摘 要

随着全球化经济的高速发展，以石油、煤炭为主的化石燃料的大量使用,导致了温室效应、海平面上升等问题。航运业作为全球化经济的推动者，在营运过程中产生的能耗不容小觑。国际海事组织海洋环境保护委员会（MEPC）在第62次会议上，将新造船舶能效设计指数（EEDI）纳入《国际防止船舶污染公约》（MARPOL公约）附则Ⅵ，并于2013年1月1日正式生效，是船舶节能减排的重要里程碑，但是同时也对新船的建造提出了更高的挑战。散货船作为航运船舶中的重要成员，在运输谷物、煤炭、矿砂等发挥着不可替代的作用。

船舶的建造设计分为船体、动装、电气三大部分。动装在整个船舶的建造设计中和节能减排息息相关，并且占据了全船大部分的建造费用。基于此，本船动装设计先用爱尔法对船、机、桨进行初步匹配计算，初步确定主机的型号和螺旋桨的基本参数。然后，再对船、机、桨进行终结匹配计算，确定船舶所能达到的航速。最后，考虑到MEPC第66次会议颁布的EEDI公式，对本船主推进装置进行能效分析，确定本船是否能满足要求。在确定船舶的主推进装置后，对为主机服务的各种辅助动力设施进行选型分析与计算，主要包括船舶燃油管路、滑油管路、冷却管路、压缩空气管路、舱底水系统、消防系统、供水系统、机舱通风系统等。考虑到不同的海况、工况等各种因素下，为了实现船舶机舱的良好管理以及日常维护保养的方便性，对涉及动力装置设计的各种设备与管系要在船上进行合理的配置。用AutoCAD绘制船舶机舱布置图、船舶机舱管系原理图等共五张。

本文以51，000DWT散货船动力装置设计为例，为新散货船舶设计及建造人员从动装角度上降低船舶的EEDI，提供了一定的参考，具有一定的现实指导意义。

关键词：EEDI；主机选型；机舱布置；机舱管系

Abstract

With the rapid development of the global economy, the extensive use of fossil fuels such as petroleum and coal causes irreparable damage to the environment of the earth, resulting in a greenhouse effect, sea level rise and so on. As a promoter of a globalizing economy, the shipping industry cannot be overestimated in energy consumption during its operation. At the 62nd meeting, the International Maritime Organization Marine Environment Protection Committee (MEPC) incorporated the Energy Efficiency Design Index (EEDI) of new ships into Annex VI of the International Convention for the Prevention of Pollution Form Ships (MARPOL) and entered into force on January 1, 2013, which is an important milestone for energy saving and emission reduction of ships, but it also poses a higher challenge to the construction of new ships. As an important member of shipping vessels, bulk carriers play an irreplaceable role in transporting grain, coal, ore, etc.

The ship's construction design is divided into three parts: hull, power plant design, and electric. The power plant design is closely related to energy saving and emission reduction in the construction design of the entire ship, and it occupies most of the construction cost of the entire ship. Based on this, the design firstly uses Ayre method to determine the model of main engine and the basic parameters of the propeller by the preliminary match calculations for the ship, main engine, and propeller. Then, through the final match calculations for the ship, main engine, and propeller to determine the speed that the ship can reach. Finally, taking into account the EEDI formula promulgated by the 66th meeting of the MEPC, an energy efficiency analysis of the ship's main propulsion device was carried out to determine if the ship could meet the requirements. After determining the main propulsion device of the ship, the type analysis and calculation of various auxiliary power facilities for the main engine are performed, mainly including the ship's fuel pipeline, lubricate oil pipeline, cooling water pipeline, compressed air pipeline, and bilge water systems, fire protection system, water supply system, cabin ventilation systems, etc. Considering the different sea conditions, working conditions and other factors, in order to realize the good management of the ship engine room and the convenience of daily maintenance, all kinds of equipments and pipe systems involved in the design of power plant should be properly configured on the ship. A total of five drawings of the layout of the ship's engine room and the schematic diagram of the ship's engine room piping system are drawn by using AutoCAD.

This article takes the power plant design of a 51,000DWT bulk carrier as an example to provide a certain reference for the new bulk carrier design and construction personnel to reduce the EEDI value of the ship from the viewpoint of power plant design, which has certain practical significance.

Key words：EEDI；main engine selection；engine room layout；engine room pipeline

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 研究的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施 3

