船用柴油機(jī)汽缸潤(rùn)滑管理策略

楊永東

船用柴油機(jī)汽缸潤(rùn)滑管理策略

楊永東

對(duì)船公司來(lái)說(shuō)，如何在保證安全的前提下盡量降低汽缸油的消耗量，是其追求的目標(biāo)；而對(duì)機(jī)務(wù)部門或船上輪機(jī)人員來(lái)說(shuō)，如何在滿足公司節(jié)能要求的同時(shí)保證主機(jī)運(yùn)行安全，則是其關(guān)注的核心問(wèn)題。這兩者看似相互矛盾。實(shí)踐中有的公司會(huì)選擇長(zhǎng)期保持較高的汽缸注油率，盡量減少備件維修成本，確保安全。而公司會(huì)要求船舶在一定時(shí)間里盡量降低汽缸油的消耗量，減少船舶運(yùn)營(yíng)成本，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)缸套磨損率超過(guò)所謂“正常值”的現(xiàn)象。就如何綜合考慮汽缸套磨損率和汽缸油成本，平衡兩者之間的關(guān)系，選擇最適合本公司運(yùn)營(yíng)目標(biāo)的策略，進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

船用柴油機(jī)；汽缸潤(rùn)滑；缸套磨損率；注油率

良好的汽缸潤(rùn)滑對(duì)保證船舶主機(jī)安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行至關(guān)重要。汽缸潤(rùn)滑油的作用主要包括兩個(gè)方面：一是在活塞缸套與運(yùn)動(dòng)部件間形成油膜，減少運(yùn)動(dòng)部件的磨損；二是中和汽缸壁上因燃油燃燒形成的酸性物質(zhì)，減少酸性腐蝕。

船舶主機(jī)汽缸潤(rùn)滑油消耗在船舶運(yùn)營(yíng)成本中占可管理成本較大比例（見(jiàn)圖1），因此，船公司一般都十分重視汽缸油的管理，汽缸潤(rùn)滑是公司機(jī)務(wù)、船舶輪機(jī)長(zhǎng)日常管理工作中的重點(diǎn)。筆者在工作中接觸到的部分輪機(jī)人員認(rèn)為船用柴油機(jī)缸套磨損率越低越好，因?yàn)檫@樣可以延長(zhǎng)缸套使用壽命，節(jié)省備件成本，確保不出現(xiàn)異常磨損或拉缸現(xiàn)象，但這樣往往會(huì)增加汽缸油的消耗量，使船舶運(yùn)營(yíng)成本增加。

追求利潤(rùn)最大化是商業(yè)公司的最終追求。對(duì)船公司來(lái)說(shuō)，如何在保證安全的前提下盡量降低汽缸油的消耗量，是其追求的目標(biāo)；而對(duì)機(jī)務(wù)部門或船上輪機(jī)人員來(lái)說(shuō)，如何在滿足公司節(jié)能要求的同時(shí)保證主機(jī)運(yùn)行安全，則是其關(guān)注的核心問(wèn)題。這兩者看似相互矛盾。實(shí)踐中有的公司會(huì)選擇長(zhǎng)期保持較高的汽缸注油率，盡量減少備件維修成本，確保采樣機(jī)型：12K98ME-C，功率：68 430 kW安全。而一些以資本運(yùn)作為主的公司則恰恰相反，這類公司會(huì)要求船舶在一定時(shí)間里（第一次特檢之前）盡量降低汽缸油的消耗量，減少船舶運(yùn)營(yíng)成本，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)缸套磨損率超過(guò)所謂“正常值”的現(xiàn)象。

圖1 某船舶運(yùn)營(yíng)成本分配

鑒于以上，本文就如何綜合考慮汽缸套磨損率和汽缸油成本，平衡兩者之間的關(guān)系，選擇最適合本公司運(yùn)營(yíng)目標(biāo)的策略，進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

