LNG燃料港作拖輪的主機(jī)能耗影響因素分析

羅文忠，李 萌，牛志剛

(中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司 天津300452)

1 研究背景

海洋石油525/526船是中國首制純LNG 燃料動力海船，應(yīng)用純LNG 發(fā)動機(jī)，船舶動態(tài)響應(yīng)特性好，燃燒效率高，節(jié)能減排效果好，拖輪全生命周期經(jīng)濟(jì)性高，為何證安全型機(jī)艙，機(jī)器處所機(jī)艙的布置使其在任何情況下，均處于氣體安全狀態(tài)[1-4]。兩船同批次建造，且設(shè)計完全相同，如圖1所示。

圖1海洋石油525/526示圖Fig.1 Pictures of HYSY 525/526 tugs

兩港作拖輪均在惠州港作業(yè)，兼顧粵東港LNG運輸船的協(xié)助靠泊任務(wù)，基本每月往返惠州—粵東港2～3次，兩港相距105 n mile，海上航行往返約17 h。2018年底從兩船惠州—粵東LNG 終端航行期間的能耗數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，在同等情況下海洋石油525船燃料消耗量遠(yuǎn)高于海洋石油526船(表1)。

兩艘船為姊妹船，船型、吃水、噸位、推進(jìn)功率完全一樣，航行距離、航段、作業(yè)工況也一樣，正常情況下，兩艘船的耗氣量應(yīng)該是接近的，為此有必要開展能耗影響因素分析，查找能耗差異的原因。

表1海洋石油525/526LNG燃料港作拖輪單航次LNG消耗量對比Tab.1 Comparison of LNG consumption for single voyage of HYSY 525/526 LNG fueled tugs

2 LNG消耗量上升因素分析

通過分析發(fā)現(xiàn)，在相同海域、相同海況、相同航速情況下，海洋石油525船的主機(jī)使用功率比海洋石油526船主機(jī)使用功率高。結(jié)合船舶生產(chǎn)實際情況，圍繞主機(jī)功率高這一癥結(jié)進(jìn)行分析，通過多維度的層層分析，同時剔除不可抗力原因，確定了壓載過多、螺旋槳破損、船舶污底、航行操控模式不合理這4項可能是造成主機(jī)功率過高的因素[5-6]，并進(jìn)一步對這4項因素進(jìn)行分析排查，最終確定造成船舶航行燃料消耗量高的主要原因。

2.1 船舶壓載過多

港作拖輪與貨船不同，由于港作拖輪的主尺度較小，在實際作業(yè)中常處于半壓載狀態(tài)，通過首尖艙和尾尖艙調(diào)整船舶浮態(tài)，用于調(diào)載的壓載水較少，對主機(jī)功率造成的影響微乎其微。

為進(jìn)一步驗證，查閱輪機(jī)日志歷史數(shù)據(jù)，將2018年3次常態(tài)下和壓載調(diào)整狀態(tài)主機(jī)功率數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，主機(jī)功率變化極小，且在正常值范圍內(nèi)波動，確認(rèn)船舶壓載對于主機(jī)功率的影響很小(表2)。因此，壓載過多不是影響燃料消耗過高的主要因素。

表2 海洋石油525船常態(tài)/壓載調(diào)整情況下主機(jī)功率百分比Tab.2 Power percentage of main engine under normal / ballast adjustment of HYSY 525

2.2 螺旋槳破損

經(jīng)咨詢船長和輪機(jī)長，在船舶作業(yè)中和航行中，螺旋槳均無纏繞和打到水中異物的事件發(fā)生，主機(jī)排溫、轉(zhuǎn)速各工況均正常，船舶無異常抖動現(xiàn)象。同時，在日常的維護(hù)保養(yǎng)和檢查中，并未發(fā)現(xiàn)螺旋槳破損的情況出現(xiàn)，排除螺旋槳破損的因素存在(圖2)。

圖2 海洋石油525船螺旋槳狀態(tài) Fig.2 Propeller state of HYSY 525

2.3 航行操控模式不合理

港作拖輪有“聯(lián)合操縱”和“定速”2種航行操控模式?！奥?lián)合操縱”模式為主機(jī)轉(zhuǎn)速和螺距同時變化的操縱模式，燃料消耗較高。港內(nèi)復(fù)雜航道、需頻繁操作時用“聯(lián)合操縱”模式。“定速”模式是將主機(jī)轉(zhuǎn)速保持設(shè)定值，通過調(diào)整螺距控制船舶狀態(tài)的操縱模式，在港外拖帶或長航時用“定速”模式。查閱設(shè)備說明書，定速模式是最節(jié)能的一種航行操縱方式。

