绿色船舶技术发展趋势概要

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1、紫琅职业技术学院毕业设计（论文）题 目：绿色船舶技术发展趋势副 标 题：学 生 姓 名：朱冉所在系、专业：船舶工程系舾装班 级：102班指 导 教 师：刘文明日 期：2013年4月摘 要随着人类的发展，陆地资源已出现严重短缺，急需对海洋资源大量索取，以船为媒介的人类文明发展工具，起到承上启下的作用。本文简单介绍国际上，特别是国际海事组织 (IMO)对航运界防止船舶造成水污染和空气污染的发展趋向，探讨绿色 (环保 )船舶的概念和设计建造要求。关键词：绿色船舶 有害材料 压载水有害水生物 油污染 空气污染AbstractWith the development of human, appear s

2、erious shortage of land resources, are in urgent need of the great many requests for ocean resources, in order to ship for medium of human civilization development tools, play the role of continuity. The paper simply introduces the world, especially in the international maritime organization (IMO) t

3、o transport the prevention of water pollution and air pollution development tendency, this article discusses the concept of green (environmentally friendly) shipping and build and design requirements.Keywords:green ship，harm fulm aterials，harm fulaquatic organism s in ballastwater，oilpollution，air p

4、ollution 前言自上世纪6O年代开始，海洋环境的保护成为世界范围内的日益关注的问题 。随着国际航运的日益繁荣 ，船舶对海洋环境污染的影响所占的比重也越来越大 ，IMO近几年更是不断推出新的、更高的要求，以强制性公约、规则的形式来加强对海洋环境乃至大气环境的保护。越来越多的国际 非政府组织、行业组织等也不断推出新的行业标准 ，一些国家和地区也在酝酿着更为严格的区域性标准，这些对环保要求的大趋势在很大程度上影响着船舶的设计和建造理念，决定着船舶市场竞争力。因此船舶环保技术 的先进性和可靠性已成为占领航运市场的关键因素之一。绿色船舶或 者环保船舶概念应运而生。本文将主要从IMO要求对绿色船舶技

5、术影响的发展趋势 ，来探讨绿色船舶的建造材料 、结构布置和设备配备要求。船舶建造过程中对环境和人员的保护，属于船舶的绿色制造工艺 ，是另外一个环保方面，本文暂不考虑。目 录摘要I前言II1. 绿色船舶概念1 1.1绿色船舶的功能 1.2绿色船舶的先机2.绿色船舶的防污染要求2.1 IMO防污染要求现状 22.1.1 油类污染2 2.1.2 空气污染3 2.1.3 压载水有害水生物污染3 2.1.4 船舶拆解污染33.IMO环保要求最新动态3.1 .1油类污染43.1.2 空气污染53.1.3压载水处理技术74.绿色船舶的设计思想4.1为船舶及其设备选用绿色材料94.2船舶构造及系统布置的“绿色

6、设计”94.2.1燃油舱保护94.2.2船舶机舱底水系统的布置设计94.3防污染设备配置95.小结致谢 15结束语 15参考文献 16附 171. 绿色船舶概念 气候变化、全球变暖，日益严峻的环境压力，将船舶及航运业对环境的污染问题推到了“聚光灯”下，船舶减排面临前所未有的挑战，全球业界对绿色船舶充满期待。那么，绿色船舶的核心要素是什么？绿色船舶能带给我们哪些变化？它的未来将走向何方？ “绿色船舶是从设计、建造、营运到拆解的整个生命周期内，通过应用绿色技术最大程度上实现低能耗、低排放、低污染、高能效、安全健康的功能目标。该目标的实现体现在船舶的整个生命周期，包括设计、生产、使用、回收利用等环节

