霧，水滴尺度為50120µm。1.1.2 船舶穩(wěn)性監(jiān)測系統(tǒng)錯誤的裝載信

5、息造成船長對船舶穩(wěn)性的誤判，這威脅著船舶的航行安全，如何在貨物裝載完畢和準備起航前獲得準確的GM（橫穩(wěn)性高）值，并通過調(diào)配壓載水調(diào)整GM值，這一要求需要借助IMACS（綜合監(jiān)控、報警和控制系統(tǒng)）。IMACS系統(tǒng)借助橫搖角指示器、壓載水和配載計算機，在貨物裝載完畢和準備起航前，通過船舶傾斜測試，獲得船舶裝載后的GM值，以此判斷是否正確裝載。1.2 水處理新工藝確保船舶環(huán)保航行船舶營運過程中對環(huán)境的影響主要是柴油機使用過程中氮氧化物、硫氧化物和二氧化碳等氣體的排放；油污水、生活污水和壓載水的排放；固體廢棄物的傾倒。國際海事組織（IMO）發(fā)布的“氣體排放標準”促進了世界兩大主機廠商研發(fā)出低排放的柴油

6、機。對于船舶的油污水、生活污水的排放要求，國際海事組織（IMO）最初只規(guī)定了船舶離岸一定距離內(nèi)不能直接排放，2005年起規(guī)定400T及以上并進行國際營運的船舶必須安裝污水處理裝置，2006年又針對處理后的排放水質(zhì)提出了更高的標準和要求。為此，各污水處理設備商推出了新的污水處理工藝，其中膜法和生化處理工藝被廣泛應用于油污水、生活污水處理裝置中。膜法處理是對早期水過濾技術的提升，隨著膜技術的發(fā)展，孔徑小于0.01µm的膜對油污是一道物理屏障，對大分子有機顆粒物的截留更不在話下了，0.2bar的工作壓差更是提高了膜的壽命和降低了設備的驅(qū)動功率。生化處理比化學處理減少了二次污染的可能，其對污

7、水中的油脂、脂肪等進行生物降解，以有利于膜的處理。船舶的壓載水每年有約120億噸，伴隨船舶在世界各地的航行，這些壓載水中海洋生物也在流動，有害細菌和病毒的傳播造成海洋生態(tài)的破壞。2004年國際海事組織（IMO）頒布了“國際船舶壓載水和沉積物管理和控制公約”，公約分階段實施，2016年后全部壓載水必須處理，以達到公約規(guī)定的排放要求。目前已有兩家廠商的壓載水處理裝置獲得了IMO的認可，多家廠商（含國內(nèi)一家）正在審批中。綜合各廠商壓載水處理裝置的處理工藝，主要是先通過機械分離、過濾后，再采用某種技術對微生物進行滅活。機械式預處理的作用是截留壓載水中的較大的海洋生物，而微生物滅活技術主要有電解法、氧化

8、法、化學殺菌劑法、超聲波法、紫外光催化法（高級氧化技術）、充氮脫氧法等。詳見下表。- 35 -上海市造船工程學會2008年大型綜合學術年會專題報告根據(jù)«中國船舶報»及«船舶輪機工程»報道整理1.3 新措施確保船舶節(jié)能航行在當今節(jié)約船舶航行能耗的措施中，船型優(yōu)化、配備低功耗柴油機是最有效的措施，但船舶建成后要進一步降低能耗，以上措施便無能為力了。關注船舶運行節(jié)能措施的廠商推出了全船能耗監(jiān)控系統(tǒng)和船員培訓計劃，課程旨在培訓船員通過能耗監(jiān)控系統(tǒng)了解船上主要的能耗設備，如推進系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、海水淡化裝置等，并懂得如何優(yōu)化使用這些設備。有數(shù)據(jù)表明，該系統(tǒng)可降低能耗

