簡析試航燃油消耗率的計算和影響因素

苗立勇，張王征

（青島揚帆船舶制造有限公司，山東青島 266209）

簡析試航燃油消耗率的計算和影響因素

苗立勇，張王征

（青島揚帆船舶制造有限公司，山東青島 266209）

分析影響商船試航期間主機燃油消耗率的因素，探討在船舶空載和特定工況條件下，主機測量的燃油油耗率偏高的原因及改進方法。

試航；燃油；油耗

0 概述

在船舶制造行業，商船試航階段的燃油消耗率通常作為單獨一個測試項目進行，一般在耐航期間進行測量，該指標作為一個重要的主機性能參數，一直受到船東和船廠的重視。現階段造船行業不景氣，燃油消耗率更被視為船廠技術能力的一個指標，關系到船舶的燃油系統合理性、設備匹配性和船廠工藝先進性的整體性能，是船東考察船廠技術水平的一個重要視角。

一般情況下，試航期間的主機燃油油耗率要高于主機臺架試驗測得的油耗率，表1是廣州某船廠8.2萬噸散貨船系列船的燃油消耗率（此系列船主機都是MAN B&W 5S60MC-C，主機臺架試驗油耗率也均在168g/kWh左右）。

從表中可以看出，在船舶設備配置相同的情況下，燃油消耗率卻相差很多，且與主機臺架試驗燃油消耗率相比相差也很大。以下對試航期間測量燃油油耗率的程序進行介紹，并對影響因素做簡要分析。

表1 某船廠8.2萬噸散貨船系列船的燃油消耗率表

1 試航期間對燃油消耗的測量程序及計算公式

1.1 試航期間對燃油消耗的測量程序

1）一般需在主機最大持續功率（SMCR）75%測量一次，85%測量兩次，間隔時間一般可選30分鐘或一小時。考慮到測量準確性，一般選用一小時。參考值選用的是85%SMCR工況時的主機燃油耗油率。

2）測量期間，盡量使航行方向走直線。

3）讀取主機進口和出口流量計讀數。注意部分船舶只是在燃油管主機燃油回油接口后端布置一個流量計，此流量計數值就反應了主機的油耗量。

4）計算功率和轉速取測試時間內的平均數。

5）記錄鼓風機進口溫度和掃氣箱溫度，并計算測量期間的平均值。

6）記錄每個工況開始時和結束時的燃油進機溫度，計算平均數。

7）記錄每個工況開始時和結束時鼓風機附近的大氣壓力，計算平均數。

8）需分別記錄每個工況過程中的風速、風向、航速、浪高、水深數據。

1.2 計算燃油消耗率的公式

1）實測油耗值b’（g/kWh）

其中，VTotal=VIn-VOut為總耗油量；Dt1為密度，Dt1=D15℃-(t1-15)×0.00063；P為功率；h為時間。

從MAN主機臺架試驗附帶的燃油消耗率修正公式：

修正燃油耗值SFOC（g/kWh）：

其中，SFOC(MEA)為測量油耗值；P0為大氣壓；T0為鼓風機進口溫度；TS為掃氣箱SCAV；LCV為燃油低發熱值。

2 油耗值的影響因素分析

在試航期間測量的油耗值一般會高于主機臺架試驗的油耗值，如廣州某船廠 50000噸散貨船，主機為6S60MCC-7 tier I，CSR工況下：8882.5kW, 99.5r/min，臺架試驗主機油耗率為 166.4g/kWh而試航實測值為180.4g/kWh，實測油耗值明顯大于臺架試驗測量值，而主機油耗率反映在主機燃油日耗量上[1]：

式中：PCSR為主機在CSR時的功率，kW；gCSR為主機在CSR時的燃油消耗率，kg/kWh。

即若在耗油率上相差 14g/kWh時，日油耗量相差為2.98t，因此在船舶運營經濟型上，一個航次就相差的油耗量就會是一個很大的數值。

考慮到和實測油耗值有關的因素，從主機耗油量公式分析[2]：

式中，g為耗油量，g/kWh；G為流量計讀數，l/h；I為燃油比重；P為軸功率，kW；C為修正系數。

修正系數、燃油比重和流量計讀數可視為定值，可變值只有總耗油量和測量功率，由于測量功率為軸輸出功率，因此影響軸功率輸出的因素對油耗都會有一定影響。究其原因，有以下幾點可在試航期間影響軸功率的輸出。

