超低速航行与节能减排

香港海宏船务有限公司 黄建山

随着航运市场的持续低迷，香港海宏有限公司主动参与节能减排，其中一个重要举措就是降低船舶航速，通过加装主柴油机涡轮增压器的切断系统，使主机可以长时间在超低速的情况下保持良好的工况。这样不仅可以节省燃油消耗，降低碳排量，而且可以减少运力，调整市场运价，使停航船舶投入运营，避免利润损失。

一、最高盈利航速

最低耗油率航速即每千瓦时所耗的燃料最低，又被称为经济航速，一般既定的柴油机在其85%负荷时最小；而最低燃油费用航速即每海里燃油消耗量最低，对一定的航程其耗油最少，耗时最长；最高盈利航速即在航运期内盈利最大的航速,要综合考虑,船期、油价、市场状况、租金等因素，船公司都期望可以以最低投入获得最大的收益。在当前运力过剩的情况下，不管船舶运营与否，当其固定成本无法降低时，就只能采用节省燃油费用来降低航次成本以提高运营效益，这样才可能使用最低燃油费用航速。由于航运市场运力过剩，租金居低不上，船速越开越慢，甚至不惜牺牲主推进装置的使用寿命而长期使用超低速航行来达到盈利的目的。

二、增压器切断系统的意义

1.增压器切断系统( turbocharger cut-out system )

金融危机导致航运业滑坡一直延续至今，市场前景不容乐观，许多船公司采取停船或超低速航行措施，以减少船舶对海洋环境的污染和经济损失。

利用经济航速运行，一般不需要增加投资，只要求有严格的科学管理和熟练的操作技术，就能获得显著的经济效果。而长期的降速航行，特别是超低速航行，由于主动力装置远离设计工况，燃烧恶劣，不仅使油耗率增加，大气污染增加，还会增加机损事故和维修保养次数。发动机厂家、船公司、船员应主动从各个方面研究如何改善低负荷时的工作状况,如每天2小时的加速，以便对锅炉吹灰和增压器的冲洗，缩短废气锅炉的水洗时间,加强对主机扫气道、活塞、缸套状况的检查,适当调高缸套冷却水温度以减少低温腐蚀,缩短吊缸周期等等。这些方法消耗公司大量财力、物力和人力，且无法从根本上解决问题,收效甚微。纵观超低速航行主机工作状况,如何提高扫气压力是解决问题的关键。

增压器切断系统就是具有双增压器的大型柴油机,当柴油机运行在50%以下额度功率时,封闭一台增压器工作,使另一台增压器工作在设计工况内,在同样的柴油机负荷下,大大提高扫气压力,以改善柴油机燃烧环境、降低排烟温度、减少单位功率的耗油量和NOx 的排放，达到节能减排的目的[1]。

2.安装增压器切断系统

图1 离心式压气机工作特性

如果没有安装该系统，当低负荷运行时，由于排气进入两台涡轮增压器转速太低，由离心式压气机工作特性可知,压气机效率就会很低。由于扫气压力低，需要启动辅助鼓风机以增加扫气压力，这就必须像备车状态一样运转两台发电机给电网供电。由于扫气压力低，排气量不足，废弃锅炉蒸汽量不足以供船舶运行时日常需要，还应启用燃烧辅助锅炉以补充。

图1 中离心式压气机工作特性表示在不同转速下，压气机的排出压力，效率随流量变化规律1、2、3、4 为等转速特性曲线，转速越高曲线就越高，D 为等效曲线，越靠近椭圆的里边曲线效率越高，B 为压气机在各个转速下的喘振线。

对于双增压器的主机安装增压器切断系统，使主机在额定功率的50%以下运行时，隔离一台增压器，排气只供给一台增压器，排气总管流通面积变小，涡轮前废气压力增大，增压器转速大大提高。由离心式压气机工作特性可知，压气机效率会增大，使其运行在接近设计工况发出最佳工作效率，提高扫气压力，增加扫气效率，提高过量空气系数，改善燃烧室的燃烧状况。降低每千瓦时的耗油，在这种情况下排气量充足，废气锅炉产生的蒸汽量满足船上的日常用汽，由于扫气压力的大幅度提高，辅助鼓风机自动停止工作，这样相比之下，少了一台发电机和辅助锅炉的燃料消耗[2]。

