香港海宏船務(wù)有限公司 黃建山

隨著航運(yùn)市場(chǎng)的持續(xù)低迷，香港海宏有限公司主動(dòng)參與節(jié)能減排，其中一個(gè)重要舉措就是降低船舶航速，通過(guò)加裝主柴油機(jī)渦輪增壓器的切斷系統(tǒng)，使主機(jī)可以長(zhǎng)時(shí)間在超低速的情況下保持良好的工況。這樣不僅可以節(jié)省燃油消耗，降低碳排量，而且可以減少運(yùn)力，調(diào)整市場(chǎng)運(yùn)價(jià)，使停航船舶投入運(yùn)營(yíng)，避免利潤(rùn)損失。

一、最高盈利航速

最低耗油率航速即每千瓦時(shí)所耗的燃料最低，又被稱為經(jīng)濟(jì)航速，一般既定的柴油機(jī)在其85%負(fù)荷時(shí)最??；而最低燃油費(fèi)用航速即每海里燃油消耗量最低，對(duì)一定的航程其耗油最少，耗時(shí)最長(zhǎng)；最高盈利航速即在航運(yùn)期內(nèi)盈利最大的航速,要綜合考慮,船期、油價(jià)、市場(chǎng)狀況、租金等因素，船公司都期望可以以最低投入獲得最大的收益。在當(dāng)前運(yùn)力過(guò)剩的情況下，不管船舶運(yùn)營(yíng)與否，當(dāng)其固定成本無(wú)法降低時(shí)，就只能采用節(jié)省燃油費(fèi)用來(lái)降低航次成本以提高運(yùn)營(yíng)效益，這樣才可能使用最低燃油費(fèi)用航速。由于航運(yùn)市場(chǎng)運(yùn)力過(guò)剩，租金居低不上，船速越開(kāi)越慢，甚至不惜犧牲主推進(jìn)裝置的使用壽命而長(zhǎng)期使用超低速航行來(lái)達(dá)到盈利的目的。

二、增壓器切斷系統(tǒng)的意義

1.增壓器切斷系統(tǒng)( turbocharger cut-out system )

金融危機(jī)導(dǎo)致航運(yùn)業(yè)滑坡一直延續(xù)至今，市場(chǎng)前景不容樂(lè)觀，許多船公司采取停船或超低速航行措施，以減少船舶對(duì)海洋環(huán)境的污染和經(jīng)濟(jì)損失。

利用經(jīng)濟(jì)航速運(yùn)行，一般不需要增加投資，只要求有嚴(yán)格的科學(xué)管理和熟練的操作技術(shù)，就能獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效果。而長(zhǎng)期的降速航行，特別是超低速航行，由于主動(dòng)力裝置遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)工況，燃燒惡劣，不僅使油耗率增加，大氣污染增加，還會(huì)增加機(jī)損事故和維修保養(yǎng)次數(shù)。發(fā)動(dòng)機(jī)廠家、船公司、船員應(yīng)主動(dòng)從各個(gè)方面研究如何改善低負(fù)荷時(shí)的工作狀況,如每天2小時(shí)的加速，以便對(duì)鍋爐吹灰和增壓器的沖洗，縮短廢氣鍋爐的水洗時(shí)間,加強(qiáng)對(duì)主機(jī)掃氣道、活塞、缸套狀況的檢查,適當(dāng)調(diào)高缸套冷卻水溫度以減少低溫腐蝕,縮短吊缸周期等等。這些方法消耗公司大量財(cái)力、物力和人力，且無(wú)法從根本上解決問(wèn)題,收效甚微。縱觀超低速航行主機(jī)工作狀況,如何提高掃氣壓力是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

增壓器切斷系統(tǒng)就是具有雙增壓器的大型柴油機(jī),當(dāng)柴油機(jī)運(yùn)行在50%以下額度功率時(shí),封閉一臺(tái)增壓器工作,使另一臺(tái)增壓器工作在設(shè)計(jì)工況內(nèi),在同樣的柴油機(jī)負(fù)荷下,大大提高掃氣壓力,以改善柴油機(jī)燃燒環(huán)境、降低排煙溫度、減少單位功率的耗油量和NOx 的排放，達(dá)到節(jié)能減排的目的[1]。

2.安裝增壓器切斷系統(tǒng)

