湛港“消拖601”主機節(jié)油優(yōu)化方法

孫成琪 安連彤 鄭燕祥 卓永強

摘? ? 要：本文以湛港“消拖601”船為對象，對拖輪降速節(jié)油原理進行分析計算。結(jié)果表明：選擇合適的主機運轉(zhuǎn)速度，可以極大地節(jié)省拖輪的燃油消耗;另外，使用燃油添加劑，也可以在一定程度上節(jié)省燃油消耗量。

關(guān)鍵詞：拖輪;降速航行;燃油消耗;節(jié)油

中圖分類號：U674.32 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A

Optimization Method of Main Engine Fuel Saving for Zhanjiang Port Tug "Xiaotuo 601"

SUN Chengqi1， Qiu Qiqing1， Zheng Yanxiang2， Zhuo Yongqiang1

（ 1. Maritime College of Guangdong Ocean University， Zhanjiang 524088; 2. Zhanjiang Port Longteng Shipping Co.， Ltd.? Zhanjiang 524000 ）

Abstract：? In this paper， the principle of speed reduction and fuel saving is analyzed and calculated for Zhanjiang Port tug Xiaotuo601. The results show that the fuel consumption of the tug can be greatly saved by selecting the appropriate running speed of the main engine. In addition， optimizing the shipping time and using fuel additives can also save the total fuel consumption to a certain extent.

Key words： Tug; Slow down sailing; Fuel consumption; Fuel saving

1? ? 前言

船舶作為海上交通運輸工具，在現(xiàn)代貿(mào)易中起著重要作用。目前海上營運船舶主要采用柴油機作為主動力推進裝置，占比在95%以上。自上世紀(jì)70年代石油危機以來，石油變成世界各工業(yè)強國爭奪的目標(biāo)，隨著我國經(jīng)濟社會的發(fā)展，我國已變成了石油進口大國。為此，為了合理利用能源實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，必須進行節(jié)能減排。湛江港年吞吐量達到2億噸、最大泊位達到40萬噸，為了節(jié)省企業(yè)資金，對現(xiàn)有拖輪進行節(jié)油研究具有重要意義。

本文以湛港“消拖601”為例，研究如何通過合理的管理，在不影響正常生產(chǎn)的情況下降低拖輪的燃油費用，從而給企業(yè)創(chuàng)造更多利潤。

2? ? 湛港“消拖601”作業(yè)特性

湛港“消拖601”是湛江港集團船舶分公司最大馬力船舶，總長42.99 m，配備兩臺主機，總輸出功率為4412 kW。這艘新型全回轉(zhuǎn)拖輪取代兩艘甚至多艘傳統(tǒng)港作拖輪，可以避免多余拖輪的干擾，確保港口的安全生產(chǎn);同時作業(yè)效率得到極大提高，減少了燃料成本，提高了經(jīng)濟效益。

湛港“消拖601”有三大工作特點：工作效率高;輸出功率強;適合多種作業(yè)模式。

該拖輪主機輸出功率大、船舶長度小，在船頭位置固定有絞纜機，以保證拖輪在拖拽工作中有更好的穩(wěn)定性。

依據(jù)以上特點和優(yōu)點，“消拖601”成為港口最具實用價值的全回轉(zhuǎn)港作拖輪，其操作功能的多樣性能夠在港口執(zhí)行各樣類型的任務(wù)，其中包括：幫助大船靠、離港;在特殊海況下引導(dǎo)大船進出港口;接送引水員登離船舶;清理海上油污及危險障礙物;參與海上救援任務(wù)等。

3? ?影響主機油耗的因素分析

3.1? 派船時間對主輔機燃油消耗的影響

由于“消拖601”的工作面很寬、工作時間不固定、工作完成后需要安排拖輪在最近的港口停留靠泊等待分配任務(wù)、出去執(zhí)行一次任務(wù)再返回耗時約2小時。通過優(yōu)化調(diào)度管理，可減少船舶主機和輔機的空轉(zhuǎn)時間，達到節(jié)油的目的。

3.2 主機運轉(zhuǎn)速度對燃油消耗的影響

3.2.1 停車滑行節(jié)油

拖輪工作中加減速過于頻繁會引起燃油消耗增加，在幫助大型船舶離泊時，可以在距船舶200～300 m時調(diào)整好航向停機航行，緩慢靠近大型船舶，以最大化地提高燃油經(jīng)濟性。

3.2.2? 降低航速節(jié)油

主機推進功率與主機轉(zhuǎn)速的三次方成正比，降低主機轉(zhuǎn)速可以減少主機功率和燃油消耗量。目前湛港“消拖601”為全回轉(zhuǎn)式，功率大、拖力大、頂力大，采用經(jīng)濟航速是減少油耗的行之有效的途徑。

湛港“消拖601”主要設(shè)備型號：主機兩臺采用日本新瀉6L28AHX，每臺功率為2 206 kW、轉(zhuǎn)速800 r/min;舵機采用日本新瀉ZP-41CP;船長42.99 m、型寬11.00 m、吃水4.10 m、航速14.00 kn。

