超低速航行與節(jié)能減排

香港海宏船務有限公司 黃建山

隨著航運市場的持續(xù)低迷，香港海宏有限公司主動參與節(jié)能減排，其中一個重要舉措就是降低船舶航速，通過加裝主柴油機渦輪增壓器的切斷系統(tǒng)，使主機可以長時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，而且可以減少運力，調(diào)整市場運價，使停航船舶投入運營，避免利潤損失。

一、最高盈利航速

最低耗油率航速即每千瓦時所耗的燃料最低，又被稱為經(jīng)濟航速，一般既定的柴油機在其85%負荷時最小；而最低燃油費用航速即每海里燃油消耗量最低，對一定的航程其耗油最少，耗時最長；最高盈利航速即在航運期內(nèi)盈利最大的航速,要綜合考慮,船期、油價、市場狀況、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。在當前運力過剩的情況下，不管船舶運營與否，當其固定成本無法降低時，就只能采用節(jié)省燃油費用來降低航次成本以提高運營效益，這樣才可能使用最低燃油費用航速。由于航運市場運力過剩，租金居低不上，船速越開越慢，甚至不惜犧牲主推進裝置的使用壽命而長期使用超低速航行來達到盈利的目的。

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 )

金融危機導致航運業(yè)滑坡一直延續(xù)至今，市場前景不容樂觀，許多船公司采取停船或超低速航行措施，以減少船舶對海洋環(huán)境的污染和經(jīng)濟損失。

利用經(jīng)濟航速運行，一般不需要增加投資，只要求有嚴格的科學管理和熟練的操作技術，就能獲得顯著的經(jīng)濟效果。而長期的降速航行，特別是超低速航行，由于主動力裝置遠離設計工況，燃燒惡劣，不僅使油耗率增加，大氣污染增加，還會增加機損事故和維修保養(yǎng)次數(shù)。發(fā)動機廠家、船公司、船員應主動從各個方面研究如何改善低負荷時的工作狀況,如每天2小時的加速，以便對鍋爐吹灰和增壓器的沖洗，縮短廢氣鍋爐的水洗時間,加強對主機掃氣道、活塞、缸套狀況的檢查,適當調(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力、物力和人力，且無法從根本上解決問題,收效甚微。縱觀超低速航行主機工作狀況,如何提高掃氣壓力是解決問題的關鍵。

增壓器切斷系統(tǒng)就是具有雙增壓器的大型柴油機,當柴油機運行在50%以下額度功率時,封閉一臺增壓器工作,使另一臺增壓器工作在設計工況內(nèi),在同樣的柴油機負荷下,大大提高掃氣壓力,以改善柴油機燃燒環(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 離心式壓氣機工作特性

如果沒有安裝該系統(tǒng)，當?shù)拓摵蛇\行時，由于排氣進入兩臺渦輪增壓器轉速太低，由離心式壓氣機工作特性可知,壓氣機效率就會很低。由于掃氣壓力低，需要啟動輔助鼓風機以增加掃氣壓力，這就必須像備車狀態(tài)一樣運轉兩臺發(fā)電機給電網(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行時日常需要，還應啟用燃燒輔助鍋爐以補充。

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

對于雙增壓器的主機安裝增壓器切斷系統(tǒng)，使主機在額定功率的50%以下運行時，隔離一臺增壓器，排氣只供給一臺增壓器，排氣總管流通面積變小，渦輪前廢氣壓力增大，增壓器轉速大大提高。由離心式壓氣機工作特性可知，壓氣機效率會增大，使其運行在接近設計工況發(fā)出最佳工作效率，提高掃氣壓力，增加掃氣效率，提高過量空氣系數(shù)，改善燃燒室的燃燒狀況。降低每千瓦時的耗油，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，輔助鼓風機自動停止工作，這樣相比之下，少了一臺發(fā)電機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，主機必定是超低速運轉，所以在閥門關閉前必須對主機進行設定。負荷限制在50%以下，主機轉速也要限制，如最大轉速為79.3 r/min 一般限制在 60 r/min，這樣可以防止負荷變化或誤操作而引起增壓器超速。主機必須處于停車或DEADSLOW 的狀態(tài)下才可以進行切換，以防止切換時對增壓器的沖擊。適當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。航行中第一天機艙需要有人值班，確保安全，以后視情況決定是否無人機艙，增壓器顆粒沖洗和鍋爐吹灰照常進行。到港前一天切換到全速航行，這樣有利于對排氣系統(tǒng)的沖刷以防止煙灰的堆積、燃燒室積炭。到港停車后，如果有時間，應對掃氣道進行檢查，對活塞頭、活塞環(huán)、缸套和缸蓋等進行檢查并拍照，將照片寄給公司以便監(jiān)控，加強對曲拐箱運動部件的檢查，有異常要及時報告公司機務，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)實物圖

三、超低速航行實例

作為節(jié)能減排的倡導者和先行者，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)租家的要求來決定使用全速、經(jīng)濟航速還是超低速。如果使用超低速航行，在離港定速前用dead slow 或stop 主機，然后關閉一臺渦輪機進口閥和壓氣機出口閥，對主機進行設定：a.負荷限制要低于50%，b.轉速限制，c.適當調(diào)高缸套冷卻水（要比平時高2℃～3℃）。重新加速或啟動之后，要多注意主機各個參數(shù)和增壓器的工作是否正常。平時要加強對主推進裝置的監(jiān)控，加強增壓器的沖洗、鍋爐的吹灰。停航時要對掃氣箱進行檢查（掃氣道、缸套、活塞環(huán)和活塞頭等），根據(jù)活塞和活塞環(huán)狀況來微調(diào)氣缸油等等。

實踐證明，在超低速航行時使用渦輪增壓器的切斷系統(tǒng)，主機的缸套、活塞環(huán)和活塞頭狀況比未安裝該系統(tǒng)時有了明顯的改善，大大降低機損事故發(fā)生和維修保養(yǎng)量，節(jié)省了由于長期超低速航行而引起的物料備件的消耗。關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)濟航速、超低速無Cut、超低速有Cut時各設備的耗油量

這里以筆者曾經(jīng)工作過的超大型油輪VLCC(30 萬噸)從韓國的YOSU 到波斯灣的FUJIARAH，主機型號：DOOSANMAN-B&W 7S80MC6 以全速、經(jīng)濟航速、超低速無Cut-out System 和超低速有Cut-out System 所耗的燃料來闡述超低速節(jié)能減排的重要意義，見表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，在航運不景氣的時代就格外顯眼。

表1 的數(shù)據(jù)是從船舶實際運營中統(tǒng)計出來的。由于受到海況和季節(jié)的變化，各種耗油會隨之發(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、結語

當前，全球正處于后金融危機時代，航運市場尚未走出低谷，保護海洋環(huán)境、防止大氣污染任重而道遠。節(jié)能減排是每個航運公司的宗旨，也是每個有責任心的航海人不變的信念，船岸同仁只有同心同德，共同應對金融危機和環(huán)境危機的挑戰(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).輪機長業(yè)務[M].大連海事大學出版社,2000:77-81.

[2]杜榮銘.船舶柴油機[M].大連大連海運學院出版社,1992:148-152.