馬明軒

摘 要：當前，拖輪動力的能源形式仍以燃油為主，燃油成本也在拖輪運行總成本中占據相當大的比重，無論是為了企業降本增效，還是基于節能減排的環保要求，如何有效地降低拖輪燃油消耗，是企業管理的一項重要內容。本文結合黃驊港煤炭港區拖輪設備及作業條件，通過研究設計油耗監控系統，采集所需拖輪運行數據，建立一種油耗數據分析與單船節油考核的方法，并提出拖輪節油降耗措施，為港口拖輪企業管理提供借鑒。

關鍵詞：拖輪;油耗監控;節油降耗

中圖分類號：U676.3? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）10-0053-02

拖輪作為港口的重要組成部分，主要承擔著輔助貨船進出港、護航、拖帶、搜救、消防等任務，進而保障港口安全生產的正常運轉，而拖輪航行離不開充足的燃油供給。目前黃驊港煤炭港區共配備拖輪12艘，按馬力可分為3類：2艘3200HP、5艘4000HP、5艘5200HP，其中，兼消防功能8艘，兼溢油回收功能1艘。據統計，近5年該港區拖輪年平均燃油消耗量2275噸，年均燃油成本約1365萬元，折算排放CO2約7248噸。本文基于黃驊港煤炭港區作業環境和拖輪作業特點，對拖輪節油降耗管理進行研究，在全面監控運行油耗數據基礎上，進行系統梳理和分析，進而提出合適的節油降耗措施。

1油耗監控系統設計

為全面深入地研究拖輪節油降耗管理，需設計一套合適的油耗監控系統，其基礎功能有兩個，一是采集拖輪各耗油設備的油耗數據，二是采集拖輪作業時航速、主機轉速等航行數據，在此基礎上對不同作業工況下拖輪油耗情況進行自動分析^[1]。

首先，需對燃油管路進行改造，實現油耗數據的采集。拖輪上消耗燃油的設備有2臺主機、2臺副機和1臺鍋爐，每臺設備均有進油和回油兩個油路，燃油自日用燃油儲存柜經濾器過濾后進入設備，一部分燃油被燃燒消耗掉，剩余部分燃油經回油管回到日用燃油柜，因此每臺設備的瞬時油耗應為進油量與回油量的差值，各設備瞬時油耗的和即為拖輪當前時刻油耗量。為實現拖輪燃油消耗情況的精準計量和分析，應對燃油管路進行改造，合理選用和布置燃油流量計^[2]。經研究，改造方案主要可分為兩種，一是所有設備統一測量進、回油，二是對各個設備分別測量進、回油。前者需要對日用燃油柜進行改造，優點是只需要兩個流量計，改造費用相對低，缺點是無法對各設備油耗狀況進行監控;后者對多處管路進行改造，優點是能夠實現各設備油耗單獨計量，便于數據分析，缺點是需要多個流量計，改造費用相對高。進一步分析，從設備油耗量來看，由大到小依次是兩臺主機、二臺副機和一臺鍋爐，其中主機油耗對全船油耗起決定性作用，因此在監控設備油耗時可以突出重點，選擇性進行合并，具體改造方案如圖1所示。圖中虛線框內為流量計組，具體包括1個流量計、1個濾器和3個截止閥，當流量計維修或故障時可以通過開關閥門進行旁通。本方案共計布置6個流量計組，其中兩臺主機進口各1個，兩臺主機回油合并用1個，兩臺發電機組進油和回油分別合并用1個，鍋爐用1個。

其次，關于燃油流量計選用，為確保測量精度，通常可選用質量式或容積式流量計。經研究本文選取兩種流量計進行對比試驗：一種是質量流量計，品牌E+H，型號DMF-1-5B，它是利用流體在振動管中流動而產生與質量流量成正比的科氏力的原理來直接測量質量流量，其優點是測量精度較高，能夠直接輸出質量流量數據，但其對安裝環境要求較高，應安裝穩固，避免振動，遠離熱源、磁場、泵出口等;另一種是容積流量計，品牌Aquametro，型號VZF（A）-II，它是利用流體壓差驅動轉子轉動，通過計量流體經過內部恒定容積的腔室次數，來測量體積流量，其優點是安裝簡單，對安裝環境要求相對較低，但其低流量時測量精度不穩定。結合拖輪作業性質和特點，機艙環境通常振動較大，空間較為狹小，設備及管路布置緊湊，主副機怠速時燃油流量較穩定。綜上，流量計選用VZF（A）-II型容積式流量計，流量計口徑應能滿足設備最大供油量。

再次，為分析拖輪油耗與拖輪航行狀態的關系，還需測量拖輪船位、航速、航程、主機轉速等數據。拖輪船位信息可通過接入船載GPS或北斗定位數據進行確認，進而通過計算可獲取拖輪航速及航程數據。主機轉速可通過在主機輸出軸系合適位置安裝轉速探頭，將信息傳輸至智能油耗監控終端。此外，為確保系統完整性，實現各類數據聯通運行，還應配備數據采集模塊、監控顯示模塊、無線傳輸模塊、電源模塊、網絡服務器、平臺軟件系統等。

