基于雙線性差值法的船舶燃油加裝精確計(jì)算方法

薛海龍,王小海

(南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇 南通 226010)

0 引 言

為了確保船舶保持整個(gè)航次內(nèi)的適航能力,船舶航行時(shí)必須攜帶足夠航程需要的燃油。燃油的消耗量與船舶運(yùn)營經(jīng)濟(jì)性直接有關(guān)。特別是近年來,受全球性經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響,國際運(yùn)價(jià)長期處于低迷狀態(tài),造成國內(nèi)大部分航運(yùn)企業(yè)的盈利能力下降,而國際油價(jià)卻保持高位運(yùn)行,船舶燃料油的消耗已在船舶營運(yùn)成本中占到50%以上。有效地控制好燃油費(fèi)用對(duì)船舶的經(jīng)濟(jì)性將產(chǎn)生重大影響,也是降低船舶運(yùn)輸成本的一個(gè)有效途徑。船東及租船人對(duì)船舶燃料費(fèi)用的控制也越來越重視。要有效控制船舶燃油費(fèi)用,除了通過采取有效措施提高船舶動(dòng)力裝置的經(jīng)濟(jì)性、加強(qiáng)燃油使用管理、避免浪費(fèi)、提高效率等途徑外,我們還應(yīng)高度重視、切實(shí)加強(qiáng)對(duì)船舶燃油加裝工作的管理,以確保船舶加裝燃油的質(zhì)量和數(shù)量[1]。由于船舶所處環(huán)境及狀態(tài)的特殊性,船舶在加裝燃油期間內(nèi),其縱、橫吃水差有可能會(huì)發(fā)生變化,這給燃油的精確測量帶來很大的麻煩。筆者根據(jù)在船上工作時(shí)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn),對(duì)如何保證精確的測量船舶燃油加裝時(shí)的數(shù)量展開探討。

1 保證船舶燃油加裝精確測量的前提

要保證能夠準(zhǔn)確測量燃油加裝數(shù)量,必須考慮到加油時(shí)的溫度和船舶的吃水差。

1.1 船舶燃油加裝時(shí)的溫度修正

由于現(xiàn)在主流的船舶燃料油品質(zhì)較差,燃油粘度均在380cst左右,某些渣油甚至達(dá)到700cst。因此,船舶燃油在常溫下流動(dòng)性較差,甚至不具備流動(dòng)性。為了保證燃油的順利加裝,供油方往往將燃油加熱后再連接管路進(jìn)行輸送。而船舶燃油儲(chǔ)油柜的蒸汽加熱裝置也會(huì)對(duì)加入的燃油進(jìn)行保溫。由于燃油的物理特性,其體積會(huì)因溫度的升高而變大。因此,在加裝燃料油進(jìn)行測量時(shí),必須考慮到溫度變化而引起的測量結(jié)果的變化。

大部分的供油商,在燃油加裝確認(rèn)單上提供的燃油溫度往往是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的數(shù)據(jù),常見的為15℃～20℃。但供油測量時(shí)的實(shí)際溫度往往要高出這個(gè)溫度,體積的增大將造成實(shí)際加油數(shù)量的減少。因此我們必須使用密度修正表來修正因溫度變化所造成的影響。密度修正值如表1所示[2]。

表1 燃油的密度修正系數(shù)

燃油密度隨溫度變化的修正公式：

式中,ρ15為燃油在15℃時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)密度。

由式 (1)可以看出,溫度越高則受油方的損失越多。所以,加油收據(jù)上應(yīng)簽寫的是在加油溫度為多少℃下加裝燃油體積,而不是收到多少噸燃油。輪機(jī)長更應(yīng)注意實(shí)際的加油溫度并在最后計(jì)算時(shí)加以修正,以確保加油數(shù)量,保證公司利益。

1.2 船舶燃油加裝時(shí)的吃水差修正

由于船舶單次加油數(shù)量動(dòng)輒數(shù)百上千噸,船舶燃料儲(chǔ)存艙的橫截面積較大,因此,哪怕是一個(gè)微小的船舶吃水角度變化,也會(huì)造成結(jié)果相差較多[3]。要做到精確測量燃油加裝數(shù)量,就必須獲得準(zhǔn)確的加油開始以及加油結(jié)束時(shí)的船舶吃水狀況,包括船舶的橫傾角度和縱傾吃水差。上述兩項(xiàng)數(shù)值的獲得需得到駕駛臺(tái)的支持,并且應(yīng)該多次測量或多處測量,求取平均值以獲得準(zhǔn)確的吃水差修正數(shù)值。

2 正確使用船舶攜帶的艙容表

由于船舶艙容大小不同,艙容表的形式也不盡相同。同一條船舶不同的油艙,艙容表的精確程度也可能會(huì)不同。艙容表常見形式為反映橫傾修正的艙容表和反映縱傾修正的艙容表兩種,如表2和表3所示。

艙容表的表頭一般有艙柜的名稱、位置、盛放的液體類型等。在使用艙容表時(shí),一定要注意船舶吃水修正值 (CORRECTION TABLE FOR HEEL)的單位 (mm),以及是左舷吃水PROT HEEL還是右舷吃水STARBOARD HEEL。確定好之后,根據(jù)測量值SOUNDING,獲得一個(gè)修正值,然后將修正后的測量值,對(duì)照縱傾艙容修正表,獲取實(shí)際的艙內(nèi)容量。特別要注意的是,艙容表中往往在最右面一欄給出頂高值 (ULLAGE),目的是為了方便測量者使用現(xiàn)行最常用的空高測量法時(shí)使用。