9、512。另一種船舶營運中有效降低能耗的措施是降低航速，有關專家研究提出散貨船航速下降到83，能耗可降低47。雖然降低航速將導致運輸量的下降，但在高油價時代，通過增加船舶數(shù)量彌補運輸量的下降，還是能夠降低營運成本的。 1.4 新型減搖系統(tǒng)增強船舶舒適航行世界經(jīng)濟的發(fā)展帶來了游艇業(yè)的發(fā)展，32m及其以上長度的游艇需求量增長每年接近200艘，其中不少游艇長度甚至達到80170m。大型游艇所面對的高端客戶對游艇的舒適性提出了新的要求，一些缺乏海上航行經(jīng)驗的船東，希望游艇不僅在航行時搖擺要小，在停泊狀態(tài)搖擺也要小，而且更關注零航速時的減搖性能。為了滿足市場的需要，著名減搖系統(tǒng)供應商推出了零航速減搖鰭裝置

10、。這種新型減搖鰭裝置在傳統(tǒng)減搖鰭裝置的基礎上，通過優(yōu)化鰭型，增加60的鰭面積、鰭轉(zhuǎn)動角度從22.5º增加到40º等措施，在機械執(zhí)行機構(gòu)并不加強條件下，智能化的電液控制系統(tǒng)使鰭以較快速度轉(zhuǎn)動，利用劃槳原理產(chǎn)生減搖力矩，達到減搖的目的。試驗結(jié)果表明，在海情為浪高0.5m時，減搖效果為80，即使是鰭在被動狀態(tài)，也有30的減搖效果。可見新型減搖系統(tǒng)的效果是相當好的。1.5 嵌入式技術提升船舶智能航行嵌入式技術是一項把IC集成芯片與工業(yè)設備控制系統(tǒng)有機結(jié)合起來的技術。該技術充分應用現(xiàn)代微處理技術提高工業(yè)設備的智能化水平，比傳統(tǒng)的PLC控制器、單片機更專注于需求，有利于目標產(chǎn)品適應技術

11、的發(fā)展，有利于控制質(zhì)量，降低成本，使產(chǎn)品性能價格比更高。近年來，各船舶設備商紛紛推出了嵌入式控制系統(tǒng)，針對控制對象，配置了相應的數(shù)字、模擬- 36 -上海市造船工程學會2008年大型綜合學術年會專題報告接口，利用靈活的軟件模塊和現(xiàn)場總線、以太網(wǎng)技術，協(xié)調(diào)地控制設備各部件的工作，方便地實施設備與全船信息系統(tǒng)的通訊，實現(xiàn)對設備的遠程監(jiān)控和診斷。這項技術的應用，極大地提高了船舶設備的可靠性和智能化水平，使無人機艙得以實現(xiàn)。2 我國船舶配套設備技術的現(xiàn)狀和差距據(jù)中國船舶工業(yè)行業(yè)協(xié)會公布的“船舶工業(yè)經(jīng)濟運行分析”表明，2008年上半年全國造船完工量為1024萬載重噸，同比增長36；15月，全國346家規(guī)

12、模以上船舶配套設備企業(yè)完成工業(yè)產(chǎn)值142億元，同比增長89。分析報告同時指出，配套設備供應緊張，影響造船企業(yè)按期交船。另據(jù)中國機電產(chǎn)品進出口商會發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，上半年進口配套設備19億美元，在07年增長74基礎上繼續(xù)增長81。由此可見，我國的船舶配套業(yè)已不能滿足船舶工業(yè)發(fā)展的需要，隨著未來幾年三大造船基地的投產(chǎn)，配套形勢將更加嚴峻，必須超常規(guī)發(fā)展我國船舶配套業(yè)。全國346家規(guī)模以上船舶配套設備企業(yè)中，有40多家外商獨資企業(yè)和近50家中外合資企業(yè)，余下是集中在兩大船舶集團內(nèi)的大型國企以及地方企業(yè)。這些內(nèi)資企業(yè)主要生產(chǎn)柴油機、發(fā)電機、軸系和推進器、甲板機械、艙室機械、錨、錨鏈、艙口蓋和舾裝等配套產(chǎn)

