船舶降速航行分析及措施

榮俊華　錢程

摘 要：針對燃油成本居高不下的局面，各大航運公司都選擇了主機降速航行的措施。本文首先理論分析主機降速航行的經濟性，然后針對主機降速后的各設備的運行缺陷提出相應的解決措施。

關鍵詞：降速航行 經濟性 油耗

中圖分類號：U664 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（c）-0245-02

最近幾年由于燃油價格的逐步走高以及航運市場的蕭條，各類船舶在運營的過程中，成本支出中燃油所占的比例也越來越大，船舶運營成本中的最大支出項已經由人力成本轉化為燃油成本。各大航運公司為了在競爭激烈的船舶運輸市場中保持盈利，近幾年都采取了降低主機功率從而降低船舶航速來降低船舶運營成本的措施。

航速對船舶經濟性的影響主要是體現在以下兩個方面。

（1）航速降低之后，船舶完成每一個航次的時間變長，相應的船舶周期變低，在相同的時間內完成的貨運量降低，船舶得到的運輸費用就會降低。

（2）航速降低之后，轉速降低，主機功率減少，相應的燃油消耗量降低。但是這種燃油的消耗量不是與船舶速度成直線的正比關系，而是約和船舶速度的三次方成反比。即：稍微降低船舶速度，將極大的降低燃油支出成本。

以上兩方面矛盾的因素決定了航運公司需要慎重的選擇船舶速度。

1 船舶降速經濟性的理論分析

實踐證明，現階段主機減速航行確實是降低船舶營運成本的一項行之有效的措施。那么就是說明降低航速引起的燃油支出成本減少應是大于船舶運轉周期變慢所引起的成本支出增加的。為此本文理論研究下航速、主機功率、燃油消耗三者之間的關系。

1.1 航速與主機功率的關系

船舶主機可以經離合器或者減速箱驅動螺旋槳工作，也可以通過軸系直接帶動螺旋槳，船舶都一定是遵循螺旋槳的推進特性工作。這種特性我們稱為柴油機的推進特性。也就是說，要符合螺旋槳吸收功率與主機發出功率一樣的原則，主機經過軸系帶動螺旋槳轉動是一定滿足螺旋槳的功率需求的。船舶航行過程是遵循螺旋槳推進特性的[1]。

式5表示每海里燃油消耗量與航速的平方成正比，在船舶低速航行時雖然be會增大，但是bm則降低。船舶保持bm為最小時的航速成為經濟航速。在不受貨期約束時，按經濟航速航行可以降低貨運成本。

式（3）和（5）說明，當船舶裝載量不變時，主機功率與航速三次方成正比，主機燃油消耗與航速的關系亦按比例變化。可見，適當減小航速，可以大幅度地降低主機功率與燃油消耗量。從以上的分析可以說明，只要適當降低船舶航速確實可以為船舶節省大量的燃油消耗量，從而降低船舶運輸成本。

2 船舶降速對主機的影響

船舶降速航行即柴油機在低負荷運行，但是船舶初始設計時，主機廠都是根據船廠提供的額定功率來設計主機的，主機廠可以保證在額定功率長時間運行下來主機具有良好的性能和更長久的壽命。但是降速航行時，特別是當主機長期在額定功率的60%以下運行時，將會造成柴油機的氣缸、燃燒室部件、排氣系統和增壓系統產生嚴重的燃氣污染。主機的增壓器、排氣口、空氣冷卻器等發生堵塞，提高增壓器的排氣背壓，轉速下降，從而導致低的柴油機掃氣壓力，運轉性能下降，嚴重時甚至不能恢復正常負荷的運行[3]。運行在10%～40%負荷可能會導致下述問題：會對掃、排氣系統以及廢氣鍋爐形成積碳等污染；會對增壓器造成積碳等污染；會對輔助風機造成一定影響，如軸封泄露等；增加了活塞頭、排氣閥等燃燒室部件熱負荷。