7、的绿色要素。”-中国船级社上海规范所所长杨忠民介绍。 何谓绿色船舶，国际上并没有一个统一的确定的定义 ，但根据对船舶的各个方面的环保要求，绿色船舶实际上是指船舶在其整个生命周期内(从设计到报废拆解，从摇篮到坟墓 )，采用先进的环保技术和防污染设备及无害建造材料， 最大限度地减少船舶及设备的事故或损坏发生率，降低资源和能源消耗率，提高建造材料回收利用率，最大限度减少或消除对水环境和大气环境的污染程度。 迄今为止，IMO已经制定了三个关于船舶设计和建造技术的国际防污染公约：防止船舶造成污染 (MARPOL)公约 、压载水(BWM)公约和有害防污底 (AFS)公约，目前正在制定第四个防污染公约：拆船

8、公约。从各个方面对船舶可能造成的油污染、有毒液体物质污染、生活污水污染、垃圾污染、压载水有害水生物污染、有害防污底污染以及船舶拆解过程所造成的各种污染进行控制。正是这些相关方面的强制性防污染要求，促进了绿色船舶设计、建造和操作管理技术的不断发展。1.1绿色船舶的功能“绿色船舶”的发展无疑会起到保护全球环境、推动船舶制造业和航运业良性发展的作用。全球日益严峻的环境压力，使得船舶及航运业对环境污染的问题成为国际社会关注的焦点。以空气污染为例，国际海事组织专家组的研究报告认为，2007年全球航运业CO2排放量为11亿吨，到2020年这个数字将达到14亿吨。而这还仅仅是航运业污染环境所表现的一个方面。

9、针对海洋环境保护问题，国际海事组织（IMO）对MARPOL公约重新审视梳理，先后对防油污标准、空气污染NOX、SOX 排放标准等进行了修订，又陆续通过了压载水公约、无害环境拆船公约，当前的重心又转移到控制CO2的排放上。IMO近年来工作重心的转变，也是它从环保标准向绿色标准转变的历程，从契合国际社会对环境保护的需求出发，陆续完善以实现环保、节能、安全等方面要求为目标的标准，这些标准将是构成未来“绿色船舶”标准体系的基础。国际社会的普遍共识IMO相关标准的出台，引导着全球船舶工业的发展方向，发展绿色船舶已是全球的选择。另外，从行业、企业进行能源管理的需求出发，绿色船舶也是其实施能源目标的重要手段

10、。“绿色”标志作为船舶的绿色身份证，是造船和航运企业获得政府支持，公众认可，开展绿色营销的主要保证。1.2绿色船舶的先机节能环保的热潮席卷着航运业和造船业，绿色船舶标准也不可避免地成为了新一轮国际标准权益竞争的焦点。“虽然目前尚没有完整明确的国际性绿色船舶标准，但欧美、日本等国家已在国内立法方面有所行动，并可能提前单边实施，从以前防污染要求来看，海运界实施单边行动计划并不乏先例，如美国的90油污法案。 如今，许多国家都以非常热衷而积极的态度发展绿色船舶。欧盟于2009年1月22日发布“2018年前欧盟海运政策目标及建议案”，以促进安全、保安、清洁、高效的航运业，欧洲航运及相关海上产业在全球市场

11、的长期竞争优势以及其整个海上运输系统如何面对21世纪挑战，成为此战略计划的核心部分；英国政府在温室气体减排方面推出的总量控制与排放交易方案，认为是航运业有效的减排方式；丹麦设立“未来绿色船舶”项目通过使用现有技术实现船舶减排，该项目旨在对NOx和SOx减排达到90%、CO2减排达到30%；日本确定的目标是，到2011年将把新造船CO2排放减少30%。 应环境保护需求而诞生的绿色船舶，因贴上了“绿色”的标签，必将更多地得到国际社会及公众的认可。我们在不久的将来也许能看到这样的画面：具有“绿色”标志的船舶，可优先通过“绿色通道”进入欧美等繁忙港口；港口国监控对具有“绿色”标志的船舶实施“信任”措施