13、品，它們的技術水平與國外產(chǎn)品相比還存在一定差距。2.1 安全性產(chǎn)品涉及船舶航行安全的設備包括操縱控制系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)、應急供電系統(tǒng)、舵機、錨機和起艇機等。我國已具備為VLCC等出口遠洋船舶配套錨絞機、舵機的能力，甲板機械的國內(nèi)配套率接近60，錨絞機普遍采用了電液驅(qū)動、電動變頻驅(qū)動、智能化控制等技術，達到了國際先進水平。我國生產(chǎn)的其它安全性產(chǎn)品主要安裝于近海、內(nèi)河船舶上，操縱控制系統(tǒng)通過國外船級社型式認可的幾乎沒有；滅火系統(tǒng)仍是采用傳統(tǒng)的二氧化碳和泡沫滅火技術。2.2 環(huán)保性產(chǎn)品油污水、生活污水和壓載水處理裝置、固體廢棄物處理裝置以及柴油機的廢氣控制裝置是船舶的主要環(huán)保性產(chǎn)品。目前國內(nèi)各大柴油機廠

14、的技術來源以引進國外許可證技術為主，作為柴油機主要配套件的廢氣控制裝置均采用當今國際先進技術，排放優(yōu)于規(guī)范要求。代表當今最先進污水處理工藝的膜式生化法國內(nèi)已完成攻關，商品機裝備了近海船和海洋平臺，但還缺乏裝備遠洋出口船的業(yè)績；船界關注的壓載水處理技術，國內(nèi)僅一家完成了科研樣機的開發(fā)，未見訂貨報道。2.3 節(jié)能性產(chǎn)品借助風能、電能、核能和太陽能的應用，可以有效降低柴油機的負荷，進一步提高節(jié)能減排的目標。我國在20世紀90年代中期研制出風帆助航裝置，并安裝于寧波海運公司的千噸級散貨船，節(jié)能效果明顯，但當時國際油價處于低位，船東對該設備的采購和使用并不積極。電力推進是近年來船界大力推崇的節(jié)能性、舒適

15、性推進方式，其核心設備包括柴油發(fā)電機組、變頻器、推進電機和操縱監(jiān)控系統(tǒng)，目前為國內(nèi)船廠提供電力推進系統(tǒng)及其關鍵設備的供應商主要為國外廠商，國內(nèi)相關單位正在開展電力推進系統(tǒng)集成技術和關鍵設備研制的攻關，達到實船安裝的目標還有一定差距。2.4 舒適性產(chǎn)品日益豪華的舾裝設備和不斷創(chuàng)新的減震降噪措施使船員生活愈加舒適，減搖系統(tǒng)的使用確保了高海情下船上乘員的舒適。從技術上講，國內(nèi)中小型常規(guī)減搖鰭裝置與國外產(chǎn)品技術差距并不大， - 37 -上海市造船工程學會2008年大型綜合學術年會專題報告但在鰭型、機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化、超大型收放式減搖鰭裝置的開發(fā)等方面，國內(nèi)還處于相對落后狀態(tài)；減搖水艙的研究正在全面開展，工程

16、化應用仍是空白；減搖鰭和減搖水艙綜合減搖系統(tǒng)可在全航速下取得良好的減搖效果，而這一前沿技術，國內(nèi)目前還未開展研究；零航速減搖鰭裝置的研究還處于機理摸索階段。2.5 智能化產(chǎn)品幾乎所有的機電類船舶配套設備都可實現(xiàn)智能化監(jiān)測、控制和遠程診斷，實施程度取決于全船網(wǎng)絡化水平和設備嵌入式技術的應用水平。目前我國涉及動力、電力系統(tǒng)的設備基本實現(xiàn)了智能化，但大量輔機還有差距，缺乏嵌入式技術應用的規(guī)劃、統(tǒng)籌和實施。3 科學發(fā)展我國船舶配套設備技術面對造船能力不斷增強、造船產(chǎn)量不斷攀升、手持合同屢創(chuàng)新高的大好形勢，按約交船的壓力正在不斷提高，其原因之一就是國外配套設備不能及時到貨，而國內(nèi)設備受制于技術水平和生產(chǎn)