2.1 降速航行對掃氣和排氣系統的影響

主機降低負荷時，排氣量會明顯減少，增壓器的轉速下降，效率下降，掃氣壓力偏低，過量空氣系數小，導致燃油的不完全燃燒。燃燒不好，就會產生油垢、煙垢等，形成積碳，排氣管道包括廢氣鍋爐煙道、透平噴嘴環和動葉片等會被污染堵臟，以及污染掃氣通道包括：掃氣箱、掃氣口、空冷器、單向閥等，污堵嚴重時有可能引起增壓器的劇烈振動[4]。長期低負荷掃氣箱會積炭、積油，掃氣性能降低，一旦碰到燃氣倒流就可能導致掃氣箱起火。主機低負荷運行對機內部件和掃排氣系統的影響逐步積累，積少成多，嚴重時會導致缸套斷裂、活塞環旁吹、活塞磨損、增壓器壽命降低，同時進一步增加主機的油耗。另外一方面，長期低負荷，主機排煙一直處于較低的溫度，導致廢氣鍋爐無法正常工作，產生的機艙日用蒸汽量不足，這樣就需要經常啟動燃油鍋爐，額外的增加了燃油消耗量。

2.2 降速航行對供油系統的影響

供油系統一般是按柴油機的額定功率匹配的。主機低功率運行時，油泵凸輪轉速低，供油速度慢，噴油平均壓力明顯下降，噴油定時機構會失效，燃油的霧化情況會變差，嚴重時可能產生燃油斷流。并且使得缸內氣體攪動不足，噴油提前角不能隨負荷變化，燃油和空氣混合差，加長燃燒的過程，這樣產生不完全燃燒，導致主機冒黑煙，增加有效油耗率，降低主機的壽命和經濟性[5]。

2.3 降速航行對主機磨損的影響

當降低主機轉速時，壓縮終點壓力和溫度會下降，活塞平均速度下降，導致氣缸漏氣及增加散熱損失，燃燒準備過程會延長，燃油將不能充分燃燒。主機燃燒惡化，氣閥及缸內大量結炭，此時燃油中各種金屬和非金屬雜質以及催化劑顆粒，將燒結在缸內，顆粒和硬度都會增加，這些顆粒部分將隨廢氣排出氣缸聚積在排氣管中，部分將累積在活塞頂部的凹坑中從而沖散活塞內的滑油使磨損加劇，部分進入活塞環、環槽、缸套之間，產生磨料磨損[6]。主機低負荷將使缸壁溫度下降，由于燃油中含硫，燃燒過程中會產生硫酸，如果此時缸壁的溫度低于硫酸露點溫度，結果可能造成缸套冷腐蝕。同時掃氣箱內積累的炭渣，隨燃燒的空氣可能二次進入燃燒室，落入活塞環、環槽、缸套之間，增加磨料磨損。從以上的分析可以看出主機低速航行造成活塞環、環槽及缸套過度磨損。

3 減少船舶降速影響的相關措施endprint

船舶降速低負荷運轉會給主機帶來一系列的影響，為保證主機在超低負荷運轉時性能良好，根據以上分析，在降速的過程中，需要采取下列措施。

3.1 掃氣和排氣系統

主機低負荷每運行48 h后應加一次負荷至100%額定功率運行1h，將不完全燃燒的過程中廢氣鍋爐及增壓器產生的顆粒沖刷干凈，這樣來保證增壓器效率，保持較高的掃氣效果。在提升負荷時應避免速度過快而造成氣缸內的狀況惡化，在低負荷運行時，我們建議從10%負荷提升至40%負荷過程不要少于30 min，從40%負荷提升至75%負荷過程不要少于60 min。同時要勤換洗增壓器壓氣機的空氣濾網，確保吸氣暢通。加強對柴油機掃氣口的檢查，消除活塞頭、活塞環等部件上的積碳等未燃燒物，以及掃氣箱內的殘留物等，避免對柴油機的運行造成不良影響。加強對鼓風機的檢查和維護，在某些情況下，故障產生因素是風機的軸封泄漏堵住了法蘭通風孔，如果泄放過量請更換軸封。如果打算長期低負荷運行，建議船上備一套風機。