2.1 空載狀態的影響

試航時，船舶運行狀態為空載，非設計吃水。例如某船廠50000噸散貨船設計吃水為10.4m，試航時為壓載吃水，艏吃水為4.268m，艉吃水為7.19m，和設計吃水相比吃水值要小，試航時船舶運行阻力也相對較小。

圖1為參考主機負荷特性曲線[3]。

圖1 參考主機負荷特性曲線

ηe=ηi/ηm，其中ηe為有效效率；ηi為指示熱效率；ηm為機械效率。

從負荷特性曲線上，有效耗油率ge和有效效率ηe成反比，從低負荷開始ge隨負荷的增加而下降，但負荷增加到一定程度時，因過量充氣系數a下降，使混合氣的形成及燃燒過程惡化，故ge開始上升。因此油耗ge的曲線呈中間低兩頭高，大約在80%～90%標定負荷之間，存在一個ge的最低點，這一負荷時油耗最經濟。然而，在低負荷下燃油消耗率ge顯著增大，ηe降低，這是所有柴油機的特性，因此柴油機在空載或低負荷下運行是不經濟的。此時測得的油耗值相對也是較高的。

2.2 試航海況的影響

臺架試驗是在靜水和額定阻力下進行的試驗。但試航期間，水流的速度和方向存在變化，風速和風向也存在變化，船舶運行時加速和減速的情況也時常發生，則進程比λp必然隨海況的影響發生變化。

因在試航時，CSR工況選擇是按照軸功率值為依據的，因此軸功率值是一定的。

根據螺旋槳特性曲線[3]，可得λp對機槳配合的影響，見圖2。

圖2 λp對機槳配合的影響

螺旋槳特性曲線還隨運行工況而變，如上圖所示，通常用進程比λp這個表征螺旋槳水動力性能的重要參數來表示。船舶定速時，λp為定值，就有一條相應的螺旋槳特性線。在變工況下，船速發生變化，λp也必然改變。

當船舶阻力減小時，λp變大，螺旋槳特性曲線變的平坦，若把λp1認為是設計吃水時的工況，則λp2和λp3分別表示阻力增大和阻力減小時的工況，因空載時阻力相對較小，即空載時的螺旋槳特性曲線是λp3。此時，若主機輸出功率不變，則與螺旋槳特性曲線上的交點是3，柴油機的轉速n3高于n1，功率也略高于Pe1。

在這種情況下，柴油機的熱負荷將增加，同時由于超過額定轉速n1，從而導致機械功率降低和機械負荷大大增加（主要由運動件慣性力增加而引起）。因部分功率在以上原因的損失，致使測得的油耗率升高。

2.3 主機燃油噴射器的噴油定時調整

試航期間，主機燃油噴射器噴油定時調整是一個漫長且及其考驗主機調試廠家技術的一項工作，也是影響主機油耗的一個重要因素，若噴油定時調整不準確，會出現主機燃油噴射器噴射提前或延后的情況，在此兩種情況下，都會使主機燃油燃燒不充分，即消耗同樣的油，測得的輸出功率相比減少，則計算出的燃油油耗率必然升高。

正常p-φ展開圖[3]如圖3所示，某船廠8.2萬噸散貨船5號船測得的單缸p-φ展開圖如圖4所示。

圖3 正常p-φ展開圖

圖4 5號船測得的單缸p-φ展開圖

與正常p-φ展開圖在爆發點處（即曲線最高點處）有差別,此船測得的p-φ展開圖存在主機噴油定時調整不準確或二次噴油的情況，在此情況下測得的油耗率也明顯高于其它船。

2.4 記錄燃油進油和回油的準確性

以下幾種讀數方式可能會影響燃油消耗率數值：

1）時間控制不準確。試航期間，不是用秒表計時，而是用手表或手機時間代替，不能滿足計時的準確性。

2）讀數時順序錯誤，即開始測量時讀數的流量計和結束測量時讀數的流量計順序不一致，不能保證進油流量計和回油流量計都等于額定時間。例如：測量開始時，先讀回油流量計讀數，再讀進油流量計讀數；測量結束時，先讀進油流量計讀數，再讀回油流量計讀數。在此測量期間，回油流量計測量時間就要大于額定時間，而進油流量計測量時間可能就要小于額定時間。

3）讀數錯誤。流量計形式不一樣，有時讀數人員對流量計不熟悉，導致讀數錯誤。

3 結論

綜合以上，在試航時，空載的狀態、試航工況、讀數準確性和主機燃油噴射定時均影響軸功率的測量值，也相應影響到主機油耗值。為避免試航期間主機燃油消耗率過高，可以從上述影響因素入手，采取相應措施，使試航油耗率更能反映主機的真實油耗率。

[1] 于洪亮, 黃連忠. 船舶動力裝置[M]. 大連: 大連海事大學出版社, 2006.