主機單位時間耗油量G按下式計算：

G = ge x Pe（kg）? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中：ge為主機耗油率（kg / kW·h）;

Pe為主機的功率（kW）。

（1）在最高航速航行時，主機轉(zhuǎn)速為800 r/min，兩臺主機總功率為4 412 kW，則主機單位時間耗油量為：

G = 0.205 x 4 412 = 904.5（kg/h）

（2）當(dāng)主機轉(zhuǎn)速降低百分之二十以640 r/min運轉(zhuǎn)時，主機功率Pe1也隨之下降為：

Pe1 = Pe2 （V2 / V1）3（kW）? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式中：Pe2為主機在800 r/min時的功率;

V1為主機800 r/min時的航速;

V2為主機640 r/min時的航速。

根據(jù)公式2，可得主機降低20%航速后的功率為：

（3）主機降低航速20%后，單位時間的耗油量為：

式中：ge'為主機轉(zhuǎn)速降低20%后的耗油率（kg/kW·h），取0.225 9（kg/kW·h）。

（4）主機轉(zhuǎn)速降低20%后，船舶的功率也發(fā)生變化，航速隨之降低，在航行距離相同時，航行時間提高約百分之三十。因此，拖輪采用降低航速方法，航行距離相同時燃油消耗降低率Δβ為：

（3）

式中：Δβ為主機燃油消耗降低率。

根據(jù)公式（3）可得：

Δβ= [ 904.5 t-（510.3x1.3%）t]/904.5 t = 26.6 %

表1列出了不同主機轉(zhuǎn)速下燃油消耗情況。由表1可知：湛港“消拖601”兩臺柴油機同時運轉(zhuǎn)在中轉(zhuǎn)速范圍605～685 r/min、航速在10～12 kn時，兩臺主機每海里耗油量為25.5～28.4 kg/nm，在這個轉(zhuǎn)速區(qū)間主機單位海里油耗是最低的，可以稱為經(jīng)濟航速區(qū)間。

3.3? 使用燃油添加劑節(jié)油

燃油添加劑可以促進柴油在汽缸內(nèi)燃燒，在達到節(jié)能的效果同時還可以實現(xiàn)減排。湛港“消拖601”在嘗試使用燃油添加劑后，燃油消耗下降了約1%，節(jié)油效果比較可觀，能達到節(jié)能減排的目的。

4? ?結(jié)論

本文通過對湛港“消拖601”燃油消耗控制方法進行分析，得出如下結(jié)論：

（1）優(yōu)化調(diào)度管理、合理安排派船時間、減少船舶機器設(shè)備空轉(zhuǎn)時間、降低拖輪無效能耗，是港口作業(yè)拖輪節(jié)省燃油消耗的主要途徑;

（2）對比分析湛港“消拖601”在不同主機轉(zhuǎn)速下的油耗情況，計算結(jié)果表明：主機轉(zhuǎn)速在605～685 r/min時，兩臺主機每海里總耗油量為25.5～28.4 kg/nm，這個轉(zhuǎn)速區(qū)間是湛港“消拖601”的經(jīng)濟航速區(qū)間;

（3）對主機使用燃油添加劑，可在一定程度上減少燃油的消耗。

本文對經(jīng)濟航速的研究是在假設(shè)無風(fēng)無浪的情況下，如果考慮海況和拖輪作業(yè)狀況變化的影響，經(jīng)濟航速區(qū)間也會發(fā)生相應(yīng)的變化，需要進一步建立不同海況和各種作業(yè)狀態(tài)下拖輪的工作模型，通過AVboost進行數(shù)值模擬得到更加全面的數(shù)據(jù)， （下轉(zhuǎn)第頁）（上接第頁）

并與船舶實際運行中測量的數(shù)據(jù)進行對比，以驗證模型的準(zhǔn)確性并對模擬進行修正，最后根據(jù)數(shù)值模擬的結(jié)果來給出不同海況下拖輪節(jié)油的運行工況。

參考文獻

[1] 趙富國，陳勇，胡緒昌，等.L23/30 船用柴油機節(jié)能減排技術(shù)研究[J].節(jié)能技術(shù)，2014，32（6）.

[2] 李國瑞.船用柴油機節(jié)能減排技術(shù)發(fā)展思路[J].船舶與海洋工程，2008（3）.

[3] 廖傳華，史勇春.燃燒過程與設(shè)備[M]. 中國石化出版社，2008.

[4] 岳國良，李楠.柴油機節(jié)能減排技術(shù)研究發(fā)展趨勢[J].交通節(jié)能?與環(huán)保，2009（4）.

[5]王琦.船舶柴油機節(jié)能減排技術(shù)探討[J].科技風(fēng)，2017（11）.

[6]譚親明，胡以懷，張旭升，等.現(xiàn)代船舶柴油機節(jié)能減排技術(shù)研究[J].?環(huán)境工程，2015，33（7）.