一、主機(jī)缸套期望使用壽命和磨損率之間的關(guān)系

MAN B&W 低速二沖程柴油機(jī)缸套的磨損極限在2%～4%的缸套直徑范圍內(nèi)。圖2～圖4是MAN B&W MC 機(jī)型到ME 機(jī)型的各種不同缸徑的期望使用壽命極限。根據(jù)磨損極限和期望使用壽命極限可以算出在缸套期望使用壽命極限范圍內(nèi)缸套的磨損率應(yīng)該控制在什么范圍，見(jiàn)表1～表3。

圖2 MC/MC-C主機(jī)建議檢修周期和缸套期望壽命

圖3 ME/ME-C主機(jī)建議檢修周期和缸套期望壽命

圖4 ME-B主機(jī)建議檢修周期和缸套期望壽命

表1 MC/MC-C主機(jī)對(duì)應(yīng)缸套期望使用壽命的磨損率

表2 ME/ME-C 主機(jī)對(duì)應(yīng)缸套期望使用壽命的磨損率

表3 ME-B主機(jī)對(duì)應(yīng)缸套期望使用壽命的磨損率

二、主機(jī)缸套磨損率和汽缸油注油率之間的關(guān)系

通過(guò)上述圖表可以看出，要維持缸套的推薦使用壽命，實(shí)際的缸套磨損率要保持在一個(gè)相當(dāng)?shù)偷姆秶?。而維持缸套低磨損率最主要的因素是汽缸油的注油率（這里假設(shè)沒(méi)有其他干擾因素，比如燃燒狀況、燃油質(zhì)量、掃氣質(zhì)量等）。根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，在滿足汽缸油潤(rùn)滑、中合酸性的前提下，缸套磨損率和汽缸油注油率有以下關(guān)系（基于燃燒室其他部件工況良好的情況下），見(jiàn)圖5。

圖5 缸套磨損率和汽缸油注油率的函數(shù)關(guān)系

根據(jù)圖5試驗(yàn)數(shù)據(jù)，要達(dá)到0.02～0.05 mm/kh的缸套磨損率，汽缸油的注油率需要調(diào)整在1.2～0.8 g/kWh。為便于計(jì)算，假設(shè)汽缸油注油率為1.2 g/kWh時(shí)，缸套對(duì)應(yīng)的磨損率為0.02 mm/kh；汽缸油注油率為0.8 g/kWh時(shí)，缸套對(duì)應(yīng)的磨損率為0.05 mm/kh。

基于上述策略的單缸運(yùn)營(yíng)成本（Cost1）用下列等式表述：

Cost1=實(shí)際汽缸注油率×缸套期望壽命×主機(jī)實(shí)際功率×汽缸油價(jià)格 （1）

三、不同管理策略下的汽缸油注油率

以主機(jī)單缸功率為5 000 kW、2 500 kW和800 kW代表大、中和小缸徑主機(jī)的典型功率為研究對(duì)象，分別采用最長(zhǎng)缸套使用壽命策略和最低汽缸油注油率策略來(lái)運(yùn)營(yíng)，在綜合考慮所產(chǎn)生的總成本之后進(jìn)行擇優(yōu)選擇。

根據(jù)表1、表2和表3，采用最長(zhǎng)缸套使用壽命策略時(shí)，三種不同機(jī)型的期望缸套磨損率要控制在0.02 mm/kh、0.04 mm/kh和0.05 mm/kh才能達(dá)到其期望的缸套使用壽命，再根據(jù)缸套磨損率和汽缸油注油率的函數(shù)關(guān)系圖估算出對(duì)應(yīng)的汽缸油注油率，如表4所示。

由于采用最長(zhǎng)缸套使用壽命策略，因此在整個(gè)缸套壽命周期里不會(huì)出現(xiàn)缸套備件成本，所以表中“所需缸套備件”都為0。

采用最低汽缸油注油率策略時(shí)，實(shí)際注油率為0.6 g/kWh，根據(jù)缸套磨損率和汽缸油注油率的函數(shù)關(guān)系圖估算出缸套的實(shí)際磨損率，再根據(jù)缸套的使用極限壽命可以算出缸套的實(shí)際使用壽命，見(jiàn)表5。