3.使用增压器切断系统的管理

使用该系统时，主机必定是超低速运转，所以在阀门关闭前必须对主机进行设定。负荷限制在50%以下，主机转速也要限制，如最大转速为79.3 r/min 一般限制在 60 r/min，这样可以防止负荷变化或误操作而引起增压器超速。主机必须处于停车或DEADSLOW 的状态下才可以进行切换，以防止切换时对增压器的冲击。适当提高缸套冷却水温度（2℃～3℃），调整扫气温度以防止低温腐蚀。航行中第一天机舱需要有人值班，确保安全，以后视情况决定是否无人机舱，增压器颗粒冲洗和锅炉吹灰照常进行。到港前一天切换到全速航行，这样有利于对排气系统的冲刷以防止烟灰的堆积、燃烧室积炭。到港停车后，如果有时间，应对扫气道进行检查，对活塞头、活塞环、缸套和缸盖等进行检查并拍照，将照片寄给公司以便监控，加强对曲拐箱运动部件的检查，有异常要及时报告公司机务，缩短空冷器、扫气道清洁周期，缩短废气锅炉的水洗周期。增压器切断系统如图2 所示。

图2 增压器切断系统实物图

三、超低速航行实例

作为节能减排的倡导者和先行者，香港海宏有限公司的大部分VLCC 和 AFRAMAX 油轮都安装了涡轮增压器的切断系统（ Turbocharger Cut-out System ）,并且具有完善的操作规程和管理体系，如图3 为所示。

图3 涡轮增压器的切断系统图

公司根据租家的要求来决定使用全速、经济航速还是超低速。如果使用超低速航行，在离港定速前用dead slow 或stop 主机，然后关闭一台涡轮机进口阀和压气机出口阀，对主机进行设定：a.负荷限制要低于50%，b.转速限制，c.适当调高缸套冷却水（要比平时高2℃～3℃）。重新加速或启动之后，要多注意主机各个参数和增压器的工作是否正常。平时要加强对主推进装置的监控，加强增压器的冲洗、锅炉的吹灰。停航时要对扫气箱进行检查（扫气道、缸套、活塞环和活塞头等），根据活塞和活塞环状况来微调气缸油等等。

实践证明，在超低速航行时使用涡轮增压器的切断系统，主机的缸套、活塞环和活塞头状况比未安装该系统时有了明显的改善，大大降低机损事故发生和维修保养量，节省了由于长期超低速航行而引起的物料备件的消耗。关于超低速航行的具体管理，此处不再详述。

表1 船舶在全速、经济航速、超低速无Cut、超低速有Cut时各设备的耗油量

这里以笔者曾经工作过的超大型油轮VLCC(30 万吨)从韩国的YOSU 到波斯湾的FUJIARAH，主机型号：DOOSANMAN-B&W 7S80MC6 以全速、经济航速、超低速无Cut-out System 和超低速有Cut-out System 所耗的燃料来阐述超低速节能减排的重要意义，见表1。

从表1 的数据中可以看出，同样的航程，超低速航行可以省1/3 的耗油，而使用涡轮增压器的切断系统要节约更可观的燃料，在航运不景气的时代就格外显眼。

表1 的数据是从船舶实际运营中统计出来的。由于受到海况和季节的变化，各种耗油会随之发生变化，如在寒冷区域超低速航行也需备锅炉，所以上述表格数据仅供参考。

四、结语

当前，全球正处于后金融危机时代，航运市场尚未走出低谷，保护海洋环境、防止大气污染任重而道远。节能减排是每个航运公司的宗旨，也是每个有责任心的航海人不变的信念，船岸同仁只有同心同德，共同应对金融危机和环境危机的挑战，才能帮助公司走出困境，而超低速航行正是两全其美的有效举措。

[1]吴恒,夏治发.轮机长业务[M].大连海事大学出版社,2000:77-81.

[2]杜荣铭.船舶柴油机[M].大连大连海运学院出版社,1992:148-152.