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试论绿色船舶设计、制造的实施策略

发布时间:2016-09-09 点击数:17

        近年来,造船业发展迅速,对我国国民经济的增长产生了重要的影响,但从环境保护的角度来看,造船业浪费资源、污染水源、大气的情况较为普遍,这显然不符合目前所倡导的科学发展观的理念,与当前经济的发展趋势相适应,“绿色船舶”的概念应运而生,此种船舶在设计、制造及运行方面都以环保为目标,对提高船舶质量,促进造船业的快速、稳定发展有着积极的意义。

        一、绿色船舶的概念及特点

        绿色船舶,又称环境协调船舶(ECS),其核心理念在于对资源与环境的保护,它从设计、制造到使用、回收的整个过程都符合环保要求,将船舶对生态环境的危害降低到最小,它包含了绿色材料、绿色设计、绿色制造、安全使用、污染治理、绿色回收等多方面内容,是一个系统的概念,其特点主要有以下几个方面:


        1、先进的技术特性。技术先进是制造绿色船舶的基础与前提,其先进性要求技术能保证所生产制造的船舶产品能安全、高效的实现其各项性能及功能,保证船舶高质量的环保性能,保证其绿色产品能在激烈的市场竞争中占据强劲优势。

        2、合理的经济特性。船舶的成本应包涵企业、用户及社会成本,也就是船舶的寿命周期成本,只有具备能够被用户接受的合理市场价格,船舶才具有市场价值,其技术性及环保性才能得到实现。

        3、协调的环境特性。绿色船舶的环保特性应包括节约资源、节约能源、保护环境、保护劳动者四方面内容,其环保特性是贯穿其整个寿命期限的,因此,应根据船舶在寿命的各个阶段的与环境的关系来设计其功能特性,使其环境协调性构成一个系统。

        二、绿色船舶的设计策略

        船舶设计是船舶制造的前提,船舶的环保性能即源于良好的设计理念,这就要求设计人员不断提升自身的环保意识,在设计之初就以绿色、环保为目标,其具体设计策略体现在一下几个方面:

        1、船舶绿色优化设计         

        首先,要优化船舶形体及结构,对于船舶的结构要充分考虑节约能源、资源,例如,在设计万吨级的散货船时,为减少燃油泄漏的可能性及损失,可将传统设计中位于双底层的燃油舱移到顶边舱,并在船舷旁边设计隔离空舱。另外,对船舶的型线及主尺度的优化也是非常必要的,这与船舶的稳定性、载重量、航行速度及安全性有着密切的关系。

        其次,要优化船舶的动力节能设计,其优化可从以下四个方面入手:①开发、利用新型动力能源,像太阳能、风能及天然气等新型能源,例如,2000年左右,我国造船业开始将船舶所用柴油改LPG(液化石油气)为燃料,此种改变有效提高了船舶的节能效率及环保效能,与此相适应,LPG动力装置也应运而生;②改善推进方式,探寻更加节能的推进方式,提升推进效率,例如,可利用柴电联合的动力推进方式;③采用新型燃油添加剂及燃油电喷技术,提升燃油工作效率;④开发废气处理、循环利用技术,实现能源的循环利用。

        2、绿色材料的选择与利用

        第一,焊接材料的选择。焊接材料中添加了对人体有一定危害的助焊药剂,此药剂在高温下会随着焊接烟尘扩散到空气中,极易危害到工作人员的健康,因此,在选择焊接材料时,应注意选用低毒低烟的焊接材料,并且要结合高效的焊接工艺来进行。

        第二,舱室绝缘材料的选择。传统造船业用于船舶舱室内装的矿棉、玻璃棉,由于具有不可降解性,废弃之后极易对其周围的水质与土壤造成污染,不符合绿色船舶的设计理念,因此,在选择绿色船舶的舱室绝缘材料时,应将其技术性能与环保性能一并考虑在内,研制、开发新型的高效、环保绝缘材料也是绿色船舶设计的重要任务,如硅质纳米孔绝热保温材料、聚酰亚胺泡沫材料等都是近来新研制的环保节能材料,它们将逐渐取代传统绝缘材料。

