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,其工业发展对原材料需求激增,钢铁工业发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,由于散装货物运力不足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跃,从而带动新造散装货船定单量的提高。
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%和10%。几年来它们的产量之和平均都在总功率的85%以上。MAN B&W 柴油机有限公司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?计世界范围的造船高峰期,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服务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,2-3万吨船舶单位成本较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高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2010年择机开工建造6艘浅吃水4.5万吨级散货船。
2船舶设计的基本资料
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 实际载货量的确定
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%即905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) 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) 35754 37381 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
该项目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,性价比较高。
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成本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佳工况,从而实现经营成本最小化。这对船舶发动机的设计者和制造商提出更高要求。
同时,螺旋桨的最佳速度是不断变化的,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基础上来阐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&W二冲程发动机为基础的方案。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 附则VI修正案)TIEII排放要求考虑,主机主要从MAN B&W系列的6S46MC-C8和6S50MC-C7两种任选一种机型并进行性能比较和经济性分析。
4船舶主机基本性能比较
MAN B&W系列的6S46MC-C8和6S50MC-C7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高,大功率二冲程低速柴油机的技术发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的 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164.6 g/(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、智能化电子控制系统,进一步提高低速柴油机的可靠性,改善低负荷性能,降低油耗,控制NOx排放,以及安全保护控制等。
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;持续服务功率(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&W 6S50MC-C7
主要技术参数:
缸数:6缸,缸径500mm,额定功率(MCR)为9480kW,转速127rpm,持续服务功率(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SMCR后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SMCR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备,即在污底、海况恶劣的情况下要保证航速就需要利用储备功率考虑进去,应该选6S50MC-C7

更合适。
另一方面MAN 2B&W 与SUL ZER 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,则以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,提高了柴油机运行性能,减少了NOx的排放。
5船舶营运经济性比较分析
5.1 投资效益测算
以下对上述二种机型船舶进行投资效益分析,具体如表3:
表3年航次数计算
序号 1 2 单位
船名 6S46MC-C8 6S50MC-C7
船舶造价 price 22000 22150 万元
年营运天数 DADPY 346 346 天
满载航程 R1 2350 2350 海里
满载航速 Vs 14.25 14.10 节
满载航行时间 Ts=R1/Vs/24 6.87 6.94 天
载货量 P 4.53 4.53 吨
停泊天数 Td 6.50 6.50 天
航行周期 T=Ts+Td 13.37 13.44 天
年航次数 V0y=DAYPY/T 25.88 25.74 次
表中:(1)确定年营运天数时,扣除了船舶修理、恶劣天气等天数。年营运天数取346天。每航次停港时间6.5天。(2)航程为厦门至泰皇岛航线,来回航程,见表4、表5。
表4年货运量计算
序号 1 2 单位
船名 6S46MC-C8 6S50MC-C7
平均载货量 P 4.43 4.43 万吨
年货运量 FRT=P*V0y 114.6 114.0 万吨

表5年总成本计算
序号 1 2 单位
船名 6S46MC-C8 6S50MC-C7
航行日油耗 FPD 26.3 23.1 吨
停泊日油耗 F1PD 1.60 1.60 吨
航行日油费 FUEL0=FPD*(0.7*FOC+0.3*DOC) 105989 93093 元/天
停泊日油费 FUEL1=F1PD*DOC 8800 8800 元/天
航行天数 D0 6.87 6.94 天
停泊天数 D1 6.50 6.50 天
每航次油费 cstOIL=FUEL0*D0+FUEL1*D1 785487 703679 元
年油费 FUEL=costOIL*V0y/10000 2032.54 1810.96 万元
营运年限 year 18.00 18.00 年
船舶残值 L=0.1*price 2200.00 2215.00 万元
修理费 cost1 150.00 150.00 万元
保险费率 ratio2 1.00% 1.00%
年保险费 cost2=ratio2*price 220.00 221.50 万元
年工资 cost3 450.00 450.00 万元
年港口费 cost4 27.00 32.00 万元
年实习成本 cost5 20.00 20.00 万元
引航费用 cost6 14.00 14.00 万元
协泊费用 cost7 155.26 154.41 万元
系解缆费用 cost8 2.00 2.00 万元
停泊费用 cost9 13.00 12.50 万元
代理费用 cost10 104.00 112.00 万元
水费 cost11 17.00 17.00 万元
垃圾费 cost12 1.50 1.50 万元
润物料费用 cost13 70.00 70.00 万元
备件费用 cost14 40.00 40.00 万元
通导费用 cost15 10.00 10.00 万元
营业税 cost16 264.80 263.36 万元
航次其他费用 cost17 35.00 35.00 万元
管理费用 cost18 30.00 30.00 万元
年总成本 cost=cost1+…+cost18+ FULE 3656.10 3446.23 万元
单位运输成本 CPT=cost/FRT 31.89 30.23 元/吨


