以A轮某航次为例谈海船的节能与降耗

山东交通学院海运学院 王宪坤 刘 洋 许世波 周兆欣 汪运涛



以A轮某航次为例谈海船的节能与降耗

山东交通学院海运学院 王宪坤 刘 洋 许世波 周兆欣 汪运涛

摘要：以“A”轮的实际操作为例，从船舶操作方面研究船舶运营中采用的节能措施，以使船舶获得最大的节能效果和营运效益。经实践验证，这些措施在任何船舶运作的实际操作中都是可行的，它们在船舶航行运作的实际操作中，不仅发挥着积极作用，同时对船舶的节能降耗也具有一定的指导意义。

关键词：船舶操作；节能措施；降耗

对于船舶节能，据最新资料显示已有了许多新的研究成果，然而这些新的研究成果大部分是从新设备、新技术的角度出发研究船舶的节能问题，而使用新设备、新技术不是节能的唯一途径，而且，在目前情况下，也不可能在短时期内使目前所存在的船舶全部更换为应用最新科研成果的船舶。考虑到这种情况，本文以笔者在“A”轮工作期间船上所采取的实际节能措施为例，从船舶实际操作方面研究目前船舶在实际操作中使用的节能措施，以期能对目前船舶的节能降耗有所帮助。

一、“A”轮节能措施

（一）制定、完善、落实相应规章制度，提高员工节能意识和能力

节能工作有章可循、有标可参，“A”轮公司在充分调研的基础上，结合船舶航线、主机类型等实际情况，制定、完善、细化船舶节能的管理办法和奖惩措施并纳入公司的管理体系，同时强调制度执行的力度，做到责任到船、责任到人。采取措施，充分运用信息化手段，加强对船舶使用的燃油、润滑油的全程监管。比如，在传统的午报中，增加主机实际功率和转速、辅机实际功率和使用台数及其油耗数据、锅炉油耗、汽缸油消耗、船舶吃水等项目（从午报上所列项目统计，本人当时担任二副）。公司根据船舶每天发送的中午报告，把船舶的燃油消耗情况结合当时的海况和主辅机工况来综合考核，实现精细化管理。在航次结束后，统计航次燃油消耗，然后对同一时期相同航线上的不同船舶、不同时期相同航线的相同船舶每航次的燃油消耗进行对比，查找船舶油耗增大或减小的原因，对节能有效措施进行统计，形成一套有效的节能措施并加以推广。公司根据以上的实船测量和科学统计，对不同航线不同运营方式的船舶，分别制定不同的油耗标准，如平均每海里耗油量、各船航次耗油量和效益之比。这种标准不仅反映了“A”轮的生产效率和能源利用水平，而且这种标准实现的程度，还可以对节能措施的效果进行分析和评价，以决定进一步采取的措施。

一线员工是船舶节能的参与者和直接实施者，他们的节能理念、节能能力和节能水平决定了节能效果的优劣。公司通过制度和奖惩措施，让“A”轮全体员工深刻理解节能减排工作的重要性，提高员工对节能减排工作的参与热情，在执行奖惩措施的时候，还需要同时兼顾物质和精神两个方面，让员工积极主动地参与节能减排工作，同时对参与实际操作的员工，经常进行技术培训，提高其节能减排的技术水平和能力。