12、；保险机构对于“绿色”标志船舶实施低保费率；各国金融机构对于“绿色”标志船舶建造计划提供更加优惠的融资条件等等。 对于船舶、航运业及相关企业来说，谁先实施“绿色”标准，谁就能抢占先机。 绿色船舶在我国的发展尚属起步阶段，我国政府已意识到绿色船舶是未来世界造船业、航运业竞争的关键所在，目前正积极组织国内有关部门研究开发绿色船舶及相关技术。作为大系统产品的船舶来说，它涉及方方面面的技术，船舶不可能仅通过某一方面的新技术来达到环保或节能的效果，而需要通过不同的切入点采用“绿色技术”，这就意味着绿色船舶的认定标准可能千差万别，这也是我国绿色船舶系统标准相对于其他“绿色产品”（如绿色家电、绿色食品、绿色

13、建筑等）而言，出台较晚的原因。如图（1）山海关船舶重工有限责任公司建造的7.6万吨散货 山海关船舶重工有限责任公司建造的7.6万吨散货船“TigerEast”号离开码头，交付给香港船东。这艘船是山船重工应用大量环保技术建造的“绿色”散货船，也是我国制造的第一艘“绿色”散货船。据了解，该船机舱选用新型电喷式主机，可有效降低油耗；采用螺旋桨消涡鳍、压载水处理装置等先进的节能环保技术，有效降低了燃油消耗和船舶携带压载水对环境造成的影响，环保性能突出。船舶总长225米，型宽32.26米，型深19.6米，设计吃水12.2米，航速14.5节，载重7.6万吨。2.绿色船舶的防污染要求 21 lMO防污染要求

14、现状 根据IMO已经通过以及正在制定中的国际防污染公约和其他防污染议题的讨论情况，可以将目前船舶的防污染热点问题归纳为以下几类： 21.1油类污染 早在1993年油船 的设计开始运用双壳保护直至今日，并加快对单壳油船的淘汰或改造。随着燃油作业及事故中导致的泄漏引发的污染程度越来越大，IMO新增对船舶燃油舱的保护要求，船舶燃油舱也应给予双壳双底保护。大型油船的货泵舱发生底部破损的几率虽然很小 ，但从环境友好和降低事故性溢油角度 ，亦提出双层底保护要求。 21.2空气污染 来自船舶的空气污染源主要是来自船舶柴油机、焚烧炉、锅炉等排出的废气、消防系统及制 冷 系统的消耗 臭氧介质 以及油船和化学品船

15、释放 的液体货物蒸气。目前对船舶废气控制 目标为：氮氧化物 (NOx)、硫氧化物 (SOx)、消耗臭氧物质 (CFCs，Halon) 、挥发性有机化合物(VOC)、燃油质量和船上焚烧作业。虽然船舶废气排放所造成的空气污染比例很小，但空气污染问题却是当前海事界最关注的议题之一 ，对船舶造成空气污染的控制措施的争执达到白热化程度。 213 压载水有害水生物污染 IMO对控制船舶压载水中有害水生物污染的方法，除了预防性措施外 ，主要有两种管理措施 ：压载水置换，该措施目前被定为过渡措施 ；压载水处理 ，该措施是最终目标 。为达到压载水处理标准 ，需要相应的压载水处理系统 。而处理船舶压载水的相关技术

16、的可利用性仍然是目前压载水公约达到生效条件的技术瓶颈问题。 214 船舶拆解污染 对船舶拆解作业过程中对工人的安全和健康保护、各种液态、固体或气态废弃物的控制和处理是船舶拆解作业需要考虑的问题。而为了尽可能避免或减少各种安全和污染问题 ，要求新造船舶自初始设计、建造以及营运维护过程中，应禁 止使用有害材料 ，并避免 或减少使用潜在有害材料 ，设计应安全并有利于污染物的清除和处置 。3 IMO环保要求最新动态 311 油类污染 油类污染一致是海事界最受关注的污染之一 ，对油类污染已经到了 “零容忍度”的程度。 目前在IMO内部对防止油类污染的审议主要集中在以下方面 ： 1) 船舶海上过驳油类 ：

