船舶降速航行管理

傅金浩

船舶降速航行管理

傅金浩

在航運(yùn)市場(chǎng)極端低迷的形勢(shì)下，各航運(yùn)公司無不將船舶降速作為降本增效的主要手段。在船舶極端降速的條件下，對(duì)機(jī)械設(shè)備的管理就要有一定的措施，這樣才能夠保證安全。分析船舶極端降速的潛在危害，以及主機(jī)工作特性和船舶設(shè)計(jì)特點(diǎn)對(duì)極端降速的限制，在此基礎(chǔ)上提出主機(jī)降速應(yīng)采取的安全管理措施。

極端降速；航行安全；船舶主機(jī)管理；主軸承；缸內(nèi)燃燒

一、引言

從2009年開始，航運(yùn)市場(chǎng)開始逐步下行，由不正常的暴利突然跌入極度虧損的深淵，同時(shí)又有大量船舶運(yùn)力集中投入市場(chǎng)，且燃油價(jià)格持續(xù)攀升，使得各航運(yùn)公司運(yùn)營(yíng)成本大幅提高，給經(jīng)營(yíng)創(chuàng)效帶來了極大的壓力和困難。為此各航運(yùn)公司紛紛尋找對(duì)策，其中最為顯著的措施就是大幅降低營(yíng)運(yùn)船舶航速，以期在節(jié)能的同時(shí)起到消耗運(yùn)力的作用。到2014年，油運(yùn)市場(chǎng)有所恢復(fù)，燃料油價(jià)格一路下滑，各航運(yùn)公司的油輪又基本上恢復(fù)到了正常的營(yíng)運(yùn)航速。當(dāng)前，隨著油運(yùn)市場(chǎng)的再一次走低，以及燃油價(jià)格的逐步回升，未來幾年航運(yùn)市場(chǎng)仍然不被看好。可以預(yù)見，新一輪的船舶極端降速航行為期不遠(yuǎn)。筆者通過前期船舶降速運(yùn)行積累的一些經(jīng)驗(yàn)心得，在此與業(yè)內(nèi)的同行作一交流。

我司以前的絕大多數(shù)船舶主機(jī)都是MAN B&W 的MC型，近兩年來接入的船舶主機(jī)都是MAN B&W 的ME型。ME型機(jī)的設(shè)計(jì)雖然具有良好的低速運(yùn)行性能，但在熱工管理上與MC型并沒有本質(zhì)的區(qū)別。由于當(dāng)前ME型機(jī)符合TieII的要求，燃燒循環(huán)的噴油更加滯后，后燃相對(duì)更多，所以長(zhǎng)期低速運(yùn)行帶來的問題可能會(huì)更多。船舶極端降速航行畢竟是不得已而為之的舉措，需要小心謹(jǐn)慎操作。首先要根據(jù)船舶實(shí)際運(yùn)行情況、航運(yùn)載貨要求，逐步調(diào)整主機(jī)持續(xù)最低轉(zhuǎn)速，并連續(xù)跟蹤船舶各運(yùn)行參數(shù)變化情況。在降速航行的初期，我們經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)近一年的調(diào)研，認(rèn)為只要采取一定的措施，船舶主機(jī)在極低的負(fù)荷下連續(xù)運(yùn)行是可行的。船舶實(shí)施安全降速運(yùn)行無非是通過硬件、軟件及日常管理來實(shí)現(xiàn)的（見圖1）。

圖1 船舶實(shí)施安全降速航行基礎(chǔ)

柴油機(jī)廠家也根據(jù)市場(chǎng)形勢(shì)及時(shí)發(fā)布了技術(shù)通函（尤其是MAN SL09-511和MAN SL08-501），對(duì)極端降速給予了一定的指導(dǎo)。這成為我們的理論依據(jù)。為配合極端降速，我司投入了部分資金，將早期建造船舶的機(jī)械汽缸注油器改造成電子汽缸注油器，將普通式燃油噴油器改造成滑閥式噴油器，在硬件上給予了保障。同時(shí)，依托軟件，在PMS中視情適當(dāng)調(diào)整檢修周期，加強(qiáng)熱工監(jiān)控管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并給予指導(dǎo)。在管理上，進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)采集和分析，從技術(shù)層面上形成指導(dǎo)意見，保證了船舶極端降速的安全實(shí)施——這體現(xiàn)出了公司機(jī)務(wù)和船舶的管理水平；最重要的是，在需要時(shí)，船舶主機(jī)不但能夠長(zhǎng)期低速運(yùn)行，而且能夠隨時(shí)恢復(fù)服務(wù)轉(zhuǎn)速——這才是船舶管理工作所應(yīng)具備的能力。