（二）加强信息沟通，实现信息共享

“A”轮配备有C站、F站、NBDP、DSC等先进的通导设备，船舶充分发挥目前船岸双方都拥有的先进的通导设备的通信导航能力，加强公司调度、船舶代理、港方和船方的沟通和协调，及时将一些相关信息进行互通共享，实行动态管理，各方根据实际情况对船舶的运营情况和航速作出安排。本航次“A”轮从龙口港驶往马任加港前，代理将船舶需要在马任加港准备的单证、抵达马任加港的准确时间及其他有关事项及时通知船方。船方根据代理提供的情况预作准备，调整航速。如原计划以15 kn航速驶往马任加港，但考虑到船舶从龙口驶往马任加总航程6 300 n mile，而龙口港开航时间为1200LT，马任加处于东三区，船舶抵达马任加时当地时间为1900LT，而当地天黑以后不作业，加上航次合同上要求船舶在20天的时间内的白天抵达马任加港，以确保船舶的正常作业。故综合考虑以上因素，初步决定调整航速为13.2 kn航行，以保证“A”轮准时在当地时间0600LT抵达马任加，同时准备船舶单证，备好装卸货应备事项，以缩短船舶办结检查工作和停港待泊所用的时间。这种互通信息、共享资源的措施，避免了“A”轮全速赶至目的港却又无法作业，造成多消耗燃油的现象。建议在船舶的营运中尽可能多利用这种措施，以达到节油的目的。

（三）加快作业速度，缩短船舶在港停泊时间

“A”轮船舶吨位为36 000 t，所载货物较多，而且龙口港也具有专用的装卸设备完成货物的装卸且效率较高，因而在船舶装卸货物之前制订了严密的计划。该计划考虑了各舱货物的装卸顺序、数量及装卸速度，各压载舱压载水的排注顺序、排注速度和所用时间，船舶的吃水要求和强度要求等情况，同时考虑了船舶在装卸货物的过程中，任何时候船舶的六面水尺均不得超过泊位限制水深 12m的要求，同时还满足舱口围的高度不超过装卸机械的净空高度要求的情况。因为船舶的预计装货时间较短，加之装卸机械的净空高度需满足要求，故在满足船体强度要求和螺旋桨沉深要求的情况下，提前将1、3、5压载舱的压载水排空，该措施保证了货物及时装上船舶，避免了压载水排出不及时而造成甩货的情况，而且在装卸货物的过程中，采取措施保证任何时候船舶的强度均符合要求，同时保持尾倾-2.5m的吃水差（不同船舶要求的吃水差不同），该操作可以把压载舱内的压载水尽可能排出，减少船上压载水量，从而使船舶尽可能地多载货物，对船舶的节能有利。对于上边柜的压载水，因为“A”轮自排速度较快，故采用自排，当自排无法排出时，再利用水泵抽出。从船舶的强度方面考虑，船舶装卸轮回数越多对船舶的强度越有利，但轮回数增多有时会减慢船舶的装卸速度，因而货物装载轮次采用两轮装卸法。［1］

本航次“A”轮在船舶利用通导设备获得码头泊位的数据后，根据船舶的实际情况，在船舶将要抵达龙口港前的4h就开始进行排水作业，先将1、3、5压载舱内的压载水全部排出，共耗时3 h12min，在船舶靠泊作业完毕后，先在1、3、5货舱同时装货，同时排出2、4压载舱的压载水，在1、3、5货舱装货完成预配量的一半时，换装2、4货舱，在2、4压载舱压载水排完后，1、3、5货舱第一轮装货又过了12min才结束，接着在2、4货舱装货。经过两轮，将“A”轮所载货物全部装完，耗时共计5.5h，保证了货物的快速装载。

（四）保持适度吃水差，获得最佳推进效率

“A”轮正常航行时的设定工况为平吃水，但是，理论上，船舶在正常航行时，船舶的船首下沉量大于船尾下沉量，考虑到“A”轮本航次满载，而在相同主机转速、相同航速的情况下，如果保持载货时-1m的吃水差，则船舶在以正常速度航行时，由于船首下沉量大于船尾下沉量，则船舶较接近于设计平吃水的工况。但是，“A”轮船舶资料中没有最佳纵倾状态数据，而且理论上也没有能准确计算最佳纵倾状态的公式。故采取验证的方法求取船舶最佳纵倾数据。经验证，在主机转速相同、均为满载、船舶所处风流影响相同的情况下，船舶以载货时-1m的吃水差航行，航速略快，约快0.2 kn。该验证说明船舶在正常航行时存在一个最佳纵倾的数值，而且积载时保持最佳纵倾也是一项简单易行、便于操作、不需要其他设备的节能措施，“A”轮在今后航次中仍然保持这种验证的做法，力求尽可能多地求取“A”轮不同装载状态的最佳纵倾数据，以为今后的载货过程提供参考。