17、船舶在海上过驳油类作业中时常发生泄漏 ，控制海上油类过驳溢油正成为防止油污染的另一热点之一 ； 2)机舱舱底油污水排放 ：船舶机舱舱底污油水排放是船舶在正常营运过程中对海洋环境造成油类污染的主要来源之一 。尽管滤油设备的性能标准已经很大程度 提高了 ，但传统 的机舱和舱底水系统布置仍难免导致船舶无法始终符合公约要求。因此，新的设计概念被提出，即 “综合舱底 水处理系统” (IBTS)，从源头上控制含油污水的产生，将油类的残余物和清洁水的泄漏分开收集，避免油类和清洁水的混合，从而减少了含油污水的量。同时 ，为避免过多的含 油污水进入滤油设备 ，减轻滤油设备的工作负荷 ，机舱污水井 的含油污水首先

18、被驳到预处理柜，部分油水在此得到分离，降低了驳到舱底水储存柜和滤油设备的含油污水的浓度。是否将这一概念成为强制性要求 ，IMO正在予以审议。 31.2 空气污染 IMO正在致力于对现行有效的MARPOL附则 VI进行全面修订，将极大提高 目前的相关标准， 并考虑增加对现有柴油机NOx排放 的控制 ，对颗粒 物质 (PM)进行控制。降低柴油机NOx排放量的技术有几种，目前认为最 有前景 的技术 是选择性催化还原 (SCR)技术，可将柴油机的排放从目前的水平再降低80 90。减少SOx最直接的方法就是使用硫含量低的燃油，否则使用SOx废气后处理系统将燃油设备或系统产生的废气处理后再排放。IMO在船

19、舶空气污染方面的另一个重要任务就是受到全世界关注的C02等温室气体 (GHG)排放的控制措施的制定。目前认为减少C02温室气体的最直接有效的方法就是降低燃油消耗 ，或使用替代能源。 如图（2）新型环保柴油机31.3压载水处理技术 尽管IMO没有限制处理压载水的技术方法 ，但 是对于使用活性物质的压载水处理技术和设备 ，则提出更加苛刻的要求 ，其目的是逐渐限制和淘汰使用可能产生 “二次污染”的化学处理方法。4 绿色船舶的设计思路 从 国际上 对船舶的各种防污染规定 ，可以将绿色船舶 的相关技术归纳为船舶建造材料包括设备材料 和使用介质的选用 、船舶结构布置以及防污染设备的配备三个方面。 41 为

20、船舶及其设备选用绿色材料 材料的环保特性对船舶的绿色性能具有重要的影响，在对船舶安全和营运效率不构成影响的前提下 ，在船舶的设计 、建造和维护中应最少地使用有害材料 ，尽可能减少待拆船舶的环境和安全风险问题 。如图（3）绿色选材特质 选材主要遵守如下原则 ： 1)最大程度减少新船及其设备在建造过程中 使用有害物质 ： 尽可能使用 能安全环保 和可回收的材料 ，以及最大程度减少使用已知的对健康 和环境构成潜在危害的物质 ；禁止选用国际公约禁止或限制使用的物质 ，比如 关于持久性有机污物 (POPs)的斯德哥尔摩公约、 关于破坏臭氧层物质的蒙特利尔议定书以及 控制船舶有害防污底系统国际公约 中规定