二、船舶極端降速的潛在危害

1.主機(jī)曲軸軸承磨損

軸頸負(fù)荷P與軸頸尺寸r和l、軸的轉(zhuǎn)速w、滑油黏度和軸承間隙ψ的關(guān)系公式為：

可以得到軸承承載壓力與軸的轉(zhuǎn)速成正比。負(fù)荷過大，會(huì)造成軸承的過度磨損；相反，軸的轉(zhuǎn)速過低，就不可能建立適當(dāng)?shù)挠推鯄毫Γ纬梢后w動(dòng)力潤(rùn)滑（見圖2、圖3）。主機(jī)長(zhǎng)期低速、低負(fù)荷運(yùn)行，頻繁地啟動(dòng)與停車，會(huì)造成軸承的不正常磨損。

圖2 主機(jī)軸瓦潤(rùn)滑縱剖面

圖3 主機(jī)軸瓦潤(rùn)滑橫剖面

2.主機(jī)汽缸套、活塞等部件的不正常磨損

主機(jī)活塞在汽缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，工作環(huán)境十分惡劣，所以兩者之間的潤(rùn)滑方式只能是薄膜潤(rùn)滑。薄膜潤(rùn)滑又稱邊界潤(rùn)滑，是指運(yùn)動(dòng)的工作表面之間只能保存一層吸附在金屬表面上的油膜。據(jù)此可知，活塞與汽缸套之間的邊界潤(rùn)滑油膜極易破裂，造成較大的摩擦磨損。船舶主機(jī)缸套沿著軸線方向的磨損規(guī)律如下。（1）磨損最嚴(yán)重的部位：缸套上部、活塞到達(dá)上死點(diǎn)時(shí)第一道活塞環(huán)所對(duì)應(yīng)的部位（活塞在此部位的運(yùn)動(dòng)速度最低）。（2）磨損第二嚴(yán)重的部位：缸套底部掃氣口附近。（3）磨損最輕的部位：缸套的中間段。磨損程度不同的三個(gè)區(qū)域，除了潤(rùn)滑條件等其他原因外，活塞在上下部位的運(yùn)動(dòng)速度低也是一個(gè)最重要的因素。主機(jī)低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，在活塞與缸套之間就不容易形成有效的邊界潤(rùn)滑，從而每個(gè)工作循環(huán)缸套磨損的幾率就會(huì)加大。在極端降速的情況下，燃油的燃燒質(zhì)量變差，燃燒不良產(chǎn)物增多，也會(huì)增加缸套的磨損。

3.對(duì)主機(jī)透平、廢氣鍋爐的不利影響

主機(jī)轉(zhuǎn)速越低，主機(jī)透平的轉(zhuǎn)速就越低，進(jìn)入主機(jī)汽缸的空氣壓力（即掃氣壓力）或者說進(jìn)入主機(jī)的空氣量自然也越低（即空氣密度低），使主機(jī)缸內(nèi)的工作循環(huán)不可能有充分的掃氣，導(dǎo)致柴油機(jī)是在較低的空氣/燃油比下運(yùn)行，汽缸內(nèi)燃燒不良。不良燃燒產(chǎn)物會(huì)越來越多地聚集在掃氣箱內(nèi)，加之上面提到的活塞和缸套的過度磨損，就形成掃氣箱著火和爆炸的潛在危險(xiǎn)。同時(shí)，主機(jī)廢氣流量、流速減小，使透平噴嘴環(huán)、廢氣葉輪及廢氣鍋爐沉積煙灰的可能性大大增加。煙灰的沉積會(huì)損壞渦輪增壓器的性能，增加透平軸承磨損、噴嘴環(huán)燒蝕的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于廢氣鍋爐，特別在具有翅片的水管廢氣爐內(nèi)，低負(fù)荷運(yùn)行會(huì)沉積更多的煙灰，大大增加了廢氣鍋爐煙面發(fā)生火災(zāi)的可能性。以上這些風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)隨著船齡的增加而逐漸凸顯出來。這是其一。其二，在低負(fù)荷、低轉(zhuǎn)速時(shí)，排氣流量降低，溫度低，使在透平及廢氣鍋爐內(nèi)某些流道中的廢氣流通速度降低，更容易產(chǎn)生硫酸，形成低溫腐蝕。長(zhǎng)期的低溫腐蝕，勢(shì)必影響透平及廢氣鍋爐的使用壽命。

