内河公务船测量多台柴油机总油耗的油路系统研究

陈鑫

（湖南省长沙航道管理局，湖南 长沙410002）

随着社会节能减排的压力日益增加，有效的运用资源、减少浪费、提升运营效率，采用高精度油耗测量技术，助力船舶作业质量的提高和燃油利用率的提升，降低非正常损耗。湖南内河航道公务船主要船型长度25.2 米，两台斯太尔WD415 功率为92KW 系列主机，一台玉柴YC4108 系列功率40KW 柴油发电机组，为了加强船舶的燃油消耗管理，需要在船舶上加装柴油流量计，实现油料的动态监测。目前国内对船舶油料监测的主要方式有：a.在油箱中安装液位计。b.读取ECU 数据，预设理论公式计算。c.安装多台流量计，采用进油减回油的模式。上述方案存在的主要问题和困难有：a. 一般安装方案是在柴油机的进油管路和回油管路安装多台流量计，造成系统成本高且安装复杂不便读取实际油耗数据。b. 柴油机回油量占比大，约占进油的90%，从而放大了流量计的系统误差，导致数据测量不准。c.柴油机回油脉动、气泡、温度等因素影响流量计的测量精确度。d.改造需在油箱上打孔，安装不便，存在安全隐患。e.液位计及数据理论计算精度较低，标定困难，误差较大。

本研究方案将针对上述难点和困难创造性的提出了四个解决办法：a.改造三台柴油机供油油路，b.改造三台柴油机回油油路，c.油路加装回油调节器，d.加装油路冷却装置。实现一台流量计可以精准测量整个船舶三台柴油机油耗总量，并有效解决柴油机回油量大引起的流量计系统精度误差以及回油脉动、气泡、温度等因素引起的油耗测量误差。本系统研究方案具有精度高、误差小、稳定性好、安装便捷的优点，且船舶的油路改造简单，可靠性耐久性高。

1 流量计选型

选用一台上海瓷熙仪器仪表有限公司V8 系列流量计，如图1。

图1 V8 系列流量计和DC 复合测量控制器

上海瓷熙仪器仪表有限公司V8 系列流量计，是引进瑞士先进技术研发的油耗计量器具, 世界上应用最广泛的油耗流量计。此产品是国内第一家研发成功的小流量液体容积式流量计。油耗流量计适用于搅拌车，货车，工程车辆, 船舶等，可实现不同形式的计量功能。DC 复合测量控制器，如图1 中,可以实时显示流量计的累计流量值和瞬时流量值，并可以配置远程传输模块，通过无线数据传输实现远程油耗实时监控。V8 系列流量计参数：流量范围4-200（L/H）,精度1%，脉冲当量80P/L。V8 系列流量计可以测量船舶柴油机总功率在500KW 左右的工作船舶油耗，200KW 以下也可以选用V4 系列流量计。V8 和V4 系列流量计基本适用于湖南航道系统现有的大部分工作船舶。

2 船舶油路改装

为了实现使用一台流量计测量船舶全部三台柴油机的油耗，需要把流量计安装在船舶主油路上，燃油经过流量计后再对三台柴油机（两台主机一台发电机组）供油。对三台柴油机的回油油路进行整合改造，让三台柴油机的回油经油路冷却装置后接入回油调节器，如图2 油路改造示意图。

图2 油路改造示意图

2.1 主油管路改造

在船舶油舱的主供油管路上接入流量计及滤清器，供油油路方向与流量计的指示方向对应一致，流量计的出口端接入回油调节器。流量计在主供油管路，就可以实现使用一台流量计测量船舶全部三台柴油机的油耗。

2.2 加装回油调节装置和油路冷却装置

回油调节装置相当于一个对柴油机供油的三级油柜，内部是个空的压力密闭容器罐, 在装置上部接主供油管路和回油管路,在底部是主油路出口,顶端再设置一个排气阀门。其作用是三台柴油机的回油回到三级油柜，从而不再循环通过流量计。三台柴油机从三级油柜消耗的燃油量正好等于在主油管中通过流量计后流入三级油柜的燃油量。回油调节装置可以保障对三台柴油机连续供油，又能有效解决柴油机回油脉动、气泡等干扰因素，还能起到一定的回油散热作用。

油路冷却装置是一个普通的换热器，但创造性的引入了柴油机的冷却水路，可以有效的冷却高温回油。油路冷却装置可以安装在回油总管路上，也可以安装在柴油机进油总管路上，看具体的现场位置。