17、能力，不能完全緩解配套瓶頸問題。按照國際海事組織（IMO）和國際船級社協(xié)會（IACS）發(fā)布的標準、規(guī)范要求，國產(chǎn)化的船舶配套設備的品種和技術性能還存在較大差距。因此，船舶界應統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、齊心協(xié)力、攻堅克難，解決制約我國成為第一造船強國的瓶頸問題。3.1攻堅克難，掌握核心技術縱觀始于20世紀80年代的配套設備技術引進狀況，一是大多引進二流的技術產(chǎn)品；二是只能引進機械、結(jié)構(gòu)類產(chǎn)品技術，而核心的電液控制部分、關鍵零件、易損件必須花高價購買。甲板機械、調(diào)距槳裝置的引進就是如此，最新型號不轉(zhuǎn)讓，僅提供絞盤、槳轂、配油器等機械部分圖紙，電控系統(tǒng)、液壓驅(qū)動系統(tǒng)還得從國外進口。這種引進方式，在造船產(chǎn)量較低、國產(chǎn)

18、配套設備技術起點較低情況下，對我國船舶工業(yè)發(fā)展有著積極意義，但在我國已成為世界第三造船大國，提倡科學發(fā)展船舶工業(yè)的今天，需要重新審視。經(jīng)過30年的改革開放，我國已成為世界第四大經(jīng)濟體，國民收入大大提高，低成本的勞動力優(yōu)勢正在喪失，機加工類產(chǎn)品價格競爭性正在下降。因此，通過這種方式生產(chǎn)的船舶配套設備的價格、技術并不具備優(yōu)勢，同時由于相關部件的不及時到貨，影響設備交付，甚至影響交船的情況也時有發(fā)生?？疾烊毡竞晚n國船舶工業(yè)的發(fā)展歷程，不難看出8595本土設備裝船率是支撐兩國成為造船強國的重要基礎之一，其中8090本土設備是自有技術、自主品牌，成本優(yōu)勢明顯。顯然，我國要趕上日、韓成為世界第一造船強國，

19、必須立足自我、自主創(chuàng)新發(fā)展我國船舶配套設備技術。我國船舶配套設備的研制起步于上世紀60年代，在消化前蘇聯(lián)引進技術的基礎上，為我國自行建造的艦船進行了配套，并形成了由院校、研究所和工廠組成的研制體系。改革開發(fā)30年，通過引進許可證、技術轉(zhuǎn)讓、合作生產(chǎn)等方式學習了國外配套設備技術；同時為了滿足海軍裝備發(fā)展的需要，突破了配套設備許多關鍵技術，自行研制了大量配套設備裝備于我國新型戰(zhàn)艦。由此可見，我國具有較完善的配套設備研發(fā)體系、技術基礎，只要有效統(tǒng)籌國內(nèi)研發(fā)力量、加強自主創(chuàng)新、融合軍民技術、消化吸收再創(chuàng)新引進技術，率先開展甲板機械、艙室機械、特種機械、電站、電力推進系統(tǒng)等設備的自主研發(fā)，就能攻克瓶頸技

20、術，全面掌握核心技術，研發(fā)出具有國際先進水平的船舶配套設備。因此建議開展下列船舶配套設備技術的攻關：- 38 -上海市造船工程學會2008年大型綜合學術年會專題報告超大型船用吊機技術。大型海洋工程吊機技術。壓載水處理技術。液貨裝卸載系統(tǒng)技術。超大型減搖鰭、減搖水艙技術。船舶系統(tǒng)集成及其關鍵設備技術。20MW全電力推進系統(tǒng)及關鍵設備技術。3.2 創(chuàng)新體制，發(fā)揮各家優(yōu)勢50年來，我國建立了由250多家內(nèi)資企業(yè)、20多家研究所和近10家院校組成的船舶配套設備研發(fā)、生產(chǎn)體系，三類單位各有優(yōu)勢和不足，如何揚長避短、合作多贏，是取得自主研發(fā)成功的保證。250多家內(nèi)資企業(yè)中近20屬大中型國有企業(yè)，具有較完善的工藝、生產(chǎn)體系