主機(jī)在60%到65%以上正常負(fù)荷時(shí)，主機(jī)透平效率較高，排煙溫度亦平穩(wěn)增長(zhǎng)；低于這個(gè)負(fù)荷一段區(qū)域內(nèi)，透平效率很低，主機(jī)排煙溫度異常增高；主機(jī)負(fù)荷在35%以下時(shí)，主機(jī)透平效率極低，只能依靠輔助鼓風(fēng)機(jī)幫助增加空氣進(jìn)入量。MAN 7S80船舶主機(jī)鼓風(fēng)機(jī)一般在掃氣壓力設(shè)定為45 kPa左右時(shí)啟動(dòng)，掃氣壓力設(shè)定為75 kPa左右時(shí)輔助鼓風(fēng)機(jī)停止。可見，極端降速的情況比較復(fù)雜，需要多方面考慮，盡可能防止鼓風(fēng)機(jī)發(fā)生嚴(yán)重的損壞。

三、主機(jī)工作特性和船舶設(shè)計(jì)特點(diǎn)對(duì)極端降速的限制

船舶主機(jī)的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，限定了主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的最低轉(zhuǎn)速。船舶的主機(jī)選型裝船后，主機(jī)的允許工作范圍就已經(jīng)確定。這個(gè)工作范圍由限制特性、標(biāo)定轉(zhuǎn)速（或其相應(yīng)的調(diào)速特性）、最小負(fù)荷速度特性、最低工作穩(wěn)定轉(zhuǎn)速所限制。柴油機(jī)的負(fù)荷會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的降低迅速減小，在過小的負(fù)荷下工作時(shí)每個(gè)循環(huán)供油量太少，而且各缸的供油量在此情況下將變得更加不均勻，結(jié)果就可能導(dǎo)致各缸功率顯著不均，柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定。同時(shí)，在極端降速時(shí)主機(jī)的熱效率大大低于正常值。最低工作穩(wěn)定轉(zhuǎn)速與柴油機(jī)的汽缸數(shù)量、設(shè)計(jì)形式和推進(jìn)軸系（即中間軸、尾軸承及螺旋槳等）配置等因素有關(guān)，是主機(jī)能夠穩(wěn)定工作的最低轉(zhuǎn)速。以VLCC船舶MAN B&W 7S80MC主機(jī)為例，其最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速一般為18轉(zhuǎn)/分鐘，對(duì)應(yīng)的負(fù)荷大約為額定負(fù)荷的10%。

主機(jī)共振（這一概念我們并不陌生）轉(zhuǎn)速區(qū)（臨界轉(zhuǎn)速區(qū)），限定了轉(zhuǎn)速的任意降低區(qū)域。由于船體、主機(jī)自身設(shè)計(jì)及其推進(jìn)軸系的選配等原因，在主機(jī)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)存在很多共振區(qū)，其中共振最大的主機(jī)共振所對(duì)應(yīng)的主機(jī)轉(zhuǎn)速區(qū)段稱主臨界轉(zhuǎn)速區(qū)，也就是轉(zhuǎn)速禁區(qū)。所以，在主機(jī)降速航行期間及任何情況下，主機(jī)使用的轉(zhuǎn)速必須避開此區(qū)域（VLCC船舶MAN B&W 7S80MC主機(jī)共振轉(zhuǎn)速區(qū)在31～38轉(zhuǎn)/分鐘之間，不同船型略有不同）。