[2] 陸俊岫. 船舶建造質量檢驗[M]. 哈爾濱: 哈爾濱工程大學出版社, 1996.

[3] 朱建元. 船舶柴油機[M]. 北京: 人民交通出版社,2004.

GE與重慶耐德簽署合作備忘錄 提供260套CNG In A Box系統

GE石油天然氣集團今天宣布與知名的石油天然氣、環保與汽車設備制造商耐德公司合作。耐德將在未來三年內采購260套CNG In A Box系統。GE石油天然氣集團同時還宣布其高速往復壓縮機生產基地在中國沈陽落成。

GE 創新產品CNG In A Box系統將為耐德公司及其客戶提供小型、即插即用的壓縮天然氣供氣解決方案，幫助改善中國的天然氣供氣基礎設施。中國快速的城鎮化建設使得交通工具和工業應用對于燃料的需求激增。CNG In A Box系統特別為應對這一需求而設計，可以緩解因天然氣管道的局限帶來的壓力。建設天然氣加氣站符合中國當前從汽油和柴油轉為更清潔、經濟的天然氣燃料的發展趨勢。

CNG In A Box系統是GE綠色創想產品。使用CNG In A Box系統的壓縮天然氣燃料供給可以減少24%的二氧化碳排放量（和使用汽油燃料相比，相當于每輛車每年減少2.2噸的排放量）。而一氧化碳、氮氧化合物（NOx）、細顆粒物和揮發性有機化合物的減少將更為明顯。如果按照每年41120公里的駕駛里程計算，汽油價格為0.9美元/升，壓縮天然氣的價格為0.56美元/升，那么一輛使用壓縮天然氣的汽車每年燃料成本可降低40%。

GE向耐德公司提供的壓縮天然氣（CNG）加氣站設備將配備標準大小的CNG In A Box?系統，其中包括多個子站。這種設計可以盡可能減少對先期鋪設天然氣管道的需求。母加氣站擁有先進的監測功能，能夠在子加氣站的天然氣存量降低到一定水平時自動供氣，這個獨特的功能將減少中國當前天然氣供氣基礎設施所導致的等待時間。

包括CNG In A Box系統在內的GE天然氣解決方案中一個必不可少的部分是高速往復壓縮機。對于一些小型或者模塊化天然氣解決方案，如石油和天然氣井的生產優化、偏遠地區的發電建設以及利用壓縮天然氣和液化天然氣等替代能源來變革交通運輸行業等項目，高速往復壓縮機是技術核心。GE將生產基地設在沈陽，對國內客戶而言，交貨時間縮短了50%。現階段，沈陽生產基地每年可生產300套高速往復壓縮機。隨著行業需求的不斷擴大，將來還可以擴大產能。GE高速往復壓縮機的主要生產位于美國德克薩斯州的休斯頓，沈陽是其美國生產能力的延展。這一生產基地的落成可以幫助客戶更快速經濟地實施GE天然氣解決方案。

沈陽生產基地生產的首批高速往復（HSR）壓縮機裝置已由中國企業客戶中集安瑞科控股有限公司和杰利陽能源設備有限公司購買。GE高速往復壓縮機生產基地是基于其原有設施成立的，運行于今年6月份就已啟動。GE在沈陽的原有生產設施主要致力于可再生資源和流程技術科學。

Analysis of Calculation and Influential Factor of Specific Fuel Oil Consumption during Sea Trial

MIAO Li-yong, ZHANG Wang-zheng
(Qingdao Yangfan Shipbuilding CO., Ltd., Shandong Qingdao 266209, China)

This paper analyzes the factors that influence the fuel oil consumption of the main engine in the period of sea trial. Aiming at unload and particular working conditions, when the value of fuel oil consumption is higher than the factory measures, the reason and the improved method should be considered.

Sea trial; fuel oil; specific consumption

U664

A

苗立勇（1982-），男，助理工程師。主要從事船舶設計工作。