（五）增加载货重量，采用经济航速

船舶油耗与航速之间具有如下关系：

船舶耗油量主要与航速V、船舶排水量D和航程S有关。船舶航行单位时间耗油量Q（单位：t）与船舶排水量D（单位：t）和航速V（单位：kn）的关系式为

船舶航行耗油量F（单位：t）与航速V（单位：kn）和航程S（单位：n mile）之间的关系式为

单位时间耗油量Q随航速V变化的曲线如图1所示：

图1 单位时间耗油量Q随航速V变化曲线

图1表明每一船舶总可以找到一个对应最小燃油消耗率的航速。［2］

1.当船舶速度相同，但排水量增加一倍时

根据Q1/Q2=（D ·V3）/（（2D） ·V3）求出Q1/Q2=0.63，易知船舶排水量增加一倍，船舶单位航行时间燃油消耗仅仅增加了0.37倍，这说明船舶在航速相同的情况下，载货越多，单位载货吨位在单位航行时间内的能耗越小，这就要求我们载货时根据航线要求，尽可能选择载货量大的船舶安排在较长航线上，因为航速相同的情况下，航线越长，航行所需要的单位航行时间越多，在满足吃水要求的情况下，船舶载货所占比例越大，越经济。本航次，“A”轮压载水排到无法排出时才停止排放，并进行两次扫底作业，确保了压载水最少，并且仅仅利用货物调整船舶吃水差，即满足压载水最少、载货量比例最大的节能要求。

2.当船舶排水量、航程相同时

当船舶排水量、航程相同时，船舶以合适的经济航速航行，将大幅度节省燃油。本航次“A”轮船舶数据如下：载重量36 000 t，方形系数Cb= 0.74，服务航速15 kn，主机持续功率8 800 kW，主机转速126 r/min，燃油消耗率0.204 kg/（kW·h），从龙口港到马任加港航程6 300 n mile，申请气导，要求20天到达目的港马任加港。

（1）以服务航速15 kn航行。

①航行时间。

T1=S/V1=6 300/15=420h=17.5天

②燃油消耗量。

G1=0.204×8 800×420=753 984.0 kg

（2）以13.2 kn的速度航行。

①航行时间。

T2=S/V2=6 300/13.2=477.3h=19.9天

②燃油消耗量。

G2=0.204×8 800×（13.2/15）3×477.3= 583 918.6 kg

从以上计算看出，航程6 300 n mile，以13.2 kn的合适航速航行，要求20天到达目的港，比以15 kn航速航行节约170 065.4 kg燃油，节约22.6%。［2］

通过理论计算我们知道，若以90%的额定航速航行，主机输出功率为额定功率的72.9%，燃油消耗量为额定航速下燃油消耗量的81%；如果以额定航速的80%航行，则主机输出功率为额定功率的51.2%，燃油消耗量为额定航速下燃油消耗量的64%。由此可见，适当降低航速，船舶燃油消耗量可明显减少。但是，船舶也不可一味地降低速度，这主要是因为燃油消耗量并不会随航速的降低而一直处于明显减少的状态，当航速降低到一定程度，燃油消耗量会趋于稳定；而且船舶的航次任务也不允许过分降低航速。［3］本航次“A”轮总里程6 300 mile，要求20天抵达目的港，通过以上计算，船舶以13.2 kn的速度航行，既可以保证船舶在20天内抵达马任加港，而且船舶航速降低值也基本处于10%的理想结合点上，［4］故本航次“A”轮采取13.2 kn的航速是合理的。