四、降速后采取必要的安全管理措施

以VLCC船舶MAN B&W 7S80MC主機(jī)為例，我司船舶當(dāng)前最低已經(jīng)降低到主機(jī)額定功率的17%連續(xù)運(yùn)行，耗油達(dá)到約20噸/天。雖然能夠節(jié)省大量的燃油成本，但在管理上必須采取一定的措施，才能夠保證設(shè)備長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。主機(jī)降速到18%～20%負(fù)荷對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速在43～45轉(zhuǎn)時(shí)，車鐘手柄大致在“half”位置（各船型略有不同，但區(qū)別不大），相應(yīng)需要主機(jī)輔助鼓風(fēng)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，兩臺(tái)輔機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，輔助鍋爐置于低壓自動(dòng)模式等。在此，建議采取如下措施：

（1）堅(jiān)持主機(jī)每2～3日加速到75%MCR以上一次，時(shí)間1～2小時(shí)，并進(jìn)行廢氣爐吹灰和主機(jī)透平?jīng)_洗；航行中加強(qiáng)廢氣爐煙氣進(jìn)出溫差和壓差的檢查和記錄；每航次水洗廢氣爐，如航線長(zhǎng)，可每隔10～15天停航檢查，必要時(shí)水洗廢氣爐煙面，并根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整水洗間隔。

（2）對(duì)使用ALPHA電子汽缸注油器控制的船舶，運(yùn)行在25%負(fù)荷以下，主機(jī)汽缸注油器將自動(dòng)轉(zhuǎn)至轉(zhuǎn)速模式，相應(yīng)汽缸油注油率會(huì)偏大，需計(jì)算主機(jī)汽缸油注油頻次即每隔幾轉(zhuǎn)注油一次。注一次油的間隔期不應(yīng)大于7轉(zhuǎn)。

（3）堅(jiān)持每航次對(duì)主機(jī)缸套和活塞環(huán)進(jìn)行檢查和測(cè)量，關(guān)注活塞頭的積炭情況，并通過掃氣口觀察缸壁磨損情況；縮短掃氣道的清潔間隔，加強(qiáng)掃氣箱內(nèi)止回?fù)醢寮肮娘L(fēng)機(jī)進(jìn)口止回?fù)醢宓臋z查。

（4）主機(jī)掃氣溫度不低于45 ℃，缸套冷出水出口溫度不低于84 ℃（對(duì)配備LDCL的ME型主機(jī)，按說明書要求進(jìn)行管理）。

（5）運(yùn)行中加強(qiáng)對(duì)輔助鼓風(fēng)機(jī)馬達(dá)的檢查（溫度、震動(dòng)和聲音）。

（6）避免主機(jī)在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)運(yùn)行。如遇惡劣天氣，主機(jī)使用轉(zhuǎn)速應(yīng)離臨界轉(zhuǎn)速區(qū)遠(yuǎn)一點(diǎn)。

（7）輪機(jī)長(zhǎng)要及時(shí)（建議每一降速航次）總結(jié)和反饋極限降速時(shí)各設(shè)備的運(yùn)行情況。

（8）如有機(jī)會(huì)，檢查船殼外板海生物的附著情況。

（9）加強(qiáng)主機(jī)曲柄箱的檢查，主要是關(guān)注降速對(duì)主軸承的影響。

（10）主機(jī)輔助鼓風(fēng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)存在潛在的損壞風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)為船舶至少配備一臺(tái)。

五、總結(jié)

主機(jī)極端降速運(yùn)行，對(duì)缸內(nèi)燃燒肯定是不利的，但通過近幾年的運(yùn)行情況來看，對(duì)缸套的磨損率并沒有增加，畢竟機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力比正常航行小了許多；由于燃燒不良，進(jìn)排氣及燃燒室臟污較快，船員的工作量增加了很多。鑒于市場(chǎng)狀況，船岸管理者應(yīng)共同努力，克服不利因素，渡過難關(guān)，尤其需要加強(qiáng)溝通并總結(jié)船舶極端降速管理經(jīng)驗(yàn)，以便及時(shí)調(diào)整管理措施，保證安全營(yíng)運(yùn)，為公司效益最大化做出貢獻(xiàn)。

10.16176/j.cnki.21-1284.2017.05.007

傅金浩（1965—），男，大連中遠(yuǎn)海運(yùn)油品運(yùn)輸有限公司，輪機(jī)長(zhǎng)。