船用柴油機汽缸潤滑管理策略

楊永東

船用柴油機汽缸潤滑管理策略

楊永東

對船公司來說，如何在保證安全的前提下盡量降低汽缸油的消耗量，是其追求的目標；而對機務部門或船上輪機人員來說，如何在滿足公司節(jié)能要求的同時保證主機運行安全，則是其關注的核心問題。這兩者看似相互矛盾。實踐中有的公司會選擇長期保持較高的汽缸注油率，盡量減少備件維修成本，確保安全。而公司會要求船舶在一定時間里盡量降低汽缸油的消耗量，減少船舶運營成本，這時就會出現(xiàn)缸套磨損率超過所謂“正常值”的現(xiàn)象。就如何綜合考慮汽缸套磨損率和汽缸油成本，平衡兩者之間的關系，選擇最適合本公司運營目標的策略，進行簡要分析。

船用柴油機；汽缸潤滑；缸套磨損率；注油率

良好的汽缸潤滑對保證船舶主機安全和經濟運行至關重要。汽缸潤滑油的作用主要包括兩個方面：一是在活塞缸套與運動部件間形成油膜，減少運動部件的磨損；二是中和汽缸壁上因燃油燃燒形成的酸性物質，減少酸性腐蝕。

船舶主機汽缸潤滑油消耗在船舶運營成本中占可管理成本較大比例（見圖1），因此，船公司一般都十分重視汽缸油的管理，汽缸潤滑是公司機務、船舶輪機長日常管理工作中的重點。筆者在工作中接觸到的部分輪機人員認為船用柴油機缸套磨損率越低越好，因為這樣可以延長缸套使用壽命，節(jié)省備件成本，確保不出現(xiàn)異常磨損或拉缸現(xiàn)象，但這樣往往會增加汽缸油的消耗量，使船舶運營成本增加。

追求利潤最大化是商業(yè)公司的最終追求。對船公司來說，如何在保證安全的前提下盡量降低汽缸油的消耗量，是其追求的目標；而對機務部門或船上輪機人員來說，如何在滿足公司節(jié)能要求的同時保證主機運行安全，則是其關注的核心問題。這兩者看似相互矛盾。實踐中有的公司會選擇長期保持較高的汽缸注油率，盡量減少備件維修成本，確保采樣機型：12K98ME-C，功率：68 430 kW安全。而一些以資本運作為主的公司則恰恰相反，這類公司會要求船舶在一定時間里（第一次特檢之前）盡量降低汽缸油的消耗量，減少船舶運營成本，這時就會出現(xiàn)缸套磨損率超過所謂“正常值”的現(xiàn)象。

圖1 某船舶運營成本分配

鑒于以上，本文就如何綜合考慮汽缸套磨損率和汽缸油成本，平衡兩者之間的關系，選擇最適合本公司運營目標的策略，進行簡要分析。

一、主機缸套期望使用壽命和磨損率之間的關系

MAN B&W 低速二沖程柴油機缸套的磨損極限在2%～4%的缸套直徑范圍內。圖2～圖4是MAN B&W MC 機型到ME 機型的各種不同缸徑的期望使用壽命極限。根據(jù)磨損極限和期望使用壽命極限可以算出在缸套期望使用壽命極限范圍內缸套的磨損率應該控制在什么范圍，見表1～表3。

圖2 MC/MC-C主機建議檢修周期和缸套期望壽命

圖3 ME/ME-C主機建議檢修周期和缸套期望壽命

圖4 ME-B主機建議檢修周期和缸套期望壽命

表1 MC/MC-C主機對應缸套期望使用壽命的磨損率

表2 ME/ME-C 主機對應缸套期望使用壽命的磨損率

表3 ME-B主機對應缸套期望使用壽命的磨損率

二、主機缸套磨損率和汽缸油注油率之間的關系

通過上述圖表可以看出，要維持缸套的推薦使用壽命，實際的缸套磨損率要保持在一個相當?shù)偷姆秶６S持缸套低磨損率最主要的因素是汽缸油的注油率（這里假設沒有其他干擾因素，比如燃燒狀況、燃油質量、掃氣質量等）。根據(jù)大量實驗的數(shù)據(jù)，在滿足汽缸油潤滑、中合酸性的前提下，缸套磨損率和汽缸油注油率有以下關系（基于燃燒室其他部件工況良好的情況下），見圖5。

圖5 缸套磨損率和汽缸油注油率的函數(shù)關系

根據(jù)圖5試驗數(shù)據(jù)，要達到0.02～0.05 mm/kh的缸套磨損率，汽缸油的注油率需要調整在1.2～0.8 g/kWh。為便于計算，假設汽缸油注油率為1.2 g/kWh時，缸套對應的磨損率為0.02 mm/kh；汽缸油注油率為0.8 g/kWh時，缸套對應的磨損率為0.05 mm/kh。

