海洋石油支持船節油措施研究

蘇寶玉

（中石化海洋石油工程有限公司上海船舶分公司，上海 201206）

在海洋油田企業中，海洋石油支持船舶是其重要的生產設施，船舶燃油費用在經營成本中所占比重最大[1]，節能降耗已成為海洋油田企業降低成本的普遍共識。如何根據其生產特點來達到降耗增效的目的？筆者以對海洋石油支持船舶能耗數據超過一年時間的跟蹤和分析為基礎，通過分析影響船舶能耗的一系列因素和應對節能措施，結合日常管理和實際操作兩方面的經驗，提出船舶節能降耗的相關建議并得出結論。

1 影響船舶能耗的主要因素分析及各可控階段的節能措施

影響船舶油耗因素分析和相關措施見表1。

由表1可見，影響海洋石油支持船能耗的各種因素中，其可控階段分為設計建造和使用兩個部分。設計建造大多是硬件設施原因，需要在初始設計建造過程中規劃解決，在使用時為不可控因素，本文不做論述。本文重點探討使用過程中的操作節能和管理節能措施，即在使用過程中，如何通過管理優化、技術優化及運行優化等方式，從而達到大大降低海洋石油支持船的油耗和節能降耗的目的。

表1 影響船舶油耗的主要因素分析及相關措施Table 1 Analysis of main factors affecting vessel fuel consumption and related measures

2 船舶使用過程中的油耗管理

經過長時間對海洋石油支持船油耗運行數據的統計分析來看，節能降耗的具體措施主要體現在進出港控制、船速控制、靠泊控制等幾個方面[2]。

2.1 船舶進出港控制

2.1.1 借潮進出港

由于潮汐具有周期性的變化規律，經驗表明，在合理的時間選擇船舶的進出港時間，盡最大可能地保證船舶全程或部分航程順流進出航道，可以有效降低船舶進出港過程的單位里程油耗。

下面以某6 000 HP海洋石油支持船為例，進行散點圖分析。

港口潮汐表見圖1，一天24小時中有2個高潮點及2個低潮點，從潮水最高到最低（基本）要經過8 h左右。該航道長55.8 nmi（海里，下同），船進出航道，頂流預計需要6.5 h，順流預計需要4.5 h。如果在最高潮位點時出港，可以保證整個航道內都順流出海。

圖1 某港口單日潮汐表曲線圖Fig. 1 Diagram of a single day tide table at a port

通過對該船舶進出航道實測10次的結果進行散點圖統計分析（圖2），幾個標注的流速在2節以上油耗差別較大，其它在1節流速左右點分布幅度明顯比2節流速以上要平緩。

圖2 6 000 HP船舶航道內的測試散點圖Fig. 2 Scatter diagram of test in channel of 6 000 HP vessel

現把進出航道最大頂流和順流（3節頂流和2.7節順流）的兩個極端情況做了一下比較。3節頂流油耗為0.099 4 t/nmi，2.7節順流油耗為0.042 0 t/nmi，單程可節省燃油量L計算如下：

L=(0.099 4-0.042 0)*55.8=3.2 t

即單程出港或進港理論上通過利用潮水最優可節省3.2 t燃油。

2.1.2 實際應用情況

借潮進出港船舶油耗在實際測定時，以船舶進出航道內的運行數據進行記錄統計（圖3），其中出航道內是指碼頭至出港下線，進航道指進港上線至碼頭，進/出航道各填一次。

圖3 船舶進出航道燃油消耗記錄表Fig. 3 Fuel consumption record of vessel in and out channel

通過對三種船型的船舶在進出航道時不同航速下頂流/順流油耗的測定，為船舶管理者確定船舶進出航道的時間及船舶航速的提供了技術指導[3]。但由于船舶出海時間受裝船時間及海上作業需求時間的雙重限制，在實際運行中不能完全做到整個航道均為順流的情況下進出航道，只能在保證作業的情況下最大限度地確保船舶在航道內順流航行的時間，通過對三個船型10個航次的油耗數據統計見表2。

