某油船電力負荷計算問題分析

杜 淼 劉永歆 苗國強 徐 冰

某油船電力負荷計算問題分析

杜 淼 劉永歆 苗國強 徐 冰

某油船船東試航時手動開啟了主空壓機以及大部分的廚房設備，此時發電機的單機負荷率為87%。該船東認為發電機的容量偏小，并懷疑船廠的負荷計算存在問題。結合其他項目的經驗進行理論計算，對船東進行合理解釋，用理論結合實際說服船東不需增加發電機的容量，從而為船廠節約建造成本，也為船東節省運營成本。

三類負載法；負荷計算；間斷負荷系數

一、問題描述

某油船共配備三臺發電機，每臺輸出功率為780千瓦。根據建造說明書的要求，在正常航行的工況下，1臺發電機即可滿足航行期間的容量要求（由于發電機的增機負荷率是90%，所以負荷的總量不能大于單機的780×90%=702千瓦）。船東非常關心發電機的負荷問題，在首制船試航期間，船東在船舶無人機艙試驗狀態時（即無人機艙試驗的設備全開啟的狀態），又手動開啟了主空壓機以及大部分的廚房設備，此時，一臺發電機的容量約為680千瓦?？紤]到未開啟的廚房設備（可傾斜煎鍋和蒸鍋共22千瓦）和焚燒爐（20千瓦左右），船東認為發電機的容量選小了，并對本船的負荷計算提出了質疑，認為負荷計算中很多設備的負荷系數比另一大型油船選得小。本船的負荷計算的結果如表1所示。

表1 計算的結果

二、三類負載法

首先，船廠的電力負荷計算方法采用的是國防工業出版社2013年出版的《船舶設計實用手冊》（以下簡稱《手冊》）里的三類負載法。

三類負載法，顧名思義，即把負荷分為三類：第一類負載——連續使用的負載；第二類負載——短時或重復短時使用的負載；第三類負載——偶爾短時使用的負載，以及按操作規程規定可以在電站尖峰負載時間外使用的負載。

在實際的計算中，將各個負載劃分為以上三類，采用不同的負載系數，同時還要乘以不同的同時系數。[1]具體公式如下：

其中：Pe為電動機額定功率；η為電動機額定效率；K1為負載系數；K2為同時系數。

三、負荷計算

船廠的負荷計算即是基于以上的方法，其負荷系數、同時系數的選取是結合其他多個實船經驗并參照《手冊》的數據。

根據《手冊》，負荷系數根據負載的不同而有一定的差別，例如泵類通常在0.75～0.9，風機類在0.6～0.9，本項目的設備的負荷系數也在這個范圍之內，大多數取0.7和0.75。

《手冊》中還建議，同時系數對第一類負載可按照0.8～1選取，第二類負載按照0.3～0.5選取，第三類負載通常可以忽略不計。在本項目的負荷計算中，第一類負載通常取0.9～1，第二類負載通常取0.4。[2]

綜上，本項目中系數的選取符合相關的設計要求。

負載計算的部分內容參見表2所示。

表2 部分負載計算

四、原因分析

（1）至于船東認為負荷系數選得比另一載荷量約為本船兩倍的大型油船的負荷系數小這一情況，很重要的原因是本船的設備電機選得較大（本型船的一些設備的容量甚至等于或大于大型油船設備的容量，如燃油凈油機和低溫淡水泵），而實際的功率消耗比較小，所以，設備實際的負荷系數較低。本船與另一大型油船的部分設備電機容量的對比如表3所示。

表3 負荷比較

（2）關于船東提出航行時開啟主空壓機，同時開啟所有的廚房設備及焚燒爐的要求，船廠認為船東要求的這種狀態太極端，船上幾乎不會出現這種情況。首先主空壓機主要為主機及發電機提供啟動用的壓縮空氣，航行期間，主機及發電機均已啟動，幾乎不會啟動主空壓機，只有在空氣瓶的壓縮空氣泄漏較多的情況下才偶爾啟動。即使非常偶然的情況下啟動了空壓機，也應該按照第二類負載考慮，即同時系數為0.4。

主空壓機實際消耗功率Ps=Pe/η×K1×K2= 52/93.7%×0.75×0.4=16.6 kW。

廚房設備只在做飯期間工作，也不會出現所有的廚房設備都開啟的情況，因為通常船上的大廚只有一人，不可能對所有的廚房設備同時操作。而且廚房設備屬于第二類負載，同時系數取0.4。

廚房設備實際消耗功率Ps=Pe/η×K1×0.4=22/93.7×0.75×0.4=7 kW。

焚燒爐也是油渣積累到一定程度才開啟（人工可控，沒必要非在負荷大時同時開，從而人為加大發電機功率）。焚燒爐應該介于第二類和第三類負載之間，甚至可以忽略不計。如果考慮，其實際消耗功率Ps=Pe/η×K1×K2=20/91.5%×0.75×0.4= 6.5 kW。

五、解決措施及預防

根據上述計算，即使把廚房設備和焚燒爐的負載加進試航期間的發電機功率中，發電機的實際功率為680 kW+7 kW+6.5 kW=693.5 kW（空壓機在試航期間已經開啟，不需要計算），也小于單臺發電機的起機負荷功率（780 kW×0.9=702 kW），這還是在考慮焚燒爐為第二類負載的情況下。

經過對船東合理解釋，并在負荷計算中修改了這些設備的計算，船東最終接受了我們的意見。如果按照船東的要求，增加發電機的容量，那么在各個工況實際的油耗及各種消耗均會增加，也增加了船東的運營成本。

六、結束語

針對某油船在試航期間船東提出發電機負荷緊張的問題，給出了合理的解釋，并進行了適當的計算修正，消除了船東的憂慮，也為船東節省了開支，同時也為同類問題的解決提供借鑒。

[1]張朝暉.海洋石油工程設計指南[M].北京：石油工業出版社, 2006.

[2]中國船舶工業集團公司.船舶設計實用手冊：電氣分冊[M]. 3版.北京：國防工業出版社,2013.

10.16176/j.cnki.21-1284.2017.08.008

杜淼（1976—），男，大連船舶重工集團設計研究院，高級工程師（主任設計師）。

劉永歆（1977—），男，大連船舶重工集團設計研究院，高級工程師。

苗國強（1977—），男，大連船舶重工集團設計研究院，助理工程師。

徐冰（1980—），男，大連船舶重工集團設計研究院，助理工程師。