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绿色船舶的概念与关键技术

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摘要:当前,随着全球经济的快速发展,环境的污染和能源的匮乏问题已经越来越制约经济的发展,对于船舶业和航运业来说,它们随之带来对环境造成污染的问题也越来越引起社会的关注。因此,建造低污染、少油耗、环保节能的“绿色船舶”已成为造船业和航运业发展的必然趋势。本文针对绿色船舶的概念进行分析,并对绿色船舶的制造、运营、拆解全过程的关键技术进行研究,从而降低船舶生产成本,提高船舶生产质量,减少环境污染!

关键词:绿色船舶;绿色制造;绿色运营;绿色拆解

一、引言

随着全球经济一体化的加快,航运业越来越起到重要的作用,全球贸易的90%都是通过海上运输来完成的[1]。船舶作为海上的交通运输工具,但是,其带来的环境污染问题也越来越严重,例如硫氧化物、氮氧化物的排放问题,含TBT涂料的污染问题以及拆船造成的污染问题等,也成为了社会关注的焦点。船舶带来环境污染问题贯穿整个船舶的生命周期,随着国际公约的实施和人们环保意识的加强,对船舶的要求也越来越严格,因此,绿色船舶的概念应际而生。本文针对绿色船舶的概念进行分析,对绿色船舶设制造、运营及拆解全过程的关键技术进行了研究,以期待我国在绿色船舶的制造中,能够提高船舶制造工艺,加强对船舶营运管理,从而提高船舶质量,达到绿色船舶节能减排的目的,最终使我国船舶业在全球中处于有利地位。

二、绿色船舶的概念

所谓绿色船舶是指船舶在制造、运营、拆解的全生命过程中,以“绿色”为设计理念,在确保船舶质量、满足船舶的使用功能基础上,最大程度地降低成本,减少污染,提高船舶的资源及能源的利用率,打造环境友好型和资源节约型船舶[2]。绿色船舶的核心内容就是要保护人们的身体健康和人类生存的环境,促使经济可持续发展。绿色船舶概念中的“绿色”,主要是指船舶制造人员的环保意识,以人为中心的理念以及在船舶营运过程中能够节能减排。绿色船舶的关键技术,采用先进的科学技术,将制造、生产、管理集于一体,是一项容合性的技术。对于绿色船舶,源头是绿色制造,通过绿色的工艺技术,进行绿色运营管理,最后能进行绿色拆解。

三、绿色船舶的制造

1.绿色材料的选择

首先要选用没有害毒的材料,在材料的制造生产过程中要避免对人们的健康带来危害和给环境造成污染;其次选用的材料要是可再生的,并使用相对较少类型的材料,设计较简化,尽量的少使用复合材料,减少使用短缺的和不可再生的资源量,尽量使用能替代的物资;最后选用材料要具有优良的性能,以便降低零件的加工难度和减少零件的废品率,并减少在零件的加工过程中的能源消耗,且使产生的废料不给环境造成污染。总之,绿色船舶的制造要尽可能的使用零污染、质量轻、抗氧化性强、耐腐蚀的材料。

2.绿色加工技术

(1)干式切削在船舶加工的过程中,不用任何切削液的干切削,不仅可以省去切削液的过滤、传输、回收等一些装置和相应的费用,也省去了切削液与切屑的分离装置及相应的电气设备,简化了生产系统,降低了生产成本,同时使机床的结构更紧凑,减少了占地面积;而且还使切屑干净、清洁、无污染,易于回收和处理。

(2)净成形技术净成形技术就是在零件成形后,仅需少量的加工或者不需要再进行加工,就可直接作为机械构件的一种成形技术。它不但使传统毛坯的成形技术得到改造,使机械构件由粗糙成形变成优质、高效、轻量化、高精度的成形技术,而且对制造的构件或零件可直接或者经过稍微处理就能变为成形的产品,从而降低了能源消耗和减少了原材料的使用。长久以来,国内的大多船厂采购的钢板都是按照钢厂相关规定尺度,造成了剩余大量的边角材料,并且在使用碳刨切割时又给环境造成了污染。而国外的船厂,钢板原则上都是由钢厂直接轧制成型并且进行喷涂,然后根据造船厂的要求进行切割供应,因此钢材利用率极高,不会产生边角余料,而且无污染[3]。

(3)分段无余量建造技术分段无余量建造技术是指零件下料就不会产生余量或只预留一定的补偿量,经历一系列的加工工艺阶段后,分段不需要修整就能满足使用的精度要求。采用分段无余量建造技术不仅能提高造船的产量和效率,并且减少投资成本、能较快的成形。

(4)智能制造技术智能制造技术是利用计算机来模拟船舶制造业专家的分析、判断、推理、构思和决策等一系列的智能活动,并将这些智能活动用在船舶的制造过程中。在零件的焊接、切割、分段铸造及其管理环节,使用智能制造技术,不仅可以降低资源的使用和减少能源的消耗,而且还可以提升船舶产品的质量和提高船舶的生产效率。