21、的有害物质。 2) 设计应便于拆解及清除有害物质： 在不影响船舶安全和运营效率的情况下，船 舶设计者和建造者应在船舶设计和建造 阶段考虑到船舶的最终处置，包括： 一 便于船舶拆解的结构设计； 一 便于拆船时有害物质清除的设备设计； 一 限制使用难以分解的材料； 一 提供一份简明扼要的建议的最佳拆船方法以及清除各类材料的建议措施的技术文件。 42 船舶构造及 系统布置的 “绿色设计” 421 燃油舱保护 为防止船舶 自用燃油所带来的污染，燃油舱 也应用双壳双底保护。对于大型油船的设计，燃油舱常规的布置一般位于机器处所和货油舱 (包括污油水舱 )之间，用于油船的货物区域与机器处所的分隔。燃油舱如果

22、设计成双壳双底布置 ， 则更多的被下图结构布置 如图（4）所代替。 有利于压载水更换和沉积物清除的设计 压载水更换方法是 目前船舶能够安全有效的 管理船上压载水的唯一有效途径，新建船舶应最 大限度地减少沉积物的积聚，并为沉积物的清除 和取样提供安全通道。设计主要考虑两个因素： 1)便于压载水更换的设计 一 尽可能使压载水更能在各种海况下进行 ； 一 在压载水更换作业的任一阶段 ，保持最小 船首吃水 以及驾驶室可视范围符合公约规定 ； 一 压载水更换系统的设计应利于将来符合公约D一2条的规定 ，最大限度减少安装设备殷备改装以及进行干坞热工作业的需要。为将来能达到 D一2标准，应考虑可能需要补充的

23、设备和管道，并留有足够的处所 ； 一 压载水系统的设计 ，还应考虑到港口国检查时所需的取样布置。2) 减少沉积物积聚的设计 压载水舱及其内部结构的设计应避免沉积物在压载水舱的积聚。在设计压载水舱时，应 ： 一 尽可能避免水平表面 ； 一 纵骨如设有面板扶强材 ，应考虑将扶材设在水平表面之下 ，以利于泄水 ； 一 如要求设有水平纵桁或横桁 ，尤其是如将水平纵桁用作过道而设有挡趾边板时，泄水孔应 尽可能大，以在舱内水平下降时促使水从这些地方迅速流开 ； 一 如内部构件与舱壁对接，其安装应防止形成死水坑或沉积阱； 一 管路系统的设计应使舱内压载水在排放时扰动尽可能强烈，使沉积物重新悬浮。让水流使 沉

24、积物重新悬浮的设计 ，应尽量不依靠人工干预。42.2 船舶机舱舱底水系统布置设计 为了从源头上减少机舱舱底含油污水的产生，避免油类和清洁水的混合 ，并减轻滤油设备的工作负荷，船舶机器处所的布置应尽可能考虑以下因素 ： 1) 设置相互分隔的集油槽和集水槽 ，将泄漏 油类收集到油渣柜，干净的泄漏水收集到清洁水柜。 2) 清洁水放残柜排放布置应和含油污水系统分开，清洁水柜里的水直接排到舷外； 3) 设置预处理单元 ，将机舱污水阱中的含油舱底水先驳至预处理单元 ，通过重力预先进行油 Tk分离 ，再将预处理过的舱底污油水驳至舱底水储存柜； 4)舱底水储存柜里的污水最好由专用的泵打到滤油设备 ，以避免和未

25、经预处理的污水混合 ； 5)设置废油柜，专门接收废弃的油类。43 防污染设备配备 为控制船舶在 日常作业过程中必须的各种排 放操作带来的污染 ，防污染设备发挥着很大的作 用 。用于机舱舱底 污油水处理 的滤油设备 、用于 生活污水的生活污水处理设备、用于垃圾等废气 物处理的焚烧炉、控NVOC放的船上VOC收集系统、压载水处理系统等的高性能标准，都体现了船舶在环保方面的先进性和优越性。 绿色船舶不是配备的设备越多越好，而是从各方面能最经济有效和最大程度地避免或减少 和 控制各种污染 。例如 ，减少船舶SOx排放量的最有 效途径是使用低硫含量的燃油或使用替代燃料 ， 如果安装SOx废气清洁系统则会