表2 某輪橫傾修正表

表3 某輪縱傾修正表

3 基于雙線性插值法的加油數(shù)量計(jì)算方法

船舶實(shí)際的狀態(tài)比較復(fù)雜,往往是橫傾與縱傾同時(shí)存在,造成油位液面不規(guī)則[4-5]。為了便于分析,我們將這種不規(guī)則的液面分解為船舶橫傾 (方向)造成的液面角以及船舶縱傾 (方向)造成的液面角兩個(gè)方向[6],從而運(yùn)用雙線性插值法。在數(shù)學(xué)上,雙線性插值法是有兩個(gè)變量的插值函數(shù)的線性插值擴(kuò)展,其核心思想是在兩個(gè)方向分別進(jìn)行一次線性插值[7]。這種插值方法并不是線性的,而是兩個(gè)線性函數(shù)的乘積。線性插值的結(jié)果與插值的順序無關(guān)。所以,我們優(yōu)先考慮橫傾或縱傾結(jié)果都會(huì)相同。根據(jù)本艙容表組合情況,須先考慮橫傾。

圖1 船舶油艙液面受橫、縱傾影響分解示意圖

如圖所示,當(dāng)船舶處于絕對(duì)平衡狀態(tài)時(shí),液面位置為F。當(dāng)出現(xiàn)橫傾時(shí),假定液面相對(duì)于液面F出現(xiàn)了一個(gè)角度平面角α,形成液面f1;在液面f1的基礎(chǔ)上如果出現(xiàn)了縱傾,則導(dǎo)致液面f1又在船舶首尾方向出現(xiàn)了一個(gè)液面角 β,形成液面f2。

實(shí)際測量時(shí)所得到的數(shù)值往往不能從艙容表上直接讀取。假設(shè)我們測得的數(shù)值X,而在艙容橫傾修正表格中我們能夠獲得的兩個(gè)相近的艙深值為x1和x2,對(duì)應(yīng)的修正值為f(x1)和f(x2),則我們需用差值法去求取測得值所對(duì)應(yīng)的修正值 f(x)大?。?/p>

得：

令：f(x)=Δ x

設(shè)修正后的數(shù)值y,則：

根據(jù)獲得的修正后數(shù)值,從船舶縱傾艙容修正表中查詢實(shí)際艙容。但往往修正后數(shù)值無法直接從艙容表中找到,因此需要再次在縱傾方向進(jìn)行插值法計(jì)算：

設(shè)與y緊鄰的兩個(gè)數(shù)值為y1和y2,其對(duì)應(yīng)的艙容量為f(y1)和f(y2),則可計(jì)算：

得到準(zhǔn)確的油艙容量為：

令V=F(y)

將式 (3)與 (4)代入則得：

式中：V為計(jì)算得到的燃油加油體積值;x為測量值;x1、x2均為橫傾表中緊鄰x的兩個(gè)表值;f(x1)、f(x2)為x1,x2表值所對(duì)應(yīng)的修正值;y1、y2為縱傾修正表中緊鄰修正后數(shù)值的兩個(gè)表值;f(y1)、f(y2)為y1,y2所對(duì)應(yīng)的艙容值。

根據(jù)質(zhì)量密度公式：

代入式 (1)得,

式中：T為加油總噸數(shù);t為燃油加裝操作時(shí),實(shí)際的燃油溫度;ρ15為燃油在15℃時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)密度。

4 結(jié) 語

船舶燃料的消耗十分巨大,單次加油數(shù)量也較多。隨著燃油價(jià)格的上漲,船舶管理公司正從燃油管理的各個(gè)方面來減少燃油的消耗[8]。從源頭上說,加油時(shí)能夠保證足夠數(shù)量的燃油加進(jìn)油艙。目前,有部分船舶加油時(shí),主管輪機(jī)員往往是根據(jù)油艙的測量值在艙容表上取一個(gè)相近的值,做近似估算。但這種估算往往會(huì)向?qū)κ苡头讲焕姆较蚱?。因?希望本文能夠?qū)V大船員,特別是主管加油的輪機(jī)員提供一些啟示。本著公平、科學(xué)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度,對(duì)燃油加裝的數(shù)量實(shí)現(xiàn)精確的計(jì)算,保證船公司方面的利益不受損害。

[1]袁成崗,王彬.加強(qiáng)船舶燃油加裝管理的關(guān)鍵措施分析[J].南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2010,9(1)：69-71.

[2]詹玉龍,張興芝.輪機(jī)長業(yè)務(wù)[M].北京：人民交通出版社,2007.

[3]李靜,王妮妮.海洋運(yùn)輸船舶燃油消耗航次定額計(jì)算方法研究[J].中國水運(yùn)：下半月,2011,11(1)：15-17.

[4]項(xiàng)勇.船舶艙艙容測量與修正研究[D].武漢：武漢理工大學(xué),2006.

[5]項(xiàng)勇,胡勇.船舶液貨艙艙容計(jì)量與修正[J].船海工程,2011,40(2)：40-44.

[6]寇剛.艙容計(jì)算中的插值誤差分析[J].船舶設(shè)計(jì)通訊,2005,(1)：86-88.

[7]肖步橋.一種簡便易行的計(jì)算艙容的方法[J].中國修船,2001,(3)：30-32.

[8]劉天蕓.航運(yùn)企業(yè)船舶燃油成本管理[J].世界海運(yùn),2006,29(6)：36-37.