3.绿色焊接技术

绿色焊接技术主要是使用高效的、节能的焊接电源,选择无粉尘污染、无弧光的焊接材料和合适的焊接设备,采用高效焊接方法的技术。高效的焊接方法包括了熔化极活性气体保护焊、气体保护焊等,它们具有高效率、操作便利、速度快、焊接质量高及节约能源等优点。

4.绿色涂装技术

船舶的涂装分成钢板预处理与二次除锈涂装。对于造船比较先进的国家往往不进行二次除锈,因为进行二次除锈,不但要浪费资源,而且还降低了生产效率。我国在引进区域造船方法的时候,也在尝试着减少二次除锈涂装,而使用跟踪补涂技术。目前使用的传统溶剂涂料由于对人体的健康有危害并对空气也有一定的污染,因此不能满足绿色船舶涂装材料的要求,取而代之的应该是一些节省资源、减少使用能源、零污染的绿色涂料。

四、绿色船舶的运营

1.船舶结构优化

优化船体结构,对船体主尺度与线型进行优化,不但会影响空船的船舱容量、质量、航行的阻力等技术指标,也会影响船舶的航行速度、能耗、装载货物量等经济指标,更会对船舶的安全性能产生影响。船体的上层建筑在运营中会受空气的阻力,合理优化上层建筑的结构,将会减低船舶阻力,提高船舶经济性;也可以采用船体航行纵倾优化技术、降低空船重量结构优化技术、船底空气润滑技术等以减少船舶阻力,能够有效降低船舶的燃油消耗,优化船体的结构,也能减少船舶的压载水所造成的环境污染[4]。

2.节能减排技术

对于绿色船舶节能减排是经过优化船舶零部件结构、改进相关技术,可以改善相应的效果,从而使船舶节省能源并减少污染物的排放,进一步提高船舶能效。在船舶燃烧方面采用节能减排技术是通过改善柴油机的燃烧效果并控制柴油机的排放物和废气排放量,节能减排技术主要包括前端技术和后端技术。前端技术是对柴油机的燃油喷射和燃烧过程及进气过程进行优化来提高柴油机的燃烧能效,从而达到节能减排的目的。后端技术是指对柴油机的排放进行控制和对余热的回收利用,从而来实现节能减排。

3.减振降噪技术

船舶会发生剧烈的振动,将会使船舶乘客的舒适性降低,还会影响船舶工作人员的身体健康以及他们的工作效率;造成船舶自身结构和一些机械设备部件出现疲劳破坏;影响船舶上的机器及设备的正常使用,还会增加相应的维护费用。特别对军舰,剧烈的振动将意味着其作战系统将会不能正常发挥作用,同时其隐蔽性也会降低。为了减小船舶振动,可以采取防振技术、减振技术和隔振技术。对于船舶,其噪声不但使船内的仪器、设备的正常使用受到影响,而且还会使船舶的安全性、隐蔽性、可用性和居住性等受到影响,因此,船舶在运营时,必须要注意采取控制噪声的措施,船舶的噪声控制主要包括三个方面:一是从根源上控制:控制噪声声源;二是控制噪声的传递途径;三是使用接收器等噪声防护设备。

4.智能航行技术

智能航行技术使通过高科技装备来实现无人化操纵的目标,即能够正确的判断出船体的具体位置并自动行驶,能自动的选择最合适的航线和航速,在航行的过程中能自我判断出现的风暴,并能避免出现撞船的危险。智能航行技术包括航线优化技术、能效控制技术、电力管理技术、状态监控技术、远程维护技术等。

五、绿色船舶的拆解

绿色拆解是绿色船舶生命周期中的最后一个阶段。绿色拆解不仅可以降低环境污染,还可以让零部件和产品重新使用及材料的再生利用,从而减少资源的消耗。土耳其最近有研究表明:从赤铁矿中冶炼1t钢就需要消耗7,400MJ的能量并且排放2,200kg的CO2,而从拆船业获得1t钢只消耗1,350MJ的能量并且只排放280kg的CO2[5]。由此可见,船舶的绿色拆解既可以使资源可持续利用,也可以很大程度的降低污染环境。

六、总结

随着人类环保意识的提高,绿色船舶被我国的造船业广泛接受并推广。绿色船舶本着“以人为本”和“以自然为本”,打造环境友好型和资源节约型船舶。绿色船舶的实现,需要对绿色建造、绿色运营到绿色拆解全生命周期每一个环节的关键技术进行研究,并且不断的改进,才能最大程度的实现低污染、低能耗、安全健康和高能效的多重目标。绿色船舶的发展不仅是我国节能减排的重要措施,还降低船舶的生产成本,减少对环境的污染,并且能很大程度的提高我国航运业和船舶业在国际上的竞争力。

参考文

[2]李碧英.绿色船舶及其评价建指标体系研究[J].中国造船,2008,49(183):27-29.

[3]张跃.走新型工业化道路,设资源节约和绿色环保企业[J].上海造船,2007,(2):52-54.

[4]黄金,李杰,王爱军.绿色船舶的现状及其发展趋势探索[J].科技风,2014,07(20):222.

作者:王琦;曾向明 单位:上海海事大学

绿色船舶的概念与关键技术责任编辑:张雨    阅读:人次