1.3.1 研究的基本内容 3

1.3.2 研究目标 3

1.3.3 研究拟采用的技术方案及措施 3

第2章 新船能效设计指数 5

2.1 引言 5

2.2 EEDI公式 5

2.3 EEDI基线 9

第3章 主机与螺旋桨选型 11

3.1 引言 11

3.2 用爱尔法估算船舶有效功率 11

3.3 初步机桨匹配 16

3.4终结机桨匹配 18

3.5 空泡校核 20

3.6 主机的EEDI分析 22

第4章 主要机械设备估算 23

4.1 船舶电站 23

4.2 船舶辅锅炉 24

4.3 燃油系统设备估算及选型 24

4.3.1燃油消耗量 24

4.3.2燃油舱柜容积计算 26

4.3.3燃油分油机和燃油泵 26

4.4滑油系统设备估算及选型 27

4.4.1滑油消耗量 27

4.4.2滑油舱柜容积计算 27

4.4.3滑油分油机和滑油泵 28

4.5冷却系统设备估算及选型 28

4.5.1淡水冷却系统 28

4.5.2海水冷却系统 29

4.6压缩空气系统设备估算及选型 29

4.7保船系统设备估算及选型 30

4.7.1压载水系统计算与选型 30

4.7.2舱底水系统计算与选型 31

4.7.3消防系统计算与选型 32

4.7.4供水系统计算与选型 32

4.8通风系统设备估算及选型 34

4.9其他设备 34

第5章 主要机械设备明细表 35

5.1主机 35

5.2螺旋桨 35

5.3主发电柴油机 36

5.4应急发电柴油机 36

5.5燃油废气组合锅炉 37

5.6油泵 37

5.7水泵 38

5.8油处理设备 38

5.9空压机和风机 39

5.10冷却器和压力容器 40

5.11防污染设备 40

5.12消防设备 41

5.13机修设备 41

5.14起吊设备 41

5.15其他设备 42

第6章 轮机说明书 43

6.1概述 43

6.2轴系 43

6.3动力系统 44

6.3.1燃油系统 44

6.3.2滑油系统 44

6.3.3冷却系统 44

6.3.4压缩空气系统 45

6.3.5排气系统 45

6.3.6蒸汽加热系统 45

6.4海、淡水系统 46

6.4.1压载水系统 46

6.4.2舱底水系统 46

6.4.3日用海、淡水系统 46

6.4.4甲板疏排水系统 46

6.4.5空气测量、注入系统 46

6.5防污染系统 46

6.5.1生活污水处理系统 46

6.5.2油污水分离系统 47

6.5.3防海生物污染系统 47

6.6空调、通风系统 47

6.6.1中央空调系统 47

6.6.2舱室通风系统 47

6.6.3集控室空调 47

6.7消防系统 48

6.7.1水消防系统 48

6.7.2二氧化碳灭火系统 48

第7章 结论与展望 49

7.1结论 49

7.2展望 49

参考文献 50

致谢 52

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

实行改革开放以来，中国发生了翻天覆地的变化。这离不开全国人民的共同努力，更离不开百万船员岗位的日夜坚守。船舶因其运输量大、运输成本低，成为了各国之间贸易的使者，囊括了全球90%的货物运输，加速了全球化的进程。航运业作为全球化经济的主要承担者，在营运过程中产生的能耗也绝不能小觑。国际海事组织海洋环境保护委员会（MEPC）在第62次会议上，将新造船舶能效设计指数（EEDI）纳入《国际防止船舶污染公约》（MARPOL公约）附则Ⅵ，并于2013年1月1日正式生效^[16],这是船舶节能减排的重要里程碑，但是同时也对新船的建造提出了更高的挑战。散货船作为航运船舶中的重要成员，在运输谷物、煤炭、矿砂等发挥着不可替代的作用。但是自2008年全球金融危机以来，航运业一直处于低谷状态，大型散货船因其运力过剩、低灵活性、运输成本相对较高已成为阻碍散货船航运市场复苏的主要因素之一^[17]。

表1.1 散货船船型的划分

船舶的建造设计分为船体、动装、电气三大部分。动装在整个船舶的建造设计中和节能减排息息相关，并且占据了全船大部分的建造费用。因此，本文以适用于大部分港口满载进入的大灵便／超灵便型散货船（查表1.1）为对象，在满足EEDI要求的前提下，进行动装设计，具有一定的现实指导意义。

1.2 国内外研究现状

刘飞、林焰、李纳选取来自CCS中国船舶录2009和部分2010年的船舶信息，发现479艘散货船中EEDI值满足要求（即是EEDI计算值/EEDI要求值≤1.00）的船有334艘，不满足的有145艘，合格率为69.73%^[18]。

杜文芒详细分析了EEDI公式中主机CO₂排放量的影响因子，对船舶采用减速航行和减额输出的CO₂当量进行了分析，并在这两种节能方式的基础之上，对49000吨散货船进行主机的优选^[19]。

达勇、张跃文、张鹏、李国龙以Dolphin系列82000DWT散货船为研究对象，分析了主机选型、设计航速对船舶EEDI的影响，并建立了基于EEDI的船舶主机选型综合评价模型^[20]。

李路、王慧芳根据近10年来散货船数据统计，通过简化模型对某57000DWT散货船的分析，得出了主机功率，航速和载运能力3个因素对EEDI的影响程度进行了高低排序，并对4种船型的载运能力与其相应的EEDI做了比较分析，提出了相应的建议^[21]。

李国龙以某82000DWT散货船为例，从EEDI公式角度出发，重点研究了EEDI公式中与主机有关因素参数的改变对其EEDI值的影响，从而从和主机相关的角度上提出改变

船舶能效水平的方法^[22]。

侯承铭对大型浅吃水散货船船型的主尺度进行优选，对EEDI的技术设计阶段和适航阶段进行了验证^[23]。

沈春华、赖祥华、张弘结合船厂的实际操作经验，从试航前的准备等多方面来介绍EEDI实船验证测试中需要注意的问题，并介绍了几种有效的数据记录表格^[24]。

柳卫东、陈兵根据MEPC的EEDI，对目前市场上主流的三型散货船进行了计算分析，得出巴拿马型、好望角型、海岬型的肥胖型船舶，很容易满足EEDI的基线公式及相应的折减值要求 ^[25]。

中国工业和信息化部2018年1月11日发布的数据显示：2017年全年，中国造船完工量、新接订单量、手持订单量分别占全球总量的41.9%、45.5%、和44.6%，造船三大指标国际市场份额均位居世界第一^[26]。

E.Ekanem Attah、R.Bucknall发现目前采用双燃料电推的LNG船舶已经达到了规定的EEDI值，但是考虑到DFDE，则会使EEDI在减少全球变暖方面受到限制^[27]。

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