基于上述策略的單缸運營成本（Cost1）用下列等式表述：

Cost1=實際汽缸注油率×缸套期望壽命×主機實際功率×汽缸油價格 （1）

三、不同管理策略下的汽缸油注油率

以主機單缸功率為5 000 kW、2 500 kW和800 kW代表大、中和小缸徑主機的典型功率為研究對象，分別采用最長缸套使用壽命策略和最低汽缸油注油率策略來運營，在綜合考慮所產生的總成本之后進行擇優(yōu)選擇。

根據(jù)表1、表2和表3，采用最長缸套使用壽命策略時，三種不同機型的期望缸套磨損率要控制在0.02 mm/kh、0.04 mm/kh和0.05 mm/kh才能達到其期望的缸套使用壽命，再根據(jù)缸套磨損率和汽缸油注油率的函數(shù)關系圖估算出對應的汽缸油注油率，如表4所示。

由于采用最長缸套使用壽命策略，因此在整個缸套壽命周期里不會出現(xiàn)缸套備件成本，所以表中“所需缸套備件”都為0。

采用最低汽缸油注油率策略時，實際注油率為0.6 g/kWh，根據(jù)缸套磨損率和汽缸油注油率的函數(shù)關系圖估算出缸套的實際磨損率，再根據(jù)缸套的使用極限壽命可以算出缸套的實際使用壽命，見表5。

表4 采用最長缸套使用壽命策略對應的汽缸油注油率

表5 采用最低汽缸油注油率策略對應的實際缸套壽命和備件

從表5 可以看出，對于單缸功率為5 000 kW、2 500 kW和800 kW的采樣機型，采用最低汽缸油注油率策略，缸套的壽命會相應縮短，各自需要0.60、0.75和1個額外的缸套備件和活塞環(huán)備件，同時增加的費用還包括更換這些備件的人工費。

基于最低汽缸油注油率策略下的成本（Cost2）等式如下：

Cost2=最低汽缸油注油率×缸套期望壽命×主機實際功率×汽缸油價格 +缸套備件+活塞環(huán)備件+人工費用 （2）

為了比較兩種策略的優(yōu)劣，用式（1）減去式（2），用OBJ表示：

=實際汽缸注油率×缸套期望壽命×主機實際功率×汽缸油價格 -（最低汽缸注油率×缸套期望壽命×主機實際功率×汽缸油價格 +缸套備件+活塞環(huán)備件+其他相關費用）

=（實際汽缸油注油率-最低汽缸油注油率）×缸套期望壽命×主機實際功率×汽缸油價格 -（缸套備件+活塞環(huán)備件+人工費用）

四、結論

上述式（4）和式（5）僅僅是根據(jù)說明書和服務經驗計算出來的理論數(shù)值，大型主機在一個缸套壽命周期（80 000小時）內如果采用最低汽缸油注油率策略，節(jié)省的汽缸油成本大約為130 000美元，這些成本完全可以彌補由于汽缸油降低而產生的多余備件維修費用，即使是小缸徑主機，在一個缸套使用周期，采用最低汽缸油注油率策略節(jié)省的成本也是不菲的。

根據(jù)以往服務經驗，對大型集裝箱船、VLCC等大功率主機，比較適合采用降低汽缸油注油率、提高缸套磨損率的做法來達到最大的經濟效益。圖6便是某希臘船東在一條VLCC主機6S90MC-C采取降低汽缸油注油率策略來進行管理的實際數(shù)據(jù)。從圖中可以看出，盡管注油率已經降到了接近最低值，但是所有缸套的磨損率都保持在0.05 mm/kh之下。這樣既能節(jié)省汽缸油成本費用，也可以保證缸套備件費用在很低的范圍，船東并沒有選擇保持較高的汽缸油注油率將缸套的磨損率保持在0.02 mm/kh以內。這是在超大型集裝箱船或VLCC上非常常見的一種節(jié)省成本的做法。此時，船公司的管理思路就不是像教材或者傳統(tǒng)的觀念認為的汽缸油注油率越大越好或缸套磨損率越小越好。

最后，在實際應用的過程中還需要考慮主機的實際汽缸油消耗量會比理論計算值高，一般認為只要不超過10% 即為正常可接受范圍。同時，這兩個策略并不是相互矛盾的，不同的出發(fā)點就會有不同的行為伴隨。在機務管理實踐中，相關負責人需要根據(jù)公司的經營方針來調整，選擇最適合自己的方式來平衡汽缸油和缸套配件費用。

圖6 某VLCC降低汽缸油注油率后的缸套磨損實際數(shù)據(jù)

楊永東，MAN Diesel & Turbo Singapore服務工程師。

10.16176/j.cnki.21-1284.2017.04.004