2 拖輪油耗影響因素分析

油耗監控系統建設實施完畢后，在運行中會積累大量油耗相關的數據，基于這些數據，進行系統分析，為拖輪節油降耗管理提供幫助，下面以某拖輪一段時間的油耗相關數據為例進行分析說明。

某拖輪一次作業任務為協助2艘貨船進港靠泊、1艘貨船出港離泊，作業自2300拖輪離開碼頭開始，至0200拖輪停靠碼頭結束，總共歷時約3小時，其簡化航跡如圖2所示。

圖中帶箭頭實線為拖輪示意航行軌跡，為便于分析，將整個作業過程拖輪的工作狀態分為四類，分別是航行、伴航、頂推、拖拽。結合圖中線號，對應每段作業內容及工作狀態，見表1。

經油耗監控系統調出，本次作業拖輪航速、油耗率、主機轉速與時間和工作狀態關系如圖3所示。

圖中，上方虛線為主機轉速，實線為拖輪航速，點劃線為拖輪瞬時油耗率。可以看出，拖輪油耗大幅增大出現在A、B、C、D四個時間段，其中A、C為進港貨船靠泊頂推工作狀態，D為出港貨船離泊拖拽工作狀態，B為航行狀態。經分析，A、C、D段，拖輪處于頂推或拖拽狀態，此時拖輪對貨船出力做功，主機轉速升高，但由于貨船移動緩慢，拖輪航速較低，且由于該港貨船均為空載進港、滿載離港，導致D段較A、C段主機轉速和油耗都偏高，此外貨船噸位也與拖輪油耗成正相關。B段，拖輪處于航行狀態，但較其他時間段航行狀態油耗明顯增高，觀察得知，該段主機轉速和拖輪航速均大幅升高，經分析，該段拖輪協助第一艘進港船靠泊完畢，在前往第二艘貨船途中，拖輪為保證貨船進港連續，采取了加速航行措施，導致油耗升高。

綜上，影響拖輪油耗的主要指標有兩個，一是拖輪航速，二是主機轉速，其數值反映在拖輪的不同工作狀態中。此外，根據實際分析，還有其他輔助影響因素，一是作業實際中，水文氣象環境等客觀因素，如風速、風向、潮流、冰況等;二是主機等設備狀態，如高壓油泵、噴油器性能等^[3]。

3 節油降耗措施制定

為加強拖輪節油降耗管理，應結合油耗影響因素研究制定相應措施，具體有如下幾點：

一是規范拖輪航速管理。航速是影響油耗的關鍵因素之一，據研究船舶勻速直線航行時，油耗與航速立方成正比，而航速直接由駕駛員操縱控制，屬人為因素，合理限制航速可大幅降低油耗。例如規定在確保生產和安全前提下，港池內航速不超8Kn，航道上航速不超11Kn，作業結束返回碼頭時不超7Kn等^[4]。

二是規劃好拖輪調派。生產作業時，通常是多艘貨船同時進出港，且每艘貨船一般都至少需要兩艘拖輪，因此多艘拖輪共同作業是常態。合理調派拖輪，例如應避免拖輪長時間等靠，拖輪作業就近的優先選用，同一艘貨船優先選用相同馬力拖輪，貨船噸位大宜選用大馬力拖輪，接送引航員宜選用小馬力拖輪等。

三是合理控制主機轉速。在拖輪頂推和拖拽作業狀態時，拖輪須根據貨船駕駛員指令調整出力大小，此時主機轉速是直接影響因素，不合理地提高主機轉速會增加油耗，也會對作業造成安全風險，駕駛員應熟知拖輪性能，根據作業狀態調整主機轉速，對于額定轉速為750rpm的主機，一般要求主機轉速控制在600rpm以下，能夠滿足絕大部分作業要求。

四是加強設備維護保養。應根據船舶運行狀況，合理安排拖輪日常保養和航修工作，及時解決設備故障，確保設備正常運轉，避免因機械故障導致油耗異常偏高。輪機長應嚴格執行設備維修保養計劃，定期對主機、輔機、鍋爐等設備進行維護保養，保證設備處于最佳運行狀態。

參考文獻：

[1]吳章林，王國強. 港作船舶燃油消耗實時監控系統的研究與應用[J]. 港口科技，2013（1）：22-24，41.

[2]魏小星， 徐軼群， 郭濤. 船舶油耗遠程監管系統的設計[J]. 船電技術， 2015， 35（010）：45-49.

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[4]黃斌華. 淺析全回轉拖輪節能降耗措施[J]. 天津航海，2020（2）：58-59.