        第三,涂装材料的选择。我国传统的造船业的涂装工艺往往分为两部分来进行,首先是进行钢材预处理,然后再进行二次除锈涂装处理,这种处理方式,不仅过程繁杂,而且造成了资源的浪费,因此,在绿色船舶的设计中应尽量减少二次涂装,采用较为先进的跟踪补涂技术,另外,传统的涂装材料由于对人体、海洋生物及环境都有较大危害,不符合绿色船舶的环保要求,因此,应选用一些无污染的绿色涂料,如水性涂料、辐射固化涂料等。

        3、船舶标准化、模块化设计

        首先,标准化、模块化设计利于简化船体结构。采用功能多样的零件及简便的连接方式以减少船舶装置零件数量;设计时注意合理布置零件、支撑及荷载,把握好整体尺寸,保证材料都能得到充分利用;设计符合回收要求的结构,保证资源的循环利用。

        其次,标准化、模块化设计利于提高工作质量及效率,此种设计避免了对舾装件的逐件分装,不仅减少了噪声危害及舱室污染,还有效减少了劳动力及资金的浪费,另外,此种设计对设备的更新拆装也有较为积极的作用。

        三、绿色船舶的制造策略

        1、绿色加工工艺

        (1)净成形加工制造

        为减少资源浪费,净成形制造技术正在由接近零件形状的技术像直接制造出零件的方向发展,此种精密的加工技术有效减少了资源浪费及对能源的消耗。

        (2)干式加工制造

        干式加工即在加工过程中不添加入任何的冷却液,此种加工方式不仅有效减少了工艺流程及加工成本,而且有效避免了冷却液在使用时所产生的一系列问题,目前,干式加工技术在我国得到初步使用,例如,干磨削、干车削等技术,在我国造船业未来的发展过程中,此种技术将会得到进一步的推广与应用。

        (3)无余量加工制造

所谓无余量即指在造船过程中,通过加放零件、部件的尺寸精度补偿量来代替余量,其技艺的关键在于把握好建造公差,并采用最有效的工艺技术,此种工艺能有效减少建造成本、提高产品的质量,为造船业带来更好的经济效益。

        2、绿色焊接工艺

        (1)高效、节能的焊接电源

        目前,焊接电源正在逐步向更加高效、节能的方向发展,如逆向焊接电源,此种焊接电源与传统电源相比,具有直流输出稳定、焊接效果好、节能、环保的特点,另外,与信息时代相适应,数字焊接电源也应运而生,并逐渐成熟。

        (2)高效、节能的焊接设备

        设备的节能性是产品节能性的基础,因此,在焊接设备上也要注意考虑节能原则,例如,可选择横向对接焊缝焊接机,此种焊接设备可对船体的垂直位置的横向焊缝进行自动化的焊接,焊接质量好、效率高,另外像门架式双丝埋弧设备也是较为高效的焊接设备,它是专门用于焊接拼板的设备,其反面焊接不需要进行清根,减少了工艺流程,符合环保要求。

        (3)高效、节能的焊接技艺

        目前,较为高效的焊接技艺主要有气体保护焊接技艺、熔化极活性气体保护焊接技艺等,这些技艺都具有效率高、操作简便、焊接质量好、能耗少的特点。

        3、绿色涂装工艺

        (1)选择绿色环保涂料,优化涂装工艺

        在涂料的选择上,要尽可能选择性能较好的专用涂料以减少对热加工区域的涂膜损伤,为控制分段制造期间产生的锈蚀,应选择较为长效的车间底漆,为减少涂装的次数,应选择厚膜型的涂料,另外,还可选用万能型的底漆,以简化涂装工序,提高工作效率。

        (2)树立环保观念,实现涂装环保作业

        制造绿色船舶,环保观念应贯穿全局,从工程系统上实施制造,在对船舶进行涂装时,应船体分道、区域涂装、区域舾装的原则来进行,从涂装设计、钢材预处理、制造周期等方面强化对船舶涂装工艺的动态管理,利用环保工艺及环保设备实现涂装环保作业。

结语

        新的时代背景之下,重环保、重节能的绿色船舶是我国船舶制造业未来的发展方向,船舶制造企业要在技术、理念、工艺等方面不断加大探索力度,为实现更优化的绿色船舶制造做出更多的努力,这不仅是船舶制造业的发展前景,也是整个时代对经济发展的要求。