通過查閱輪機(jī)日志并咨詢值班駕駛員，確認(rèn)每次出海往返惠州和粵東航行采用的操作方式都是最節(jié)能的“定速”模式，無使用“聯(lián)合操縱”模式的現(xiàn)象。基本排除操控模式不合理的因素存在。

2.4 船舶污底

水線下船體表面，特別是船底，會生長海藻、貝類等，致使船體水下部分和船底表面臟污和粗糙，這種現(xiàn)象稱為污底。船舶污底將會增加船舶的航行阻力，同樣船速下將增加主機(jī)負(fù)荷，燃料消耗增加。港作拖輪長期在固定港口作業(yè)，固定的水文環(huán)境比較適合海生物的生長，特別是南方的港口，一年四季的海水溫度都適合海生物生長。

公司安排潛水員進(jìn)行了船體水下拍照，由照片可以明顯看到船底臟污嚴(yán)重，滋長吸附較多海生物和雜物，生長的貝類海生物最厚可達(dá)20 mm，海藻類海生物長度達(dá)150 mm(圖3)，理論上會增加航行阻力而造成主機(jī)功率增加。

調(diào)取2017年9月船舶塢修后以及2019年年初船底海生物較多時，船舶由惠州港至粵東往返數(shù)航次相似航行狀態(tài)的主機(jī)功率進(jìn)行對比(表3)。

通過數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，船舶塢修剛結(jié)束時主機(jī)功率較小，船底海生物較多時，船行阻力增大造成主機(jī)功率增大明顯，因此船舶污底是影響燃料消耗過大的主要因素。

圖3海洋石油525船底臟污狀態(tài) Fig.3 Fouling status of bottom of HYSY 525

表3海洋石油525船相似航行狀態(tài)的主機(jī)功率Tab.3 Main engine power of HYSY 525 under similar navigation conditions

3 船舶清底作業(yè)

3.1 船舶清底方案

針對船舶作業(yè)的實際情況，公司決定對船舶污底以及螺旋槳進(jìn)行清洗，降低船體阻力，從而降低主機(jī)負(fù)荷及燃料消耗率。對于塢修與不停航去污清潔處理進(jìn)行方案對比，如表4所示。

考慮到海洋石油525船一般兩年半進(jìn)行一次塢修，因此選擇不停航方案，采用高壓除污設(shè)備對水下船體、海底門、螺旋槳等重要部位的海生物進(jìn)行清理。

3.2 清底后船舶狀態(tài)

船舶清底作業(yè)后，經(jīng)過2019年5月30日～7月6日惠州至粵東來回對比，海洋石油525船航次平均能耗已降至7.1 m3，如表5所示。

表5海洋石油525船清底后主機(jī)LNG消耗量Tab.5 LNG consumption of main engine after bottom cleaning of HYSY 525

船底除污后進(jìn)行節(jié)能統(tǒng)計，船舶每年由惠州至粵東作業(yè)大約20次，按照往返計算為40航次，大約能夠節(jié)約LNG 燃?xì)?4 m3，按照0.45 t/m3的密度計算，每年節(jié)約28.8 t LNG，船舶加注LNG 的單價為0.6萬元/t，節(jié)約燃料成本17.28萬元，除污費用為2萬元，折算每年節(jié)約公司成本約15.28萬元。港作拖輪在港內(nèi)的作業(yè)時間更長，因為多屬隨機(jī)操作，無法精確統(tǒng)計燃料消耗。通過船底除污，保守估計每艘船每年能夠節(jié)約成本40萬元。

4 總結(jié)

港作拖輪日常負(fù)責(zé)港內(nèi)大船的靠泊協(xié)助工作，基本都是機(jī)動操作，沒有長距離航行的條件，燃料消耗是否正常缺乏精確的數(shù)據(jù)支持，船舶污底的影響不能正常反映到能耗的增高上，容易被忽略。

本文分析了主機(jī)能耗影響因素，案例通過開展清底作業(yè)，有效降低了主機(jī)效能，能夠為其他船舶在主機(jī)能耗分析方面提供有效參考。