2.3 进油和回油油路改造

对进油油路的改造就是要实现一根进油总管分成三路对三台柴油机供油。在进油总管上加装一台流量计，从而实现使用一台流量计测量船舶全部三台柴油机的油耗量。

对回油油路的改造就是要实现三台柴油机回油由三根回油管路汇合成一根回油总管，回油总管接回油调节装置，是在流量计的后端，使回油的循环不再通过流量计，保障了流量计的流过的柴油就是三台柴油机消耗的柴油，消除了因回油量大而引起的流量计量程精度误差。大量回油不再循环通过流量计滤芯，从而也保障了系统的可靠性耐久性。本系统已经安全稳定运行18 个月以上，总运行时间超过600 小时，滤芯尚未堵塞，可以参照柴油机日常保养周期，定期更换滤芯。

综上所述，整个船舶油路改装系统只需要增加一台流量计（带滤芯），一个回油调节装置，一个油路冷却装置，并对进油管路和回油管路进行简单改造就可以实现，方案简单经济实用。

3 船舶开航数据记录及理论油耗数据分析

3.1 流量计数据

船舶巡航3 次，为保障测量精度，只开两台主机且基本保持在一个固定转速。第一次航行时间0.5h，两台主机平均转速1400 转，流量计油耗18425ml，可以计算出船舶每小时的平均油耗为36.85 升/小时。第二次航行时间0.5h，两台主机平均转速1460 转，流量计油耗21700ml，可以计算出船舶每小时的平均油耗为43.4 升/小时。第三次航行时间0.37h，两台主机平均转速1485 转，流量计油耗16325ml，可以计算出船舶每小时的平均油耗为44.5 升/小时。

3.2 柴油机理论数据

两台斯太尔WD415 系列主机额定功率为92KW，两台柴油机平均燃油消耗率220（g/kw.h），可以得出船舶每小时的理论油耗为40.48KG/小时。

船舶柴油机功率与转速的关系为：N=C*n3，其中：N-柴油机功率，C-常数，n-柴油机转速。按此，C=Ne/ne3=N1/n13，其中：Ne-柴油机额定功率，ne-柴油机额定转速，N1-柴油机部分负荷功率，n1-柴油机部分负荷转速。根据不同转速n1，n2，n3，可以计算出部分负荷功率油耗。

3.3 流量计实测油耗数据与部分负荷功率理论油耗数据对比

η=流量计数据/部分负荷功率理论油耗数据*100%，如表1，流量计实测油耗数据与部分负荷功率理论油耗对比，柴油密度0.84KG/升，可以得到η1=94.09%，η2=97.74%，η3=95.36%。

表1 流量计实测油耗数据与部分负荷功率理论油耗对比

通过理论油耗测算，可以初步判断本流量计测量系统的测量数据基本准确可靠，下一步则需要通过实测油耗数据对比流量计测量数据来分析此流量计测量系统的测量精度。

4 船舶开航数据记录及实测油耗数据分析

本船型船舶开航一般是两台主机一台辅机，船舶在运行巡航过程中流量计能测量出一个油耗，但三台柴油机工作时实际消耗的燃油则可以通过称量得到。

我们在主油管上加一个移动式的小油壶，确保仅有油壶对三台柴油机供油。可以通过称量油壶的重量差值得到三台柴油机工作时实际消耗的燃油数据。再在同一时间点记录流量计的数据，就可以得到流量计计量数据。

数据对比:

船舶巡航1 次，航行时间约0.2h，流量计油耗数据5.3 升。油箱实测数据4.6KG，柴油密度0.84KG/升，约5.476 升。

η=流量计数据5.3 升/油箱实测数据5.476 升=96.7%

通过流量计数据与油箱实测数据和理论油耗数据对比得出流量计测量数据平均精度在95%以上。

5 油路系统总结

优点：a.系统初期投入成本低，维护费用低。实现了一台流量测量三台柴油机的总油耗量，流量计成本加上改造费用总计在两万元左右，后期的维护费用主要是更换油路粗滤芯。b.数据读取方便。在测量控制器上可以直观显示油耗数据，读取数据方便简单，可以增加无线数据传输模块实现远程油耗实时监控。c.测量数据精度较高。通过实验初步确定测量精度能在95%以上。

注意事项：a.需要改造供油油路和回油油路。改造油路增加了燃油泄漏的风险。通过精确制造加工及后期定期管理检查可以排除风险。b.主供油油路粗滤芯易堵塞造成柴油机熄火。为保证流量计的测量精度，需要在主供油油路增加一个粗滤芯。如果滤芯堵塞则易造成主机熄火。可以参照柴油机日常保养周期，定期更换滤芯。c.后期需要加强监管，防止油路系统被更改。