（六）选择最佳航线，减少航行时间

本航次“A”轮船长根据气导推荐航线和实际情况综合考虑设定最佳航线。该航线综合考虑洋流、海况、设备工况等因素，并结合船舶预计抵港时间和马任加港的工作习惯，把握好船舶航速，及时抵达马任加港，而不是全速航行早早抵达马任加港等候卸货安排，符合船舶航线最佳的要求。

本航次“A”轮2012年2月8日1200LT自龙口港载运36 000 t水泥到马任加港卸货，当时考虑到该航次时值2月份，受北向的冬季季风影响，中国沿海沿岸流较强，流速约为0.5 kn；在南海，东北季风引起的西南季风流也处于最强的时期，流速约为1.5 kn，最强处在越南东部沿海离岸30～60 n mile区城的头顿外海，最强流速为3 kn以上，西沙群岛东侧次之；冬季印度洋也处在东北季风的影响下，自马六甲海峡到八度海峡，为西流，流速1.5～2 kn，在南纬5°左右，有向东方向的赤道逆流，但范围不大，在接近马达加斯加时，又有向西南方向的海流。本航次在收看了亚洲的地面分析图后，认为中国沿海短时间内不会受到冷高压影响，而印度洋在2月份主要受4级左右的东北季风的影响。故“A”轮沿中国沿海航行出台湾海峡后经西沙群岛西部直驶越南东南沿岸，过距离越南东南60 n mile处进马六甲海峡东口，进马六甲海峡后，沿马六甲海峡航行，出马六甲海峡后从马六甲海峡直驶八度海峡，经八度海峡直驶马任加港。在整个航次中，船舶基本一路顺流，且天气良好，只有在南纬5°左右时短时间受到赤道逆流的影响，但对船舶航行的影响不大。本航次，流速和风力大小均有利于航行，船舶的航速一路未降，只有在渤海和马六甲海峡、马任加港附近当船舶航行于浅水域时，不能采用高速度航行，因浅水会使船舶阻力增大，对航速增加不利，只会徒增燃油消耗量，而且考虑到本航次船舶顺流，且需要留有一定的富裕时间以应付突然发生的事件，以及海流的影响，按全程流速使航速增量为0.5 kn，并预留ETA保留量按13h算。最后综合分析各种影响因素后，认为船舶航速调整为13 kn较为合适。航次结束后统计情况如下：本航次船舶以13 kn速度航行，航行总时间为460.4h，比预计航行时间减少6h，共计消耗燃油538 t，比采用15 kn航速航行到马任加港节油183.1 t，整个航次船舶平均航速增快0.68 kn。

综上，考虑船舶的具体航次，分析船舶可能遇到的天气、风、流、海况等情况，有效利用风流，合理设定航线，采用最经济的航速，可以很好地达到节能的效果。

二、结语

总之，根据在“A”轮工作的实际经验，对于船舶的节能减排，笔者认为在船舶的节能操作中需要注意以下要点：

（1）船舶的节能降耗受到多方面因素的制约和影响，船舶节能要建立在保证人、船、货的安全和航次任务的要求之上。而且，在采取措施时，要综合考虑各种因素后再决定采取的具体节能措施。比如，本航次“A”轮最终采取13 kn的速度航行，就是在综合考虑各种因素的影响下的保证船期的最经济航速。

（2）船舶节能降耗意义重大，要求全公司员工提高节能意识，均应以高度的热情积极参与到节能行动中来，人人节能，时时节能，则必将使船舶节能工作取得良好的实效。

参考文献：

［1］吴始平.超大型船舶操纵及货物装卸应考虑的主要因素［J］.航海技术，2005（5）:12-14.

［2］黄炜.船舶节能减排的建议和思考［J］.中国水运，2009（11）:64-65.

［3］胡强生.谈船舶航速的选择与节能［J］.船舶节能，2001（3）:18-19.

［4］刘晓华，路少君.海事船舶节能减排的探讨［J］.中国海事，2010

DOI:10.16176/j.cnki.21-1284.2016.01.012