表2

2.2 船舶航速控制管理

2.2.1 經濟航速

經濟航速即指船舶單位里程消耗燃油最少的航速，一般來說每條船在出廠時均有一個理論上的經濟航速，即在此航速下船舶油耗最低，然而在船舶實際運行中發現：

（1）船舶理論經濟航速概念與我們所要的經濟航速不一定一致；

（2）船舶理論經濟航速是通過模擬實驗或計算得出的，與實際存在偏差；

（3）理論經濟航速是理想環境下的靜水航速，在風流涌浪及不同的裝載等影響下，明顯偏低，但具體應該低多少？有待具體分析；

（4）理論經濟航速在現實具體環境（海況、吃水等）下，可操作性不強。

由此可見，船舶理論經濟航速不能作為船舶日常航行的標準經濟航速。鑒于此，在日常船舶運營中，為尋求船舶運行的低油耗，通過對各種運行模式的大量數據監控，最終提出了經濟負荷的概念。

2.2.2 船舶經濟負荷內涵測定方法

2.2.2.1 船舶經濟負荷內涵

因經濟航速在實際工作中指導意義不強。為找到船舶在日常條件下生產作業能耗與航速及負荷的最優平衡點，通過選取不同功率的船舶為研究對象，具體就是在現實海況條件下，通過不斷改變螺距范圍來測定船舶最經濟的負荷，從而找到通常海況條件下的該船舶航行最優的功率，并以此作為經濟負荷指導船舶航行，達到節能增效的目的。

2.2.2.2 經濟負荷的測定

經濟負荷數據測定思路如下：

（1）岸基負責制定方案和記錄表，分析測得的數據，船員負責測試并記錄數據；

（2）以船舶理論上的經濟航速為依據，根據實際情況，適當調整航速測試，以求盡快找出該船的經濟負荷；

（3）簡化測試，盡量少地選擇典型環境條件和船舶狀態進行測試。在以后的運行中，逐漸增加必要的變量，再細化測試；

（4）以60%螺距為基準螺距，在此基礎以上下浮動5%的幅度進行連續測定和跟蹤，并確保船舶測試數據的真實有效。

通過對某6 000 HP及8 000 HP支持船10個月的油耗數據監控，分析在不同螺距下燃油消耗（不考慮海況、裝載等因素），然后利用所有統計數據做散點圖，直至散點圖中明顯顯示各負荷下的油耗大小傾向。

具體做法是，先以該條船的理論經濟航速下的負荷（65%螺距）為基礎進行統計，5個航次后，再增加和減少5%螺距負荷運行，對各螺距負荷下的船舶燃油消耗進行對比，從而得出最佳的經濟負荷。

圖4是某6 000 HP船舶航行測得數據的散點圖，縱軸是螺距，橫軸是單位里程油耗（m3/nmi）。不同螺距下油耗傾向比較明顯。由圖4可見，各個數據點大致呈V形分布，50%～55%螺距區域為V形下凹部分。

圖4 6 000 HP船舶航行燃油消耗散點圖Fig. 4 Scatter diagram of 6 000 HP vessel navigation fuel consumption

結論：該船在50%～55%螺距區間內單位里程油耗最低。

由圖5可見，各個數據點大致呈V形分布，50%～60%螺距區域為V形下凹部分。

圖5 8 000 HP船舶航行燃油消耗散點圖Fig. 5 Scatter diagram of 8 000 HP vessel navigation fuel consumption

結論：該船在50%～60%螺距區間內單位里程油耗最低。

2.2.2.3 實際應用

經濟負荷的測定主要是選取船舶出港后至目的地之間往返的航行數據，即出港下線至第一個海上生產（作業）設施；返港：離開最后一個海上生產（作業）設施至進港上線。當負荷、航速發生變化后，及時記錄負荷及航速變化時間、 “日用柜P、S存量”等數據（圖6）。并用下一張表格記錄新的航速、負荷下各參數。

圖6 船舶航行燃油消耗記錄表Fig. 6 Fuel consumption record of vessel navigation

由于船舶在海上運行期間，航行時油耗在船舶航次油耗中占較大比重（60%以上），因此對船舶經濟負荷的測定對于指導船舶運行有著重大意義。通過對三種船型經濟負荷測定后，選出油耗較低的螺距范圍，并要求船舶在航行過程中按照測定的螺距范圍運行，經過8個月的油耗數據進行對比跟蹤，統計數據見表3。

表3

3 其它管理節能措施

由于海洋石油支持船運行的特殊性，除以上在技術及船舶操控上的節能措施外，在船舶的運行管理上如措施得力也會產生明顯效果，如航線設計、靠泊管理、守護管理及吃水差等[4]。