3.2 燃油系統

遠洋輪船主機使用的燃油多為IF0180 cSt或者380cSt，燃油的質量都比較差，粘度大雜質多，應按主機運營商要求做好燃油的加溫凈化和分離工作，燃油沉淀艙和日用艙的油溫應盡可能的高，主機燃油進機粘度需保持在10～15 cSt之間，但溫度最高不超過150 ℃。在主機運轉過程中，合適的燃油粘度，可以確保燃油在氣缸內有好的霧化效果，從而有好的燃燒狀況?？梢栽龃笾鳈C的噴油提前角，前移燃燒進程來適當改善燃燒質量。針對低負荷航行的MAN B&W主機，可安裝廠家推出的滑閥式噴油嘴，能徹底改善燃燒質量，減少冒黑煙，為主機降速運行提供有力保證。

3.3 冷卻水系統

當主機低負荷運行時，進機的缸套冷卻水以及冷卻活塞的滑油溫度將會下降，將降低掃氣溫度和缸內壓縮溫度，從而導致燃油的不完全燃燒，過低的溫度就會產生缸套冷腐蝕。針對主機低負荷過程中的缸套冷腐蝕和磨損，可以考慮適當增加缸套水的進機溫度，這樣能提高熱效率、減少缸套部件的熱應力。在主機低負荷運轉過程中，應按主機說明書調整好缸套水和滑油的進機溫度，同時應根據海區的不同密切關注海水溫度的變化，及時調節低溫淡水冷卻系統中淡水的溫度，使主機的掃氣溫度處于主機說明書中推薦的工作范圍。

3.4 廢氣鍋爐的管理

主機降功率運行后排氣管出口溫度降低，可能導致廢氣鍋爐產生的日用蒸汽量無法滿足船舶需求，另外主機降功率后燃燒不完全，將會使廢氣鍋爐進煙側嚴重積灰。因此廢氣鍋爐需要每8～12 h投入沖洗劑進行一次投藥沖洗工作，這樣能減少廢氣鍋爐的煙道積灰，從而防止排煙不暢導致主機運行工況的惡化，為了保證船舶的日用蒸汽需求還應讓燃油鍋爐處于備用狀態。

4 結語

在航運市場不景氣，燃油成本居高的情況下，船舶降速航行是一種有效的節油辦法，經濟效益也是顯著的，但是船舶長期低負荷運轉會給主機帶來一系列的影響，在實際船舶運營的過程中應該對主機采取一些必要的措施來降低這些影響，本文對這方面進行了部分詳細的描述，希望對以后的船舶降速運營提供一定的參考作用。

參考文獻

[1] 中國船舶工業總公司.船舶設計實用手冊-輪機分冊[M].北京：國防工業出版社，1999.

[2] 中船三井設計部.柴油機低負荷運行[M].上海：中船三井造船柴油機有限公司，2012.

[3] 許加榜.淺談船舶減速航行與節能[J].船舶節能，2001，2（2）：2-3.

[4] 黃正才.主機低速運行帶來的問題及日常管理對策[J].上海：航海技術，2008（3）：90-97.

[5] 孫陪廷，李斌.船舶柴油機[M].大連：大連海事大學出版社，2002.

[6] 何文山.船舶柴油機[M].人民交通出版社，1998.endprint

船舶降速低負荷運轉會給主機帶來一系列的影響，為保證主機在超低負荷運轉時性能良好，根據以上分析，在降速的過程中，需要采取下列措施。

3.1 掃氣和排氣系統

主機低負荷每運行48 h后應加一次負荷至100%額定功率運行1h，將不完全燃燒的過程中廢氣鍋爐及增壓器產生的顆粒沖刷干凈，這樣來保證增壓器效率，保持較高的掃氣效果。在提升負荷時應避免速度過快而造成氣缸內的狀況惡化，在低負荷運行時，我們建議從10%負荷提升至40%負荷過程不要少于30 min，從40%負荷提升至75%負荷過程不要少于60 min。同時要勤換洗增壓器壓氣機的空氣濾網，確保吸氣暢通。加強對柴油機掃氣口的檢查，消除活塞頭、活塞環等部件上的積碳等未燃燒物，以及掃氣箱內的殘留物等，避免對柴油機的運行造成不良影響。加強對鼓風機的檢查和維護，在某些情況下，故障產生因素是風機的軸封泄漏堵住了法蘭通風孔，如果泄放過量請更換軸封。如果打算長期低負荷運行，建議船上備一套風機。

