船舶降速航行管理

傅金浩

船舶降速航行管理

傅金浩

在航運市場極端低迷的形勢下，各航運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，對機械設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，以及主機工作特性和船舶設計特點對極端降速的限制，在此基礎上提出主機降速應采取的安全管理措施。

極端降速；航行安全；船舶主機管理；主軸承；缸內燃燒

一、引言

從2009年開始，航運市場開始逐步下行，由不正常的暴利突然跌入極度虧損的深淵，同時又有大量船舶運力集中投入市場，且燃油價格持續攀升，使得各航運公司運營成本大幅提高，給經營創效帶來了極大的壓力和困難。為此各航運公司紛紛尋找對策，其中最為顯著的措施就是大幅降低營運船舶航速，以期在節能的同時起到消耗運力的作用。到2014年，油運市場有所恢復，燃料油價格一路下滑，各航運公司的油輪又基本上恢復到了正常的營運航速。當前，隨著油運市場的再一次走低，以及燃油價格的逐步回升，未來幾年航運市場仍然不被看好。可以預見，新一輪的船舶極端降速航行為期不遠。筆者通過前期船舶降速運行積累的一些經驗心得，在此與業內的同行作一交流。

我司以前的絕大多數船舶主機都是MAN B&W 的MC型，近兩年來接入的船舶主機都是MAN B&W 的ME型。ME型機的設計雖然具有良好的低速運行性能，但在熱工管理上與MC型并沒有本質的區別。由于當前ME型機符合TieII的要求，燃燒循環的噴油更加滯后，后燃相對更多，所以長期低速運行帶來的問題可能會更多。船舶極端降速航行畢竟是不得已而為之的舉措，需要小心謹慎操作。首先要根據船舶實際運行情況、航運載貨要求，逐步調整主機持續最低轉速，并連續跟蹤船舶各運行參數變化情況。在降速航行的初期，我們經過長達近一年的調研，認為只要采取一定的措施，船舶主機在極低的負荷下連續運行是可行的。船舶實施安全降速運行無非是通過硬件、軟件及日常管理來實現的（見圖1）。

圖1 船舶實施安全降速航行基礎

柴油機廠家也根據市場形勢及時發布了技術通函（尤其是MAN SL09-511和MAN SL08-501），對極端降速給予了一定的指導。這成為我們的理論依據。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，依托軟件，在PMS中視情適當調整檢修周期，加強熱工監控管理，及時發現問題并給予指導。在管理上，進行大量的數據采集和分析，從技術層面上形成指導意見，保證了船舶極端降速的安全實施——這體現出了公司機務和船舶的管理水平；最重要的是，在需要時，船舶主機不但能夠長期低速運行，而且能夠隨時恢復服務轉速——這才是船舶管理工作所應具備的能力。

二、船舶極端降速的潛在危害

1.主機曲軸軸承磨損

軸頸負荷P與軸頸尺寸r和l、軸的轉速w、滑油黏度和軸承間隙ψ的關系公式為：

可以得到軸承承載壓力與軸的轉速成正比。負荷過大，會造成軸承的過度磨損；相反，軸的轉速過低，就不可能建立適當的油契壓力，形成液體動力潤滑（見圖2、圖3）。主機長期低速、低負荷運行，頻繁地啟動與停車，會造成軸承的不正常磨損。

圖2 主機軸瓦潤滑縱剖面

圖3 主機軸瓦潤滑橫剖面

2.主機汽缸套、活塞等部件的不正常磨損

主機活塞在汽缸中往復運動，工作環境十分惡劣，所以兩者之間的潤滑方式只能是薄膜潤滑。薄膜潤滑又稱邊界潤滑，是指運動的工作表面之間只能保存一層吸附在金屬表面上的油膜。據此可知，活塞與汽缸套之間的邊界潤滑油膜極易破裂，造成較大的摩擦磨損。船舶主機缸套沿著軸線方向的磨損規律如下。（1）磨損最嚴重的部位：缸套上部、活塞到達上死點時第一道活塞環所對應的部位（活塞在此部位的運動速度最低）。（2）磨損第二嚴重的部位：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區域，除了潤滑條件等其他原因外，活塞在上下部位的運動速度低也是一個最重要的因素。主機低轉速運轉，在活塞與缸套之間就不容易形成有效的邊界潤滑，從而每個工作循環缸套磨損的幾率就會加大。在極端降速的情況下，燃油的燃燒質量變差，燃燒不良產物增多，也會增加缸套的磨損。

3.對主機透平、廢氣鍋爐的不利影響

主機轉速越低，主機透平的轉速就越低，進入主機汽缸的空氣壓力（即掃氣壓力）或者說進入主機的空氣量自然也越低（即空氣密度低），使主機缸內的工作循環不可能有充分的掃氣，導致柴油機是在較低的空氣/燃油比下運行，汽缸內燃燒不良。不良燃燒產物會越來越多地聚集在掃氣箱內，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。同時，主機廢氣流量、流速減小，使透平噴嘴環、廢氣葉輪及廢氣鍋爐沉積煙灰的可能性大大增加。煙灰的沉積會損壞渦輪增壓器的性能，增加透平軸承磨損、噴嘴環燒蝕的風險。對于廢氣鍋爐，特別在具有翅片的水管廢氣爐內，低負荷運行會沉積更多的煙灰，大大增加了廢氣鍋爐煙面發生火災的可能性。以上這些風險，會隨著船齡的增加而逐漸凸顯出來。這是其一。其二，在低負荷、低轉速時，排氣流量降低，溫度低，使在透平及廢氣鍋爐內某些流道中的廢氣流通速度降低，更容易產生硫酸，形成低溫腐蝕。長期的低溫腐蝕，勢必影響透平及廢氣鍋爐的使用壽命。