表4 采用最長(zhǎng)缸套使用壽命策略對(duì)應(yīng)的汽缸油注油率

表5 采用最低汽缸油注油率策略對(duì)應(yīng)的實(shí)際缸套壽命和備件

從表5 可以看出，對(duì)于單缸功率為5 000 kW、2 500 kW和800 kW的采樣機(jī)型，采用最低汽缸油注油率策略，缸套的壽命會(huì)相應(yīng)縮短，各自需要0.60、0.75和1個(gè)額外的缸套備件和活塞環(huán)備件，同時(shí)增加的費(fèi)用還包括更換這些備件的人工費(fèi)。

基于最低汽缸油注油率策略下的成本（Cost2）等式如下：

Cost2=最低汽缸油注油率×缸套期望壽命×主機(jī)實(shí)際功率×汽缸油價(jià)格 +缸套備件+活塞環(huán)備件+人工費(fèi)用 （2）

為了比較兩種策略的優(yōu)劣，用式（1）減去式（2），用OBJ表示：

=實(shí)際汽缸注油率×缸套期望壽命×主機(jī)實(shí)際功率×汽缸油價(jià)格 -（最低汽缸注油率×缸套期望壽命×主機(jī)實(shí)際功率×汽缸油價(jià)格 +缸套備件+活塞環(huán)備件+其他相關(guān)費(fèi)用）

=（實(shí)際汽缸油注油率-最低汽缸油注油率）×缸套期望壽命×主機(jī)實(shí)際功率×汽缸油價(jià)格 -（缸套備件+活塞環(huán)備件+人工費(fèi)用）

四、結(jié)論

上述式（4）和式（5）僅僅是根據(jù)說(shuō)明書和服務(wù)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算出來(lái)的理論數(shù)值，大型主機(jī)在一個(gè)缸套壽命周期（80 000小時(shí)）內(nèi)如果采用最低汽缸油注油率策略，節(jié)省的汽缸油成本大約為130 000美元，這些成本完全可以彌補(bǔ)由于汽缸油降低而產(chǎn)生的多余備件維修費(fèi)用，即使是小缸徑主機(jī)，在一個(gè)缸套使用周期，采用最低汽缸油注油率策略節(jié)省的成本也是不菲的。

根據(jù)以往服務(wù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)大型集裝箱船、VLCC等大功率主機(jī)，比較適合采用降低汽缸油注油率、提高缸套磨損率的做法來(lái)達(dá)到最大的經(jīng)濟(jì)效益。圖6便是某希臘船東在一條VLCC主機(jī)6S90MC-C采取降低汽缸油注油率策略來(lái)進(jìn)行管理的實(shí)際數(shù)據(jù)。從圖中可以看出，盡管注油率已經(jīng)降到了接近最低值，但是所有缸套的磨損率都保持在0.05 mm/kh之下。這樣既能節(jié)省汽缸油成本費(fèi)用，也可以保證缸套備件費(fèi)用在很低的范圍，船東并沒(méi)有選擇保持較高的汽缸油注油率將缸套的磨損率保持在0.02 mm/kh以內(nèi)。這是在超大型集裝箱船或VLCC上非常常見(jiàn)的一種節(jié)省成本的做法。此時(shí)，船公司的管理思路就不是像教材或者傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為的汽缸油注油率越大越好或缸套磨損率越小越好。

最后，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中還需要考慮主機(jī)的實(shí)際汽缸油消耗量會(huì)比理論計(jì)算值高，一般認(rèn)為只要不超過(guò)10% 即為正?？山邮芊秶Ｍ瑫r(shí)，這兩個(gè)策略并不是相互矛盾的，不同的出發(fā)點(diǎn)就會(huì)有不同的行為伴隨。在機(jī)務(wù)管理實(shí)踐中，相關(guān)負(fù)責(zé)人需要根據(jù)公司的經(jīng)營(yíng)方針來(lái)調(diào)整，選擇最適合自己的方式來(lái)平衡汽缸油和缸套配件費(fèi)用。

圖6 某VLCC降低汽缸油注油率后的缸套磨損實(shí)際數(shù)據(jù)

楊永東，MAN Diesel & Turbo Singapore服務(wù)工程師。

10.16176/j.cnki.21-1284.2017.04.004