圖1 離心式壓氣機(jī)工作特性

如果沒(méi)有安裝該系統(tǒng)，當(dāng)?shù)拓?fù)荷運(yùn)行時(shí)，由于排氣進(jìn)入兩臺(tái)渦輪增壓器轉(zhuǎn)速太低，由離心式壓氣機(jī)工作特性可知,壓氣機(jī)效率就會(huì)很低。由于掃氣壓力低，需要啟動(dòng)輔助鼓風(fēng)機(jī)以增加掃氣壓力，這就必須像備車狀態(tài)一樣運(yùn)轉(zhuǎn)兩臺(tái)發(fā)電機(jī)給電網(wǎng)供電。由于掃氣壓力低，排氣量不足，廢棄鍋爐蒸汽量不足以供船舶運(yùn)行時(shí)日常需要，還應(yīng)啟用燃燒輔助鍋爐以補(bǔ)充。

圖1 中離心式壓氣機(jī)工作特性表示在不同轉(zhuǎn)速下，壓氣機(jī)的排出壓力，效率隨流量變化規(guī)律1、2、3、4 為等轉(zhuǎn)速特性曲線，轉(zhuǎn)速越高曲線就越高，D 為等效曲線，越靠近橢圓的里邊曲線效率越高，B 為壓氣機(jī)在各個(gè)轉(zhuǎn)速下的喘振線。

對(duì)于雙增壓器的主機(jī)安裝增壓器切斷系統(tǒng)，使主機(jī)在額定功率的50%以下運(yùn)行時(shí)，隔離一臺(tái)增壓器，排氣只供給一臺(tái)增壓器，排氣總管流通面積變小，渦輪前廢氣壓力增大，增壓器轉(zhuǎn)速大大提高。由離心式壓氣機(jī)工作特性可知，壓氣機(jī)效率會(huì)增大，使其運(yùn)行在接近設(shè)計(jì)工況發(fā)出最佳工作效率，提高掃氣壓力，增加掃氣效率，提高過(guò)量空氣系數(shù)，改善燃燒室的燃燒狀況。降低每千瓦時(shí)的耗油，在這種情況下排氣量充足，廢氣鍋爐產(chǎn)生的蒸汽量滿足船上的日常用汽，由于掃氣壓力的大幅度提高，輔助鼓風(fēng)機(jī)自動(dòng)停止工作，這樣相比之下，少了一臺(tái)發(fā)電機(jī)和輔助鍋爐的燃料消耗[2]。

3.使用增壓器切斷系統(tǒng)的管理

使用該系統(tǒng)時(shí)，主機(jī)必定是超低速運(yùn)轉(zhuǎn)，所以在閥門(mén)關(guān)閉前必須對(duì)主機(jī)進(jìn)行設(shè)定。負(fù)荷限制在50%以下，主機(jī)轉(zhuǎn)速也要限制，如最大轉(zhuǎn)速為79.3 r/min 一般限制在 60 r/min，這樣可以防止負(fù)荷變化或誤操作而引起增壓器超速。主機(jī)必須處于停車或DEADSLOW 的狀態(tài)下才可以進(jìn)行切換，以防止切換時(shí)對(duì)增壓器的沖擊。適當(dāng)提高缸套冷卻水溫度（2℃～3℃），調(diào)整掃氣溫度以防止低溫腐蝕。航行中第一天機(jī)艙需要有人值班，確保安全，以后視情況決定是否無(wú)人機(jī)艙，增壓器顆粒沖洗和鍋爐吹灰照常進(jìn)行。到港前一天切換到全速航行，這樣有利于對(duì)排氣系統(tǒng)的沖刷以防止煙灰的堆積、燃燒室積炭。到港停車后，如果有時(shí)間，應(yīng)對(duì)掃氣道進(jìn)行檢查，對(duì)活塞頭、活塞環(huán)、缸套和缸蓋等進(jìn)行檢查并拍照，將照片寄給公司以便監(jiān)控，加強(qiáng)對(duì)曲拐箱運(yùn)動(dòng)部件的檢查，有異常要及時(shí)報(bào)告公司機(jī)務(wù)，縮短空冷器、掃氣道清潔周期，縮短廢氣鍋爐的水洗周期。增壓器切斷系統(tǒng)如圖2 所示。

