Ship Operation Technology: Reference Book and Guidebook
Year: 2022 Language: english Author: Manfred Pfaff Genre: Other Publisher: Springer ISBN: 3658327286 Format: PDF Quality: eBook Pages count: 571 Description: This technical book presents in a concise and concentrated form all the essential aspects of operating a ship. These include the basics of buoyancy and propulsion technology, ship safety, occupational safety and environmental protection on board as well as important auxiliary equipment. These aspects are explained in more detail using numerous examples. The book is intended for ship's engineers at university, on board and in shipping companies as well as for design engineers in the shipyard. This book is a translation of the original German 1st edition Schiffsbetriebstechnik by Manfred Pfaff, published by Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, part of Springer Nature in 2018. The translation was done with the help of artificial intelligence (machine translation by the service DeepL.com). A subsequent human revision was done primarily in terms of content, so that the book will read stylistically differently from a conventional translation. Springer Nature works continuously to further the development of tools for the production of books and on the related technologies to support the authors.
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Ship Operation Technology: Reference Book and Guidebook
Language: english
Author: Manfred Pfaff
Genre: Other
Publisher: Springer
ISBN: 3658327286
Format: PDF
Quality: eBook
Pages count: 571
Description: This technical book presents in a concise and concentrated form all the essential aspects of operating a ship. These include the basics of buoyancy and propulsion technology, ship safety, occupational safety and environmental protection on board as well as important auxiliary equipment. These aspects are explained in more detail using numerous examples. The book is intended for ship's engineers at university, on board and in shipping companies as well as for design engineers in the shipyard.
This book is a translation of the original German 1st edition Schiffsbetriebstechnik by Manfred Pfaff, published by Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, part of Springer Nature in 2018. The translation was done with the help of artificial intelligence (machine translation by the service DeepL.com). A subsequent human revision was done primarily in terms of content, so that the book will read stylistically differently from a conventional translation. Springer Nature works continuously to further the development of tools for the production of books and on the related technologies to support the authors.
Contents
1 Job Description of the Ship Operation Technician . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1Reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2 Rules and Regulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1 Hierarchy of Laws and Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 International Law Regulations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2.1 SOLAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2.2 MARPOL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.2.3 Collision Avoidance Rules. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.3 European Union regulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.4 German Laws and Regulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.5 Construction Regulations of the Classification Societies . . . . . . . . . . . . . . 11
2.6 Technical Standards. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3 Hulls, Cordage, Superstructures, Anchor Gear, Corrosion
Protection, and Deck Coverings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.1 Hull . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.1.1 Buoyancy and Stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.1.2 Important Designations and Principal Dimensions. . . . . . . . . . . . . 17
3.2 Superstructure, Deckhouse, Chimney. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.3 Nonintegrated Foundations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.3.1 Excursus on Vibrations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.4 Anchor Gear, Lines, and Cordage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.4.1 Anchor Gear. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.4.2 Design or Dimensioning of Anchor and Chain. . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.4.3 Line and Cordage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.4.4 Bollards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.5 Ladders, Stairs, Railing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.5.1 Ladders. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.5.2 Fixed Ladders. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.5.3 Stairs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.5.4 Railing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.6 Corrosion Protection and Deck Coverings/floors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.6.1 Corrosion Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.6.2 Deck Coverings/Floors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
4 Propulsion Systems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.2 Ship Resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.2.1 Economic Aspects of Shipping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.2.2 Examples From Nature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4.2.3 Fluid Mechanical Considerations on the Hull. . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.2.4 The Effect of Bulbous Bow on Tow Resistance. . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.2.5 Required Propulsion Power. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
4.2.6 Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
4.3 Power Generation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4.3.1 Internal Combustion Engines. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
4.3.2 Gas Engines. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
4.3.3 Turbines. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
4.3.4 Electric Propulsion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
4.3.5 Fuel Cell Propulsion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
4.3.6 Sail Propulsion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
4.4 Power Transmission. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
4.4.1 Direct Propulsion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
4.4.2 Propeller. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
4.4.3 Propulsion Shaft Assembly . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
4.4.4 Stern Tube Seal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
5 Ship Operating Systems/Auxiliary Systems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
5.1 Steering Gear. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
5.1.1 Size of the Rudder Area. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
5.1.2 Calculation of the Rudder Force and Rudder Moment . . . . . . . . . . 208
5.1.3 Kort Nozzle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
5.2 Stabilization Systems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
5.2.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
5.2.2 Bilge Keels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
5.2.3 Fin Stabilizers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
5.2.4 Roll Damping Tanks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