26、增加船舶的操作和 额外的设备维护 ，而且该系统本身产生的洗涤废 水也是另一种污染物，仍然需要控制。因此安装 SOx废气清洁系统并不是最好的方法。减少船舶柴 油机废气排放的另一个途径是船舶在靠岸时，使 用岸 电系统供 电。 船舶灰水如洗衣水、淋浴水、厨房水等，俗称 “灰 水” ，不属于IMO公约约束 的生活污水范畴 ，但也会对环境造成一定的污染。一些干货船的货舱洗舱水，也会含有对环境有害的物质。这些尚没有纳人IMO公约强制性要求的潜在污染物 ，也越来越多受到关注。绿色船舶是需要将船舶产 生 的所有有污染风险和潜在风险的污染物给予必要的控制和管理。船舶废弃物综合管理系统正在被更加广泛的研究和应用。

27、5 小结 绿色船舶在我国的发展尚属起步阶段，我国政府已意识到绿色船舶是未来世界造船业、航运业竞争的关键所在，目前正积极组织国内有关部门研究开发绿色船舶及相关技术。作为大系统产品的船舶来说，它涉及方方面面的技术，船舶不可能仅通过某一方面的新技术来达到环保或节能的效果，而需要通过不同的切入点采用“绿色技术”，从而达到技术科技领先的造船大国。“绿色船舶” 的设计和建造在未来国际航运界将起着主导作用 ，也是我国在 “加强环境保护 ，走可持续发展道路 ”倡导下的必然趋势。 IMO防污染公约的制定和修订态势是国际海事界对未来船舶环保标准的指示器 ，决定着绿色船舶技术发展方向。致 谢从论文选题到搜集资料，期

28、间经历了许多。反复的修改，查资料有太多的感慨。接到写作论文的通知时，喜悦之情难以言表。中间又因工作繁忙，无法抽出更多的时间来完成论文而感到十分彷徨。如今，伴随着论文的成稿，复杂的心情烟消云散。自己甚至感到还有一些小小的成就感。在此，我衷心地感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学朋友们。首先，非常感谢我的指导老师刘文明老师，他为人随和和热情，治学严谨细心。从选题，定题开始，一直到到最后论文的反复修改。刘老师始终负责的给予我深刻的指导。帮助我开拓研究思路，精心点拨，热忱鼓励，正是老师的许多帮助和热忱鼓励，我的论文才得以顺利完成，谢谢。参考文献1张明华，精益造船模式研究，中国经

29、济出版社，2008年10月2中国船舶工业经济研究中心，参考材料，2009年合订本，2011年1月3中国船舶工业集团公司，中国船舶报，2010年第89期，2010年12月4中国船舶工业集团公司，中国船舶报，2011年第65期，2011年9月5中国船舶工业集团公司，中国船舶设备网，2011年9月6中国船舶在线网，2013年4月7新华网 传播类新闻，2013年4月8国际海事组织（IMO）参考文献，2008年8月9宋良友尤德武，我国造船工艺创新发展30年.，2009年10汪国平，IMO涂层性能标准的要点说明与分析， 2007年11船舶设计实用手册M.北京：国防 工业 出版社.1998，（12）. 12华乃导主编.船体修造与工艺M.大连：大连海事大学出版社，2000，（5）.13陈可越主编.船舶设计实用手册S.北京:中国交通科技出版社,200714刘嵬辉,曾宝,程景彬,等.国内外铺管船概况J.油气储运,2007,26(6):11-15.15马小平主编，江苏科技大学，现代船舶制造技术基础 2004年 16中国船舶工业总公司编，造船生产设计 17顾敏童主编，上海交通大学，船舶设计原理，2007年附 录附录：1）国际海事组织（IMO）参考文献及其环保标准。2）新型环保机械设计图。（新型环保柴油机，新型绿色散货船）3）东方海外新造船绿色环保选材特质。