3.2 燃油系統

遠洋輪船主機使用的燃油多為IF0180 cSt或者380cSt，燃油的質量都比較差，粘度大雜質多，應按主機運營商要求做好燃油的加溫凈化和分離工作，燃油沉淀艙和日用艙的油溫應盡可能的高，主機燃油進機粘度需保持在10～15 cSt之間，但溫度最高不超過150 ℃。在主機運轉過程中，合適的燃油粘度，可以確保燃油在氣缸內有好的霧化效果，從而有好的燃燒狀況?？梢栽龃笾鳈C的噴油提前角，前移燃燒進程來適當改善燃燒質量。針對低負荷航行的MAN B&W主機，可安裝廠家推出的滑閥式噴油嘴，能徹底改善燃燒質量，減少冒黑煙，為主機降速運行提供有力保證。

3.3 冷卻水系統

當主機低負荷運行時，進機的缸套冷卻水以及冷卻活塞的滑油溫度將會下降，將降低掃氣溫度和缸內壓縮溫度，從而導致燃油的不完全燃燒，過低的溫度就會產生缸套冷腐蝕。針對主機低負荷過程中的缸套冷腐蝕和磨損，可以考慮適當增加缸套水的進機溫度，這樣能提高熱效率、減少缸套部件的熱應力。在主機低負荷運轉過程中，應按主機說明書調整好缸套水和滑油的進機溫度，同時應根據海區的不同密切關注海水溫度的變化，及時調節低溫淡水冷卻系統中淡水的溫度，使主機的掃氣溫度處于主機說明書中推薦的工作范圍。

3.4 廢氣鍋爐的管理

主機降功率運行后排氣管出口溫度降低，可能導致廢氣鍋爐產生的日用蒸汽量無法滿足船舶需求，另外主機降功率后燃燒不完全，將會使廢氣鍋爐進煙側嚴重積灰。因此廢氣鍋爐需要每8～12 h投入沖洗劑進行一次投藥沖洗工作，這樣能減少廢氣鍋爐的煙道積灰，從而防止排煙不暢導致主機運行工況的惡化，為了保證船舶的日用蒸汽需求還應讓燃油鍋爐處于備用狀態。

4 結語

在航運市場不景氣，燃油成本居高的情況下，船舶降速航行是一種有效的節油辦法，經濟效益也是顯著的，但是船舶長期低負荷運轉會給主機帶來一系列的影響，在實際船舶運營的過程中應該對主機采取一些必要的措施來降低這些影響，本文對這方面進行了部分詳細的描述，希望對以后的船舶降速運營提供一定的參考作用。

參考文獻

[1] 中國船舶工業總公司.船舶設計實用手冊-輪機分冊[M].北京：國防工業出版社，1999.

[2] 中船三井設計部.柴油機低負荷運行[M].上海：中船三井造船柴油機有限公司，2012.

[3] 許加榜.淺談船舶減速航行與節能[J].船舶節能，2001，2（2）：2-3.

[4] 黃正才.主機低速運行帶來的問題及日常管理對策[J].上海：航海技術，2008（3）：90-97.

[5] 孫陪廷，李斌.船舶柴油機[M].大連：大連海事大學出版社，2002.