3.1 航線設計

船舶開航前制定一個最佳航線對船舶的節能降耗有明顯作用。航線設計應該包括船舶從港口到港口的全部航程。

開航前，仔細研究出發港和航路上一些重要區域的潮汐和整體洋流情況，確定最佳轉向點，利用潮汐變化和洋流規律全程或分航程順流航行，全程盡最大程度保持適合本船經濟航速行駛，從而達到船舶節能降耗的目的[5]。通常航線設計是近海（包括港內）航行利用潮水的漲落（本文2.1節已舉例說明），遠洋航行重點利用洋流。

3.2 靠離海上設施管理

船舶日常作業過程中，在靠泊平臺時由于需要主機負荷較大（80%以上），因此靠泊平臺時的船舶油耗遠高于巡航守護時的船舶油耗[6]，且海況越差，其負荷越大。根據船舶的航線計劃合理安排船舶靠泊海上設施的作業計劃。在無緊急任務狀態下，盡量選擇在海況良好的情況下靠泊海上設施，進行吊裝作業與其他如海上供油、供水、吹灰等可同時進行，盡量減少支持船靠離海上設施的次數和機動?？砍掷m時間。

3.3 守護管理

海洋石油支持船守護作業一般分為警戒（特殊）守護和常態守護，警戒（特殊）守護是指在海上生產設施如海上石油平臺因正進行（包括但不限于）下列某種作業時，為防范某種突發情況而須保持警戒狀態：

（1）直升飛機在海上設施的降落或起飛；

（2）工作人員在舷外或甲板外側作業；

（3）工作人員在接近水面或水下作業；

（4）生產設施、作業設施進行重大施工作業；

（5）生產設施、作業設施負責人認為必要的其他作業。

警戒（特殊）守護要求船舶保持隨時航行和應急救援狀態。此時，主機須保持備車及可隨時運行、各種相應設備如側推、消防水炮須保持備用狀態[7]。此時，如海況條件許可，可備車讓螺距歸零的漂航，以盡量降低船舶主機負荷。也可采取單車、單機、副機等節能模式進行巡航守護。這都會起到明顯的節省燃油效果。

3.4 吃水差調節

吃水差主要影響船舶的操縱性、快速性和耐波性。在同等條件下，適當的吃水差可提高船舶的航速和改善船舶的操縱性能[8]。一般船舶艏傾時，船舶阻力會變大，船舶回旋半徑減少，舵效、航向穩定性變差，船速下降。船舶艉傾時舵效、航向穩定性、航速都有所提高，因此在船舶航線和排水量不變時，可以通過調整吃水差提高船舶穩定性和提升航速，船舶在海上行駛時也會因操作性和穩定性好而減少偏離計劃航線的幅度，從而減少單位航程的時間和油耗[9]。經驗表明，船舶吃水差在30～50 cm時，船舶舵效和操縱性能達到最優。

4 建議

良好的船藝也對船舶燃油消耗有著一定的影響，良好的操船技術和習慣能很大程度上減少燃油消耗。如在操車時盡量減少過猛加車，機動停靠設施時應保持緩慢用車、舵及側推等設施，充分利用風流的作用，減少車舵的頻繁使用，做到以最小的車發揮最大的作用。

實驗表明：相同條件下，使用與不使用燃油添加劑相比，其結果是使用燃油添加劑能效更高。燃油添加劑的作用主要是使燃油燃燒更充分，同時減少油泥生成，從而提升燃油利用率、降低設備故障率，減少設備故障的風險[10]，提高安全程度，延長設備維護周期，節省人工、備件、物料、修理費用等。

5 結論

通過對三種不同功率的船舶進行研究，為海洋石油支持船如何節能降耗找到了切實可行的研究方向。海洋石油支持船由于作業的特殊性，船舶燃油消耗受外界因素如海況、裝載量、作業內容等影響較大，需要更長時間對船舶運行數據監測后，制定每條船的最佳運行方案，這樣才能對海洋石油支持船的節能降耗更具指導意義。隨著北斗定位、移動互聯網技術的飛速發展，未來可以考慮在船舶加裝油料實時監控系統，通過電腦對船舶油耗進行記錄、傳輸，同時將實時油耗數據傳輸到駕駛臺，指導船長以更加節能的方式操縱船舶。