在计算中作如下考虑:
1)正常航行时的油耗按照使用主机和1台辅机计算,重油和轻油的使用比例以70%: 30%计算。
2)停泊时的油耗按照1台辅机计算,全部使用轻油。
燃油费:参照近期主要港口的燃油价格。重油价取为3400元/吨,轻油价格取为5500元/吨。
3)15年营运期后船舶残值假定为30%。
4)维修费取150万元人民币/年。
5) 港口费取26~27万元人民币。
6) 船员人数为30人,年工资共为450万人民币。

7)营运航速:取为满载服务航速。
表6年营运收入计算
序号 1 2 单位
船名 6S46MC-C8 6S50MC-C7
单位运价 PR1 70 70 元/吨
年货物营运收入 REV1=FRT*PR1 8024 7981 万元
5.2 经济性分析
表7经济性分析
序号 1 2 单位
船名 6S46MC-C8 6S50MC-C7
还本付息期 year1 15 15 年
年利率 INT 0.06 0.06
资金回收因素 CR=(1+INT)YEAR1*INT/((1+INT)YEAR1-1) 0.103 0.103
现值因素 PW=(1+INT)-YEAR1 0.42 0.42
系列现值因素 SPW=1/CR 9.71 9.71
必要

货运费率 RFR=(cost2+…cost6+FUEL+CR*price)/FRT 51.65 50.23 元/吨


表中:必要货运费率RFR:是船舶营运最低每吨货运费,所以该值越低表明船舶的经济性越好。从上表可以看出,序号1船型和序号2船型RFR基本接近,但序号3船型和序号4船型RFR更低,更具有经济性。
表8经济性分析
船名 6S46MC-C8 6S50MC-C7 单位
船舶造价 22000 22150 万元
第1年贷款余额 22000 22150 万元
第1年还贷利率 1320 1329 万元
第1年可还贷额 3048.12 3205.36 万元
第2年贷款余额 18951.88 18944.64 万元
第2年还贷利率 1137.11 1136.68 万元
第2年可还贷额 3231.01 3397.68 万元
第3年贷款余额 15720.88 15546.96 万元
第3年还贷利率 943.25 932.82 万元
第3年可还贷额 3424.87 3601.54 万元
第4年贷款余额 12296.01 11945.41 万元
第4年还贷利率 737.76 716.72 万元
第4年可还贷额 3630.36 3817.64 万元
第5年贷款余额 8665.65 8127.78 万元
第5年还贷利率 519.94 487.67 万元
第5年可还贷额 3848.18 4046.69 万元
第6年贷款余额 4817.47 4081.08 万元
第6年还贷利率 289.05 244.86 万元

船名 6S46MC-C8 6S50MC-C7 单位
第6年可还贷额 4079.07 4289.50 万元
第7年贷款余额 738.41 万元
第7年还贷利率 44.30 万元
第7年可还贷额 4323.81 4534.36 万元
第8年贷款余额 4368.12 4534.36 万元
第9年赢利额 4368.12 4534.36 万元
第10年赢利额 4368.12 4534.36 万元
第11年赢利额 4368.12 4534.36 万元
第12年赢利额 4368.12 4534.36 万元
第13年赢利额 4368.12 4534.36 万元
第14年赢利额 4368.12 4534.36 万元
第15年赢利额 4368.12 4534.36 万元
运营15年后的总利润 38530.35 41017.67 万元
上表序号中两种船型投资回收年限分别为7、6年,以主机选择6S50MC-C7降低功率,减少油耗。从而收益更好。
6结论
随着船舶自动化程度的提高,机械系统变得越来越复杂,价格也越来越昂贵。 因此船东们非常关心如何在保证船舶各种正常动力性能指标的同时,降低设备成本,并获得更高的回报。 在很多情况下,船舶建造者或船东发现在建造当中如何合理地选择机械设备,以保证其可靠性、操作性、可维修性又要保证其经济性是一件比较困难的事情。
笔者认为主机的选型是关键,应考虑的因素为可靠性、维修性、空间及安排、重量、燃油种类、燃油消耗、废热利用、操作性、价格、对辅助设备的要求、备件供应和岸基支持方面能力等等的综合结果。

参考文献:
[1] 周慧良.洞庭湖区船舶主机选型调查及分析[J].江苏船舶,2005,22(2):37-39.
[2] 顾宣炎.减额输出柴油机

①的主机选型[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2001,25(3):290-293.
[3] 盛晨兴,徐泰富.船舶主机选型的经济性分析[J].中国水运,2007,5(12):29-30.
[4] 李文武.关于MAN B&W 船用柴油机优选问题的探讨[J].航海技术,2000,(4):52-54.
[5] 于洪亮,段树林,陈刚.船用主机的选型[J].大连海事大学学报,2004,30(4):23-26.
[6] MAN Diesel A/S, Copenhagen, Denmark. Propulsion Trends in Bulk Carriers.2007,10.(04):1-17.
[7] MAN Diesel A/S, Copenhagen, Denmark.

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