[6] 何文山.船舶柴油機[M].人民交通出版社，1998.endprint

船舶降速低負荷運轉會給主機帶來一系列的影響，為保證主機在超低負荷運轉時性能良好，根據以上分析，在降速的過程中，需要采取下列措施。

3.1 掃氣和排氣系統

主機低負荷每運行48 h后應加一次負荷至100%額定功率運行1h，將不完全燃燒的過程中廢氣鍋爐及增壓器產生的顆粒沖刷干凈，這樣來保證增壓器效率，保持較高的掃氣效果。在提升負荷時應避免速度過快而造成氣缸內的狀況惡化，在低負荷運行時，我們建議從10%負荷提升至40%負荷過程不要少于30 min，從40%負荷提升至75%負荷過程不要少于60 min。同時要勤換洗增壓器壓氣機的空氣濾網，確保吸氣暢通。加強對柴油機掃氣口的檢查，消除活塞頭、活塞環等部件上的積碳等未燃燒物，以及掃氣箱內的殘留物等，避免對柴油機的運行造成不良影響。加強對鼓風機的檢查和維護，在某些情況下，故障產生因素是風機的軸封泄漏堵住了法蘭通風孔，如果泄放過量請更換軸封。如果打算長期低負荷運行，建議船上備一套風機。

3.2 燃油系統

遠洋輪船主機使用的燃油多為IF0180 cSt或者380cSt，燃油的質量都比較差，粘度大雜質多，應按主機運營商要求做好燃油的加溫凈化和分離工作，燃油沉淀艙和日用艙的油溫應盡可能的高，主機燃油進機粘度需保持在10～15 cSt之間，但溫度最高不超過150 ℃。在主機運轉過程中，合適的燃油粘度，可以確保燃油在氣缸內有好的霧化效果，從而有好的燃燒狀況?？梢栽龃笾鳈C的噴油提前角，前移燃燒進程來適當改善燃燒質量。針對低負荷航行的MAN B&W主機，可安裝廠家推出的滑閥式噴油嘴，能徹底改善燃燒質量，減少冒黑煙，為主機降速運行提供有力保證。

3.3 冷卻水系統

當主機低負荷運行時，進機的缸套冷卻水以及冷卻活塞的滑油溫度將會下降，將降低掃氣溫度和缸內壓縮溫度，從而導致燃油的不完全燃燒，過低的溫度就會產生缸套冷腐蝕。針對主機低負荷過程中的缸套冷腐蝕和磨損，可以考慮適當增加缸套水的進機溫度，這樣能提高熱效率、減少缸套部件的熱應力。在主機低負荷運轉過程中，應按主機說明書調整好缸套水和滑油的進機溫度，同時應根據海區的不同密切關注海水溫度的變化，及時調節低溫淡水冷卻系統中淡水的溫度，使主機的掃氣溫度處于主機說明書中推薦的工作范圍。

3.4 廢氣鍋爐的管理

主機降功率運行后排氣管出口溫度降低，可能導致廢氣鍋爐產生的日用蒸汽量無法滿足船舶需求，另外主機降功率后燃燒不完全，將會使廢氣鍋爐進煙側嚴重積灰。因此廢氣鍋爐需要每8～12 h投入沖洗劑進行一次投藥沖洗工作，這樣能減少廢氣鍋爐的煙道積灰，從而防止排煙不暢導致主機運行工況的惡化，為了保證船舶的日用蒸汽需求還應讓燃油鍋爐處于備用狀態。

4 結語

在航運市場不景氣，燃油成本居高的情況下，船舶降速航行是一種有效的節油辦法，經濟效益也是顯著的，但是船舶長期低負荷運轉會給主機帶來一系列的影響，在實際船舶運營的過程中應該對主機采取一些必要的措施來降低這些影響，本文對這方面進行了部分詳細的描述，希望對以后的船舶降速運營提供一定的參考作用。

參考文獻

[1] 中國船舶工業總公司.船舶設計實用手冊-輪機分冊[M].北京：國防工業出版社，1999.

[2] 中船三井設計部.柴油機低負荷運行[M].上海：中船三井造船柴油機有限公司，2012.

[3] 許加榜.淺談船舶減速航行與節能[J].船舶節能，2001，2（2）：2-3.

[4] 黃正才.主機低速運行帶來的問題及日常管理對策[J].上海：航海技術，2008（3）：90-97.

[5] 孫陪廷，李斌.船舶柴油機[M].大連：大連海事大學出版社，2002.

[6] 何文山.船舶柴油機[M].人民交通出版社，1998.endprint