圖2 增壓器切斷系統(tǒng)實(shí)物圖

三、超低速航行實(shí)例

作為節(jié)能減排的倡導(dǎo)者和先行者，香港海宏有限公司的大部分VLCC 和 AFRAMAX 油輪都安裝了渦輪增壓器的切斷系統(tǒng)（ Turbocharger Cut-out System ）,并且具有完善的操作規(guī)程和管理體系，如圖3 為所示。

圖3 渦輪增壓器的切斷系統(tǒng)圖

公司根據(jù)租家的要求來(lái)決定使用全速、經(jīng)濟(jì)航速還是超低速。如果使用超低速航行，在離港定速前用dead slow 或stop 主機(jī)，然后關(guān)閉一臺(tái)渦輪機(jī)進(jìn)口閥和壓氣機(jī)出口閥，對(duì)主機(jī)進(jìn)行設(shè)定：a.負(fù)荷限制要低于50%，b.轉(zhuǎn)速限制，c.適當(dāng)調(diào)高缸套冷卻水（要比平時(shí)高2℃～3℃）。重新加速或啟動(dòng)之后，要多注意主機(jī)各個(gè)參數(shù)和增壓器的工作是否正常。平時(shí)要加強(qiáng)對(duì)主推進(jìn)裝置的監(jiān)控，加強(qiáng)增壓器的沖洗、鍋爐的吹灰。停航時(shí)要對(duì)掃氣箱進(jìn)行檢查（掃氣道、缸套、活塞環(huán)和活塞頭等），根據(jù)活塞和活塞環(huán)狀況來(lái)微調(diào)氣缸油等等。

實(shí)踐證明，在超低速航行時(shí)使用渦輪增壓器的切斷系統(tǒng)，主機(jī)的缸套、活塞環(huán)和活塞頭狀況比未安裝該系統(tǒng)時(shí)有了明顯的改善，大大降低機(jī)損事故發(fā)生和維修保養(yǎng)量，節(jié)省了由于長(zhǎng)期超低速航行而引起的物料備件的消耗。關(guān)于超低速航行的具體管理，此處不再詳述。

表1 船舶在全速、經(jīng)濟(jì)航速、超低速無(wú)Cut、超低速有Cut時(shí)各設(shè)備的耗油量

這里以筆者曾經(jīng)工作過(guò)的超大型油輪VLCC(30 萬(wàn)噸)從韓國(guó)的YOSU 到波斯灣的FUJIARAH，主機(jī)型號(hào)：DOOSANMAN-B&W 7S80MC6 以全速、經(jīng)濟(jì)航速、超低速無(wú)Cut-out System 和超低速有Cut-out System 所耗的燃料來(lái)闡述超低速節(jié)能減排的重要意義，見(jiàn)表1。

從表1 的數(shù)據(jù)中可以看出，同樣的航程，超低速航行可以省1/3 的耗油，而使用渦輪增壓器的切斷系統(tǒng)要節(jié)約更可觀的燃料，在航運(yùn)不景氣的時(shí)代就格外顯眼。

表1 的數(shù)據(jù)是從船舶實(shí)際運(yùn)營(yíng)中統(tǒng)計(jì)出來(lái)的。由于受到海況和季節(jié)的變化，各種耗油會(huì)隨之發(fā)生變化，如在寒冷區(qū)域超低速航行也需備鍋爐，所以上述表格數(shù)據(jù)僅供參考。

四、結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，全球正處于后金融危機(jī)時(shí)代，航運(yùn)市場(chǎng)尚未走出低谷，保護(hù)海洋環(huán)境、防止大氣污染任重而道遠(yuǎn)。節(jié)能減排是每個(gè)航運(yùn)公司的宗旨，也是每個(gè)有責(zé)任心的航海人不變的信念，船岸同仁只有同心同德，共同應(yīng)對(duì)金融危機(jī)和環(huán)境危機(jī)的挑戰(zhàn)，才能幫助公司走出困境，而超低速航行正是兩全其美的有效舉措。

[1]吳恒,夏治發(fā).輪機(jī)長(zhǎng)業(yè)務(wù)[M].大連海事大學(xué)出版社,2000:77-81.

[2]杜榮銘.船舶柴油機(jī)[M].大連大連海運(yùn)學(xué)院出版社,1992:148-152.