主機在60%到65%以上正常負荷時，主機透平效率較高，排煙溫度亦平穩增長；低于這個負荷一段區域內，透平效率很低，主機排煙溫度異常增高；主機負荷在35%以下時，主機透平效率極低，只能依靠輔助鼓風機幫助增加空氣進入量。MAN 7S80船舶主機鼓風機一般在掃氣壓力設定為45 kPa左右時啟動，掃氣壓力設定為75 kPa左右時輔助鼓風機停止。可見，極端降速的情況比較復雜，需要多方面考慮，盡可能防止鼓風機發生嚴重的損壞。

三、主機工作特性和船舶設計特點對極端降速的限制

船舶主機的最低穩定轉速，限定了主機運轉的最低轉速。船舶的主機選型裝船后，主機的允許工作范圍就已經確定。這個工作范圍由限制特性、標定轉速（或其相應的調速特性）、最小負荷速度特性、最低工作穩定轉速所限制。柴油機的負荷會隨著轉速的降低迅速減小，在過小的負荷下工作時每個循環供油量太少，而且各缸的供油量在此情況下將變得更加不均勻，結果就可能導致各缸功率顯著不均，柴油機運轉不穩定。同時，在極端降速時主機的熱效率大大低于正常值。最低工作穩定轉速與柴油機的汽缸數量、設計形式和推進軸系（即中間軸、尾軸承及螺旋槳等）配置等因素有關，是主機能夠穩定工作的最低轉速。以VLCC船舶MAN B&W 7S80MC主機為例，其最低穩定轉速一般為18轉/分鐘，對應的負荷大約為額定負荷的10%。

主機共振（這一概念我們并不陌生）轉速區（臨界轉速區），限定了轉速的任意降低區域。由于船體、主機自身設計及其推進軸系的選配等原因，在主機工作轉速范圍內存在很多共振區，其中共振最大的主機共振所對應的主機轉速區段稱主臨界轉速區，也就是轉速禁區。所以，在主機降速航行期間及任何情況下，主機使用的轉速必須避開此區域（VLCC船舶MAN B&W 7S80MC主機共振轉速區在31～38轉/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主機為例，我司船舶當前最低已經降低到主機額定功率的17%連續運行，耗油達到約20噸/天。雖然能夠節省大量的燃油成本，但在管理上必須采取一定的措施，才能夠保證設備長期安全穩定運行。主機降速到18%～20%負荷對應的轉速在43～45轉時，車鐘手柄大致在“half”位置（各船型略有不同，但區別不大），相應需要主機輔助鼓風機連續運轉，兩臺輔機并聯運行，輔助鍋爐置于低壓自動模式等。在此，建議采取如下措施：

（1）堅持主機每2～3日加速到75%MCR以上一次，時間1～2小時，并進行廢氣爐吹灰和主機透平沖洗；航行中加強廢氣爐煙氣進出溫差和壓差的檢查和記錄；每航次水洗廢氣爐，如航線長，可每隔10～15天停航檢查，必要時水洗廢氣爐煙面，并根據實際情況調整水洗間隔。

（2）對使用ALPHA電子汽缸注油器控制的船舶，運行在25%負荷以下，主機汽缸注油器將自動轉至轉速模式，相應汽缸油注油率會偏大，需計算主機汽缸油注油頻次即每隔幾轉注油一次。注一次油的間隔期不應大于7轉。

（3）堅持每航次對主機缸套和活塞環進行檢查和測量，關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，加強掃氣箱內止回擋板及鼓風機進口止回擋板的檢查。

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

（5）運行中加強對輔助鼓風機馬達的檢查（溫度、震動和聲音）。

（6）避免主機在臨界轉速區運行。如遇惡劣天氣，主機使用轉速應離臨界轉速區遠一點。

（7）輪機長要及時（建議每一降速航次）總結和反饋極限降速時各設備的運行情況。

（8）如有機會，檢查船殼外板海生物的附著情況。

（9）加強主機曲柄箱的檢查，主要是關注降速對主軸承的影響。

（10）主機輔助鼓風機長時間運轉存在潛在的損壞風險，應為船舶至少配備一臺。

五、總結

主機極端降速運行，對缸內燃燒肯定是不利的，但通過近幾年的運行情況來看，對缸套的磨損率并沒有增加，畢竟機械應力和熱應力比正常航行小了許多；由于燃燒不良，進排氣及燃燒室臟污較快，船員的工作量增加了很多。鑒于市場狀況，船岸管理者應共同努力，克服不利因素，渡過難關，尤其需要加強溝通并總結船舶極端降速管理經驗，以便及時調整管理措施，保證安全營運，為公司效益最大化做出貢獻。

10.16176/j.cnki.21-1284.2017.05.007

傅金浩（1965—），男，大連中遠海運油品運輸有限公司，輪機長。