5.3 Heel Compensation and Ballast Water Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
5.4 Pumps, Pipelines, and Fittings. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
5.4.1 Pumps. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
5.4.2 Pipelines and Fittings. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
5.5 Heat Exchanger. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
5.5.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
5.5.2 Types of Heat Exchangers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
5.5.3 Construction of Heat Exchangers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
5.5.4 Characteristics of Heat Exchangers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
5.6 Refrigeration, Ventilation and Air-Conditioning Technology,
Heating Systems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
5.6.1 Refrigeration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
5.6.2 Ventilation and Air-Conditioning Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
5.6.3 Heating Systems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
5.7 Fresh and Drinking Water Production. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
5.7.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
5.7.2 Fresh Water Production by Evaporation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
5.7.3 Fresh Water Production by Reverse Osmosis . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
5.7.4 Treatment of Drinking Water. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
5.7.5 Drinking and Hot Water System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
5.7.6 Bunkering of Drinking Water. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
5.8 Transshipment Facilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
5.8.1 Board Cranes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
5.8.2 Handling of Bulk Cargo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
5.8.3 Vehicle Ramps on Ferries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
5.8.4 Tankers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317
5.8.5 RAS Device. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
5.8.6 Passenger Ships: Gangway/stelling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
6 Onboard Power Supply and Electrical Circuit Examples. . . . . . . . . . . . . . . . 331
6.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
6.2 Onboard Electricity Generation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
6.2.1 Generators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334
6.3 Shore-Side Power Supply . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
6.3.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
6.3.2 Technology of Shore-Side Power Supply . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
6.4 The Electrical System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
6.5 Electrical Circuit Examples. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
6.5.1 Switch-off. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
6.5.2 Alternating Circuit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
6.5.3 Motion Detector. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
6.6 Electronic Circuits. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
7 Occupational Safety and Ship Safety, Fire Protection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
7.1 Occupational Health and Safety, Safety at Work, and Ship Safety. . . . . . . 348
7.1.1 SOLAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351
7.2 Fire Protection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356
7.2.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356
7.2.2 Introduction to Fire Training. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357
7.2.3 Structural Fire Protection, Requirements for Components and
Materials. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363
7.2.4 Fire Detection and Alarm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
7.2.5 Firefighting Equipment and Installations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366
7.2.6 Firefighting by Firefighting Teams. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371
7.3 Safety Marking at the Workplace, Ship Safety Guidance System. . . . . . . . 376
7.3.1 Safety Marking at the Workplace. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376
7.3.2 Safety Guidance System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378
7.4 Bilge Pumping Systems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382
7.4.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382
7.4.2 Essential Requirements, Design Notes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382
7.5 Navigation Equipment, Light Guidance, Radio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384
7.5.1 Navigation Facilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384
7.5.2 Light Guidance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388
7.5.3 Radio Equipment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391
7.6 Survivability of Warships. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
8 Environmental Protection in Maritime Transport. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405
8.1 Maritime Environmental Legislation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405
8.2 Possible Environmental Damage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407
8.2.1 Contamination by Oil. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408
8.2.2 Pollution from Ship Sewage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408
8.2.3 Pollution by Ship-Generated Waste. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410
8.2.4 Air Pollution by Ship Exhaust Gases. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410
8.2.5 Carryover of Organisms by Ballast Water. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411
8.3 Technical Measures for Marine Environmental Protection. . . . . . . . . . . . . 412
8.3.1 Waste Management on Board . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412
8.3.2 Exhaust Emissions of the Propulsion and EDiEng Systems,
Liquefied Natural Gas (LNG) Propulsion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453
8.4 Wastewater Management. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460
8.4.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460
8.4.2 Discharge Regulations for Ship Sewage According
to MARPOL Annex IV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461
8.4.3 Wastewater on Board. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464
8.4.4 Wastewater Storage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464
8.4.5 Wastewater Treatment Plants. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467
8.4.6 Assessment of Existing Technologies with Regard to Their
Achievable Discharge Values. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477
8.5 Bilge Water Treatment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 478
8.5.1 Bilge Water Treatment Plants. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479
8.6 Ballast Water Treatment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489
8.6.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489
8.6.2 Ballast Water Exchange. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490
8.6.3 Ballast Water Treatment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494
Tables, Diagrams, and Overviews. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499
Index. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543
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